6. Клеточный цикл, его регуляция

Клеточный цикл – период жизни клетки между двумя делениями. Он состоит из нескольких периодов: G1, S, G2, M.

Внешние сигналы могут стимулировать или ингибировать прохождение клетки через цикл. Такими сигналами могут быть факторы роста, интерлейкины, гормоны. Сигнальные молекулы связываются с рецепторами мембраны, активируют внутриклеточные пути передачи сигналов к ядру и индуцируют транскрипцию определенных генов.

Пример: белки-циклины связываются с циклинзависимой киназой. Циклинзависимые книназы, активируясь, могут фосфорилировать факторы транскрипции или белки-ингибиторы, которые регулируют синтез ферментов репликации. Два подсемейства циклинов: G1 (D, E); M (A, B).

Репарация

Репарация – процесс восстановления повреждений, возникающих в ДНК. Это возможно за счет комплементарности цепей ДНК друг другу. Повреждения ДНК бывают двух типов: спонтанные (происходящие без участия повреждающих факторов) и индуцируемые.

Спонтанные повреждения и их репарация:

• Ошибки репликации (один раз на 10⁵ нуклеотидных остатков):

1. ДНК-полимеразы δ, ε способны делать шаг назад и вырезать последний нуклеотид, если он некомплементарен.

2. Белки mut S, mut L, mut H: действие основано на том, что после репликации дочерняя цепь не метилирована. Mut S связывается с неправильной парой, mut H – с ближайшим метилированным фрагментом материнской цепи, mut L – связующее звено между ними. Формирование комплекса вызывает появление у Mut S эндонуклеазной активности. Он гидролизует фосфодиэфирную связь в неметилированной цепи. К свободным концам присоединяется экзонуклеаза, устраняющая участок с некомплементарной парой. ДНК-полимераза β застраивает брешь. ДНК-лигаза сшивает фрагменты. Для успешного функционирования системы необходимо наличие SSB-белков.

• Депуринизация (5000 в сутки):

Образование апуриновых сайтов. Устраняется ДНК-инсертазой. Фермент присоединяет к дезоксирибозе основание в соответствии с правилом комплементарности.

• Дезаминирование (10 в сутки):

Цитозин превращается в урацил, аденин в гипоксантин, гуанин в ксантин. Урацил является нормальным основанием, не распознается ферментами и потому его появление не может быть отрепарировано.

Этапы исправления:

1. ДНК-N-гликозилаза гидролизует связи между аномальным основанием и дезоксирибозой;

2. АП-эндонуклеаза распознает образовавшийся АП-сайт, разрывает фосфодиэфирную связь;

3. АП-экзонуклеаза отщепляет от цепи дезоксирибозу, лишенную основания;

4. ДНК-полимераза β присоединяет к 3’-концу разорванной цепи нуклеотид по принципу комплементарности;

5. ДНК-лигаза соединяет свободные концы.

Индуцируемые повреждения и их репарация:

• Образование димеров пиримидиновых оснований:

Под действием УФО двойная связь между С₅ и С₆ может разрываться. Освободившиеся валентности могут сформировать циклобутановое кольцо. Различают тиминовые, цитозиновые и тимин-цитозиновые димеры.

Удаление димеров обеспечивается ферментом фотолиазой Он расщеплят образовавшиеся связи и восстанавливает нативную структуру. Активируется светом.

• Повреждение химическими мутагенами

Азотистые основания могут подвергаться алкилированию, окислению, восстановлению или связыванию с формамидными группировками.

Этапы исправления:

1. ДНК-N-гликозилаза расщепляют связь между аномальным основанием и дезоксирибозой;

2. Репарация сайта за счет ДНК-инсертазы, либо за счет комплекса ферментов репарации.

Дефекты репарационных систем и наследственные болезни

1. Пигментная ксерофтальмия. У больных снижена активность ферментов репарации. В результате – сверхчувствительность к УФ-свету, появление красных пятен на коже, переходящих в рак кожи.

2. Трихотиодистрофия. Повышенная фоточувствительность ДНК, связанная с низкой активностью ферментов, удаляющих димеры тимина. Симптомы: ломкость волос, умственная и физическая отсталость, аномалии кожи и зубов.

Транскрипция

Транскирпция – первая стадия реализации генетической информации в клетке. Происходит в ядре. В ходе процесса образуются молекулы мРНК, служащие матрицей для синтеза белков, а также другие виды молекул РНК (тРНК, рРНК). По аналогии с репликацией, процесс идет по правилу комплементарности, рибонуклеозидтрифосфаты являются субстратами и источниками энергии. Синтез РНК начинается в определенных сайтах ДНК – промоторах и заканчивается в сайтах терминации. Участок, ограниченный названными сайтами, является единицей транскрипции (транскриптоном). В каждом транскриптоне содержится неинформативная зона, с которой взаимодействуют транскрипционные факторы (белки, регулирующие скорость процесса транскрипции). Соотношение информативной и неинформативной частей транскриптона эукариот 1:9. Транскриптоны отделены нетранскрибируемыми участками ДНК.

Транскрибируемая цепь ДНК – матричная, вторая – кодирующая. Синтез РНК идет в направлении 5’-3’.

Транскрипция осуществляется ферментами РНК-полимеразами (состоят из 4 субъединиц: 2α, β, β’, ợ. ợ выполняет регуляторную функцию):

• РНК-полимераза 1 синтезирует пре-рРНК;

• РНК-полимераза 2 синтезирует пре-мРНК;

• РНК-полимераза 3 синтезирует пре-тРНК.

Стадии транскрипции: