Репликация и фазы клеточного цикла
Митотический клеточный цикл описывает изменения клеток в процессе их размножения (пролиферации). При этом выделяют фазы, которые можно различить и морфологически, и по особенностям биохимических процессов.Зрелые соматические клетки человека диплоидны, т. е. содержат две копии генома (фазы и G0). Во время фазы S происходит репликация ДНК: каждая из копий генома удваивается, и клетка становится тетраплоидной.
- Фазы клеточного цикла.
Во время митоза (М) происходит конденсация хроматина и образование хромосом (тетраплоидного набора), а при последующем делении клетки образуются диплоидные дочерние клетки. Во время фазы Gx синтезируются РНК и белки, обеспечивающие рост клетки. Клетки, подвергшиеся дифференцировке, уже не участвуют в клеточном цикле и могут долго оставаться в таком состоянии (фаза покоя G0). Однако определенные агенты, стимулирующие клеточный цикл (мито-генные сигналы), могут вернуть такие клетки в фазу Gl и в клеточный цикл. Например, клетки печени в норме находятся в фазе GQ. После удаления части печени оставшиеся клетки стимулируются митогенами и вступают в клеточный цикл: масса печени увеличивается до нормальной.
В переключении фаз клеточного цикла участвуют белки циклины и циклинза-висимые протеинкиназы. Переход каждой фазы цикла в следующую фазу регулируется специфическими для данной фазы циклинами и протеинкиназами. При подготовке к очередной фазе количество соответствующего циклина в клетке нарастает, а после завершения фазы резко падает до нуля. Например, в часы, предшествующие митозу, в клетке нарастает концентрация циклина В. Циклин В соединяется с неактивной формой циклин В зависимой протеинкиназы и активирует ее. В свою очередь, активная протеинкиназа фосфорилирует и тем самым активирует ряд ферментов и других белков, необходимых для митоза (в частности, белки, участвующие в образовании митотического веретена и в расхождении хромосом).
Каждый ориджин и, соответственно, каждый репликон должен сработать один раз за один клеточный цикл. Полная картина механизма, который регулирует периодичность репликации ДНК, совпадающую с периодичностью митотического цикла, пока остается неизвестной. Исследование этого вопроса составляет одну из важных задач современной биохимии, поскольку здесь может открыться путь для управления скоростью размножения клеток при заживлении ран или регенерации тканей.
Если молекулу ДНК можно рассматривать как форму записи информации, то репликация ДНК в материнской клетке и последующее распределение копий поровну между дочерними клетками — это передача информации от поколения к поколению.