Синтез ДНК и фазы клеточного деления. Роль циклинов и циклинзависимых протеиназ в продвижении клетки по клеточному циклу. Идентичность ДНК разных клеток многоклеточного организма

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 G1 и G0). Во время фазы S происходит репликация ДНК: каждая из ко­пий генома удваивается, и клетка становится тетраплоидной.

Во время митоза (М) происходит конденсация хроматина и образование хро­мосом (тетраплоидного набора), а при последующем делении клетки образуются диплоидные дочерние клетки. Во время фазы G1 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 G1 и в клеточный цикл. На­пример, клетки печени в норме находятся в фазе G0. 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.