65629490 Курс по генетика

Документи

ПРЕДАВАНЕ НА НАСЛЕДНА ИНФОРМАЦИЯ Б. ПРЕДАВАНЕ НА ГЕНЕТИЧНА ИНФОРМАЦИЯ ОТ ЕДНА КЛЕТКА КЪМ ДЪЩЕРНИ КЛЕТКИ

В соматичните клетки генетичният материал, удвоен в интерфейса, се разпределя еднакво и напълно до дъщерните клетки, чрез процеса на митотично делене. Резултатът е две нови клетки (дъщери), генетично идентични, както една на друга, така и на клетката (майката), от която идват. Процесите, чрез които клетката възпроизвежда генетичен материал, разделя го по равно и го прехвърля в дъщерни клетки в прогресивен, точно регулиран ред, който формира клетъчния цикъл. Контролът на клетъчния цикъл в крайна сметка решава дали клетката ще продължи да напредва през цикъла (расте и се дели) или ще страда от диференциация или ще премине в състояние на пролиферативна почивка. Загубата на контрол на цикъла ще доведе до ненормален растеж на клетките (туморни клетки, дефекти в развитието) или ще доведе до програмирана клетъчна смърт (апоптоза). Грешки могат да възникнат и при разделянето на хромозомите в митоза, което ще генерира хромозомни аномалии. Поради тези причини познаването на процесите, изграждащи клетъчния цикъл, е от особено значение за разбирането на някои патогенни механизми, генериращи заболявания.

Клетъчният цикъл представлява последователността от биохимични и морфологични събития, които се случват в живота на клетката, от момента на формиране до края на нейното делене. Клетъчният цикъл има два основни периода: интерфейс и разделяне (фигура 5.6).

Интерфейсът представлява периода между две последователни разделения, в който се извършват всички дейности, специфични за клетката. Най-важното събитие на интерфейса е ДНК синтез (репликация), който удвоява количеството генетичен материал (4C). Това се случва в ограничен период от интерфейса, наречен фаза S. Поради този процес интерфейсът може да бъде подразделен на три последователни етапа: фаза G1 (пресинтетична), фаза S (синтез) и фаза G2 (постсинтетична или премитотична).

Клетъчното делене или М ("митотичната") фаза се състои от поредица от последователни процеси, чрез които генетичният материал (ДНК), реплициран в интерфейса, се разпределя равномерно и цялостно (хроматидна сегрегация), образувайки две отделни ядра, а клетката се разделя на две дъщерни клетки (цитокини); те ще бъдат идентични с клетката, от която са дошли (вж. глава 1, фигура 1.1.Б). Чрез копиране на ДНК и разделяне се осигурява вярно предаване на генетична информация в последователността на клетъчните поколения.

Продължителността на клетъчния цикъл може да варира значително между различните тъкани, поради променливостта на фазата G1, като останалите фази са относително постоянни по продължителност. За средна продължителност от 24 часа приблизителната продължителност на фазите е: G1 = 10 часа, S = 9 часа, G2 = 4 часа, M = 1 час. ФАЗА I ПЕРИОД

Продължителност (часове) СЪБИТИЯ КОЛИЧЕСТВО

ПРИЛОЖЕНИЕ КЪМ ЕЛЕКТРОННИЯ МИКРОСКОП

Интензивен синтез на iProtein РНК

2C 2n монохроматидни хромозоми

Синтез на ДНК и хистон 4С

Синтез на протеини на деление на вретено Синтез на митоза-задействащ фактор

4C 2n спирализирани бихроматидни хромозоми

Кондензирани бихроматидни хромозоми (видими под оптичен микроскоп)

Телофаза 2C 2C Монохроматидни хромозоми

1.1. ФАЗИ НА МИТОТНИ КЛЕТОВИ ЦИКЛИ

а. G1 фаза G1 фаза (на английски език интервал на пролука, празнина, празна, защото нейното значение не е известно) представлява началната фаза на клетъчния цикъл,

за стимулирани клетки (по растежни фактори) за разделяне (Таблица 5.1). Всяка хромозома (силно спирализирана) е монохроматидна, съставена от една ДНК молекула. Количеството на генетичния материал е 2C ДНК молекули под формата на 2n (46) спирализирани хромозоми. В първата част на фазата G1 (G1A) има интензивен синтез на вещества (РНК, протеини), необходими за растежа и функционирането на клетките. РНК и протеини се натрупват до прагова концентрация, наречена "R" рестрикционна точка, след което клетките преминават в G1B субфаза, като се кондиционират да влязат в S фаза и да се разделят (Фигура 5.6) .1

При определени условия (липса на растежни фактори, наличие на инхибитори на протеинов синтез и др.), Клетките в подфазата на G1A могат да преминат във фаза на намалена метаболитна активност, наречена фаза G0 или G1Q (от „покой“ - почивка, тишина ), при които те остават жизнеспособни и могат да оцелеят дълго време. Ако тези рестриктивни условия изчезнат, G0 клетките могат да се върнат в G1 и след това да преминат към S фаза, тъй като запазват способността си да се делят. Фазите G1 и G0 са две отделни физиологични ивици на клетката.

Някои клетки в подфазата на G1A (под влиянието на индуктори на диференциация) напускат трайно клетъчния цикъл и преминават във фаза G1D, която съответства на диференцираните клетки; те вече не се делят и умират след определено време.

б. S фаза S фаза (на английски "синтез") се характеризира със синтез на ДНК (постигнат чрез полуконсервативна репликация) и

синтез на хистон (виж глава 5.А). В тази фаза общото количество ДНК (2C) трябва да бъде напълно репликирано, но само веднъж; има удвояване на количеството генетичен материал (4С), задължително условие за развитието на клетъчното делене. Броят на хромозомите остава 46, но всяка хромозома ще бъде бихроматидна, съставена от две еднакви хроматиди („сестри“), така че ще съдържа две ДНК молекули.

Репликацията на ДНК в S фазата е асинхронна: някои ДНК сегменти (богати на GC двойки бази) се репликират рано, в началото на S фазата, а други сегменти (богати на AT базови двойки) се репликират късно, в края на S фазата. точно за

1 Позицията на точката на спиране G1 е несигурна или близо до фаза S, или в средата на фаза G11

Синтез/репликация на ДНК може да се получи или чрез авторадиография (като се използва радиоактивен изотоп, обикновено тритиран тимидин Т3Н), или чрез използване на бромодезоксиуридин (BrdU), аналог на тимин. Те ще бъдат включени в новосинтезираната молекула, като ще я маркират радиоактивно в първия случай или ще променят нейната конфигурация във втория случай.

Понякога в S фазата на митотичния клетъчен цикъл има „равен обмен на генетичен материал между сестрински хроматиди“ (SCE) (каре 5.2).

в. G2 фаза G2 фазата се характеризира със синтеза на специфични протеини и малки количества ДНК (необходими в процеса на

"корекция" на грешки при репликация). Всяка хромозома е бихроматидна (количеството на ДНК е 4С), но деспирализирана. Към края на фазата G2 се активира/синтезира „фактор, предизвикващ митоза“ (MPF), който причинява кондензация на хроматиновите нишки в хромозомите и образуването на делителното вретено.

Елегантна демонстрация на съществуването на MPF е феноменът "преждевременна кондензация на хромозоми", постигнат чрез сливане на клетка в делене (метафаза) с клетка в интерфейса (фигура 5.7.); има бърза кондензация на междуфазните хроматинови нишки, които обикновено са силно спирализирани и следователно невидими за светлинния микроскоп, а ядрената мембрана се разглобява.

При липса на фактор на кондензация, клетките спират във фаза G2 и могат да изоставят клетъчния цикъл, образувайки тетраплоидни клетки (4n хромозоми); някои от тях стават двуядрени клетки (например възрастни кардиомиоцити) (Фигура 5.6).

г. Фаза MPhase M съответства на митотичното разделение и продължава около един час. Започва с разделянето на ядрото (митоза) i

те завършват с разделянето на цитоплазмата (цитокини). Отново подчертаваме, че на този етап генетичният материал се удвоява в интерфейса (4C ДНК молекули в 46 бихроматидни хромозоми) се сегрегира, т.е. той се разпределя еднакво и напълно до "дъщерните" клетки (2C ДНК молекули в 46 монохроматидни хромозоми), които ще бъдат по този начин идентичен с клетката, от която идват. Процесът на „разпространение“ на генетичен материал чрез разделяне обикновено се извършва с голяма точност, осигурявайки верността на предаването на генетична информация в последователността на клетъчните поколения. Той обаче може да страда и от грешки, които ще генерират хромозомни аномалии.

1.2. ЕВОЛЮЦИЯ НА КЛЕТКИТЕ, РЕЗУЛТИРАНИ ЧРЕЗ РАЗДЕЛЕНИЕ Клетките, получени след разделяне, могат да се развиват в три посоки: пролиферация, диференциация и преход към покой.

а. Разпространение. Клетките преминават през нов цикъл и се разделят многократно; тези "циклични клетки" съставляват пролиферативното отделение на

Тялото се намира в ембрионални тъкани, хематогенен мозък, базален слой на епидермиса и др. б. Диференциация. Клетките напускат трайно клетъчния цикъл и се превръщат в специализирани клетки с определени структури и функции, които не го правят

те се разделят и умират след определено време. Например: неврони, мускулни клетки, гранулоцити, зрели червени кръвни клетки и др. Етап на почивка. Някои клетки (например: стволови клетки или су; лимфоцити .а.) Оставят клетъчния цикъл във фаза G1 и остават във фаза G0,

имащи по-ниска метаболитна активност, но запазващи способността си да се разделя. Тези клетки образуват непролиферативното отделение. При специални условия те реагират на определени стимули от околната среда (растежни фактори, някои хормони, митогенни вещества и др.) И могат да влязат отново в цикъла на разделяне. Поучителен пример е активирането на Т лимфоцити в периферната кръв под действието на фитохемаглутинин (PHA); те се превръщат в лимфобласти, млади клетки, които се делят интензивно. Това явление се използва за изследване на хромозоми от лимфоцитни култури (вж. Глава 2.D.3).

1.3 КОНТРОЛ НА КЛЕТКИТЕ. Подредената прогресия и нормалното развитие на клетъчния цикъл се постигат чрез биохимични реакции, при които множество циклин-зависими кинази (CDK) (1-7) се активират чрез фиксиране на протеини, наречени циклини (A-H). При активиране, всеки CDK-циклин протеинов комплекс фосфорилира определени специфични протеини, необходими за реакции, които протичат в определен етап от цикъла. След това комплексът CDK-циклин може да бъде инактивиран, причинявайки прехода към лицето