Слайд 1Лекция 2
Хранение генетической информации: репликация и репарация.
Передача генетической информации
на клеточном уровне: митотический и жизненный цикл. Мейоз.
Регуляция митотического
цикла.
Основные функции ядра. Хранение и передача наследственной информации
Слайд 3– синтез дочерней молекулы ДНК, идущий во время синтетической (S)
фазы жизненного цикла клетки на матрице родительской молекулы ДНК.
Единица репликации
– репликон.
Репликация.
Слайд 4Принципы репликации:
Принцип комплементарности
2. Принцип антипараллельности
3. Проинцип полуконсервативности.
4. Матричный
принцип
Слайд 6Инициация - начало
Элонгация – построение новой цепочки
Терминация - окончание
Этапы репликации:
Слайд 8Репликативная вилка – это часть молекулы ДНК, в которой в
данный момент осуществляется синтез новой ДНК.
Слайд 11Жизненный и митотический циклы клетки
Слайд 12Жизненный цикл клетки - совокупность процессов, происходящих от образования клетки
до ее гибели.
Митотический цикл - совокупность процессов, происходящих в клетке
при подготовке ее к делению и во время деления.
Слайд 13Периоды интерфазы
пресинтетического, или постмитотического - G1 (2n2c)
синтетического – S (2n4c)
постсинтетического,
или премитотического - G2 (2n4c)
Слайд 14Митоз - это непрямое деление эукариотических клеток, при котором происходит
точное распределение генетического материала между двумя дочерними клетками, каждая из
которых получает диплоидный набор хромосом, идентичный исходной клетке.
Слайд 15Митоз включает в себя два процесса:
I. кариокинез
II. цитокинез.
Стадии кариокинеза
профаза
метафаза
анафаза
телофаза
Слайд 16Профаза
Происходит спирализация хромосом.
Исчезают ядрышки,
Разрушается ядерная оболочка.
К концу
профазы центриоли расходятся к полюсам клетки.
Образуется веретено деления.
Слайд 17Микротрубочки
веретена деления
Кинетохорные
Полюсные
Астральные
Слайд 18Метафаза.
Содержание генетического материала не изменяется - набор хромосом 2n4с.
Образуя хромосомы
Двухроматидные
хромосомы выстраиваются по экватору, образуя метафазную пластинку.
К хромосомам прикрепляются
нити веретена деления.
Формирование «материнской звезды».
Слайд 19Анафаза
Начинается внезапно.
Сестринские хроматиды синхронно удаляются друг от друга к
полюсам клетки
С этого момента сестринские хроматиды называют дочерними хромосомами.
В
результате анафазы на разных полюсах клетки оказываются два идентичных набора хромосом: диплоидный однохроматидных набор хромосом - 2n2с.
Слайд 20Телофаза.
Происходят процессы обратные процессам профазы.
II. Цитокинез
Слайд 21Хромосомный и хроматидныйы набор
Дублирование хромосомы и распределение во время клеточного
деления
Слайд 22G0 период – период покоя
На данном этапе клетка не
делится.
Этот шаг может продлиться несколько часов, несколько дней, несколько
лет или целую жизнь.
Стволовые клетки находятся в фазе G0
Пример: эти клетки находятся в красном костном мозге. Когда клетка получает сигнал, чтобы делится, эти клетки возвращаются в цикл, фазу G1.
Слайд 23GH период – период терминальной дифференцировки
Клетки дифференцируются, выполняют функцию и
гибнут.
Вернуться в цикл они не могут
Слайд 24Значение митоза
Лежит в основе
Роста
Регенерации
Слайд 26Мейоз - это редукционное деление, которое лежит в основе образования
половых клеток – гамет у животных и спор у растений.
Слайд 28Профаза I мейоза
Отличия профазы I мейоза :
1. Конъюгация
с образованием бивалентов
2. Кроссинговер
Слайд 29Метафаза I
спирализация хромосом максимальна.
Тетраплоидные биваленты располагаются в экваториальной
зоне клетки, образуя метафазную пластинку.
К гомологичным хромосомам присоединяются нити
веретена деления.
Слайд 30Анафаза I
к полюсам расходятся гомологичные хромосомы состоящие из двух хроматид.
Телофаза I
Восстанавливаются структуры ядра.
Хромосомы остаются конденсированными.
Слайд 31ИТОГ I мейотического деления:
Из одной диплоидной клетки с двухроматидными хромосомами
образуется 2 гаплоидные клетки с двухроматидными хромосомами: n2c (произошла редукция
хромосом),
Хроматиды генетически не однородны, вследствие прошедшего кроссинговера.
Слайд 32Профаза II
Метафаза II - на экваторе клетки выстраиваются двухроматидные хромосомы
(n2с).
В анафазе II - к полюсам расходятся хроматиды.
Во время телофазы
II - образуются ядра дочерних клеток, с гаплоидным набором однохроматидных хромосом - nc.
Слайд 35Сравнительная характеристика митоза и мейоза
Слайд 36Митотический индекс
Выделяют категории клеточных комплексов, которые отличаются по своей митотической
активности.
а) Обновляющиеся клеточные комплексы (например, крипт кишечника, клетки базального слоя
покровного эпителия, кроветворные клетки красного костного мозга).
б) Растущие клеточные комплексы большинство клеток находятся «вне цикла» в G0 периоде – в таких комплексах отмечается наличие и специализированных клеток и клеток либо в стадии митоза либо готовых к нему приступить.
в) Стабильные клеточные комплексы – нейроны и кардиомиоциты – для них характерна высокая дифференцировка и утрата способности к митозу. В таких клетках отмечаются только возрастные изменения.
Для характеристики митотической активности в тканях определяют митотический индекс – это количество делящихся клеток на 1000 клеток этой ткани:
Митотический индекс
Число делящихся клеток
1000 клеток
Слайд 37Повреждение хромосом под действием ядов (метанол, колхицин). При этом возникает
нарушение целостности хромосом, приводящее к неправильному расхождению их к полюсам.
Повреждение
митотического аппарата приводит к неравномерному распределению хромосом между дочерними клетками.
Нарушение цитокинеза — возникновение преждевременного или позднего образования борозд деления.
Формы патологии митоза:
Слайд 38Основная цель регуляции:
успешно передать точные нити ДНК (без мутаций) от
родительских геномов до дочерних клеток
Прохождение ДНК без мутаций гарантирует, что
цикл производит здоровые и функциональные клетки.
Однако постоянное влияние внешних и внутренних факторов может приводит к нарушению структуры ДНК что в свою очередь может стать причиной рака.
Для предупреждения «сбоев ДНК» существует впечатляющая система контрольно-пропускных пунктов, которые, более или менее, “просматривают” ДНК, проходящую через цикл для предотвращения мутаций.
Слайд 39Регуляция митотического цикла
Процесс пролиферации клеток регулируется регуляторными факторами
Экзогенные факторы
– находятся в микроокружении клетки и взаимодействуют с ее поверхностью
Ритмический
Пищевой
Эндогенные
факторы – синтезируются самой клеткой и действуют внутри нее
Эдокринный
Цитокинный
Митогены
Цитостатики
Генетический фактор
Слайд 40Генетический фактор регуляции
митотического цикла
Д. Бишоп открыл 2 типа генов
управляющих размножением клеток:
Протоонкогены акселераторы – стимулирующие митоз
Протоонкогены супрессоры – подавляющие
митотическую активность
Кодируют семейство белков – циклин-зависимых кинах (ЦЗК 1, 2, …) и циклинов
Кодируют группу белков –
Р, Р, Р, Р и убиквитин
Джон Майкл Бишоп родился 22 февраля 1936, США
Нобелевской премии по физиологии и медицине 1989 года «за открытие клеточной природы ретровирусных онкогенов»,
Слайд 41Пропускные «пункты»
в регуляции жизненного цикла
- checkpoints точки
или точки
рестрикции
Основные контрольные точки:
G2 checkpoint - G2 – M – вход
в митоз
M checkpoint (spindle checkpoint) – контроль начала анафазы
3. G1 checkpoint – старт митотического цикла
4. Постмитотическая – «решение» судьбы клетки
Слайд 42Чтобы клетка вступила в МЦ, она должна получить на мембрану
митогенный сигнал, который должен дойти до ядра. Перенос митогенного сигнала
начинается с активации ростовых факторов (белков).
Слайд 43При обнаружении повреждений ДНК, р53 (супрессор) останавливает клеточный цикл и
активирует ферменты репарации ДНК.
Если ДНК не может быть восстановлен,
р53 может активировать апоптоз, или «самоубийство» клетки, чтобы избежать дублирования повреждение хромосом.
Апоптоз - регулируемый процесс программируемой клеточной гибели.
Нарушения данного процесса может привести к репродукции поврежденной ДНК и увеличению количества «мутантных» клеток
Слайд 44Репарация
ДНК - самовосстановление
Дорепликативная
(пресинтетическая)
Пострепликативная
(постсинтетическая)
Фотореактивация
Эксцизионная
До синтетического периода, в
котором происходит репликация ДНК, осуществляются процессы пресинтетической (дорепликативной) репарации,
После синтетического
периода – постсинтетическая (пострепликативная) репарация.
Слайд 45Выделяют два основных механизма репарации.
Фотореактивация или световая репарация.
Репарация осуществляемая
в присутствии света. Сине-фиолетовый спектр световых лучей обеспечивает работу фотореактивирующего
фермента, который расщепляет тиминовые димеры и т.о. восстанавливает структуру ДНК.
Восстановление повреждений ДНК, вызванны воздействием Уфлучей.
Слайд 46Эксцизионная (или темновая) репарация.
Специальный фермент эндонуклеаза опознает димер (Т-Т)
и разрезает рядом с ним поврежденную цепочку ДНК.
Образуются свободные
концы ДНК.
Полимераза осуществляет ресинтез удаленного фрагмента цепи, используя в качестве матрицы неповрежденную цепочку.
Восстанавливает ДНК, поврежденную действием ионизирующей радиации, химических веществ и т.д.
Слайд 47Если процесс репарации нарушен - это приводит к различным заболеваниям,
напр. пигментная ксеродерма.