339Жизненный цикл клетки: репликация ДНК
В химическом отношении хроматин и хромосомы — это одно и то же (ДНК + белки–гистоны), но хроматин – это менее компактная (слабо спирализованная) форма молекул ДНК.
Строение хромосомы
После репликации (удвоения), две дочерние молекулы ДНК образуют сестринские хроматиды, которые удерживаются вместе центромерой и образуют единую хромосому.
Хромосомный набор клетки
Клетки каждого организма содержат определённый набор хромосом — кариотип. Хромосомный набор строго специфичен для каждого вида организмов.
Для обозначения количества генетического материала, т. е. числа молекул ДНК, используют латинскую букву с. В диплоидном наборе (2п) количество ДНК в однохроматидных хромосомах (в начале интерфазы) - 2с. В двухроматидных хромосомах (после репликации) количество ДНК - 4с.
Количество ДНК в гаплоидном наборе однохроматидных хромосом - с, а в двухроматидных хромосомах - 2с.
Половые клетки - гаметы и споры растений - всегда имеют гаплоидный набор (п). Зигота образуется после слияния гамет - оплодотворения и всегда имеет диплоидный набор хромосом (2п).В начале интерфазы каждая хромосома состоит из одной молекулы ДНК, хромосомный набор - 2п, 2с. В конце интерфазы перед началом деления каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК, которые образуют две сестринские хроматиды одной хромосомы, хромосомный набор - 2п, 4с.
Количество половых хромосом и аутосом зависит от типа клеток:
| Соматические (клетки тела) | Половые клетки – гаметы |
|---|---|
| Диплоидный 2n набор хромосом | Гаплоидный n набор хромосом |
| Всегда имеют 2 половые хромосомы, все остальные – аутосомы | Всегда имеют 1 половую хромосому, все остальные – аутосомы |
| Например, в соматических клетках человека всего 46 хромосом, из них – 2 половые и 44 аутосомы | Например, в половых клетках человека всего 23 хромосомы, из них – 1 половая и 22 аутосомы |
Жизненный цикл клетки
Клеточный цикл состоит из интерфазы — периода подготовки к делению и собственно самого деления.
Периоды интерфазы
| Периоды | Характеристики |
|---|---|
| G1 (пресинтетический) | усиленный рост клетки, синтез различных веществ (РНК, белки) и АТФ для последующей репликации |
| S (синтетический) | репликация (удвоение) ДНК |
| G2 (постсинтетический) | синтез различных веществ (РНК, белков, например – тубулина для построения микротрубочек нитей веретена деления) и АТФ, необходимых непосредственно для самого деления, увеличение числа клеточных центров |
Репликация ДНК
Принципы репликации:
1. Комплементарность — азотистые основания одной цепи ДНК специфически соединяются с основаниями другой: аденин (А) — с тимином (Т), гуанин (Г) — с цитозином (Ц).
2. Антипараллельность — две цепи ДНК в двойной спирали направлены противоположно: одна цепь имеет направление от 5'-конца к 3'-концу, другая — от 3'-конца к 5'-концу.
3. Полуконсервативный синтез — в результате репликации каждая новая двойная спираль ДНК состоит из одной исходной (материнской) цепи и одной вновь синтезированной.
4. Челночный синтез — синтез новой цепи на одной из исходных (материнских) цепей идёт непрерывно, а на другой — фрагментами (фрагменты Оказаки) в обратном направлении. Затем фрагменты соединяются между собой в непрерывную цепь.
Каждая молекула раскручивается с одного конца, и на каждой цепи синтезируется новая цепь по принципу комплементарности. В новых молекулах ДНК одна цепь - исходная материнская, а вторая - новая дочерняя. Образовавшиеся две дочерние молекулы ДНК полностью идентичны исходной материнской. Точность копирования лежит в основе правильности передачи наследственной информации от материнской клетки дочерним клеткам.
Последовательность этапов репликации:
1) Фермент хеликаза (геликаза) присоединяется к молекуле и разрушает водородные связи между комплементарными парами нуклеотидов двух цепей (т.е. происходит расплетание нитей двуспиральной ДНК).
2) Образуются точки начала репликации и репликационные (репликативные) вилки – Y–подобные участки (у прокариот одна точка начала репликации, у эукариот много точек начала репликации (скорость репликации увеличивается)).
3) Белки, связывающие одноцепочечную ДНК (SSB–белки), присоединяются к каждой из цепей и стабилизируют раскрученную материнскую цепь, препятствуют ее разрушению и восстановлению двуцепочечной структуры.
4) Фермент РНК–праймаза присоединяется к исходной цепи и осуществляет синтез короткого фрагмента (5–10 нуклеотидов) – РНК–праймера (затравки).
5) Фермент ДНК–полимераза присоединяется к точке начала репликации и, передвигаясь по репликационной вилке, соединяет между собой нуклеотиды в направлении 5’–3’, тем самым достраивая новые (дочерние) цепи.
6) При синтезе дочерних цепей, одна из них оказывается лидирующей (ведущей), а другая – отстающей (запаздывающей)