Пресинтетический период ($G_1$)
Этот этап также известен как период роста или постмитотический период. Он наступает сразу после того, как клетка образовалась в результате деления.
Характеристика процессов:
- Интенсивный рост: клетка активно наращивает массу. Происходит масштабный синтез белков, ферментов, жиров и углеводов. Также накапливаются нуклеотиды, которые в дальнейшем будут необходимы для синтеза РНК и ДНК.
- Восстановление органелл: образуется большое количество рибосом для обеспечения белкового синтеза. Формируются новые мембранные органеллы: митохондрии, эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, везикулярные пузырьки, а у растительных клеток — хлоропласты.
- Энергетика и регуляция: идет активный синтез АТФ. Кроме того, вырабатываются специфические вещества, которые могут либо стимулировать, либо подавлять начало следующей фазы клеточного цикла.
Генетический статус: хромосомы состоят из одной хроматиды (однохроматидные). Генетический набор обозначается формулой 2n2c, где n — число хромосом, а c — количество ДНК. Это классический диплоидный набор с нормальным количеством генетического материала.
Синтетический период ($S$)
Синтетический этап является центральным событием всей интерфазы, так как именно здесь происходит удвоение генетической информации.
Характеристика процессов:
- Репликация ДНК: процесс протекает полуконсервативным способом, обеспечивая точное копирование материнской молекулы.
- Синтез белков: параллельно с репликацией образуются особые белки — гистоны. Они крайне важны, поскольку участвуют в формировании правильной структуры новых хромосом и пространственной упаковке удвоенной ДНК.
Генетический статус: в самом начале периода хромосомы остаются однохроматидными (2n2c). Однако к концу $S$-периода, после завершения репликации, каждая хромосома обзаводится сестринской хроматидой. Теперь хромосомы состоят из двух абсолютно одинаковых хроматид (двухроматидные), а формула набора изменяется на 2n4c.
Постсинтетический период ($G_2$)
Постсинтетический, или предмитотический период, представляет собой финальную стадию подготовки клетки к делению.
Характеристика процессов:
- Специфический синтез: клетка производит РНК и активно запасает энергию в виде АТФ (она будет полностью израсходована во время митоза). Важнейшим событием является синтез белков тубулинов, из которых в дальнейшем будет построено веретено деления.
- Структурные перестройки: окончательно завершается увеличение массы цитоплазмы. Наблюдается резкое возрастание объема клеточного ядра. Происходит удвоение центриолей, необходимых для организации полюсов деления.
Генетический статус: хромосомы остаются двухроматидными, генетический набор стабильно сохраняется в состоянии 2n4c вплоть до начала митоза.
Сводная таблица периодов
| Период | Синоним | Генетический набор | Ключевые события |
|---|---|---|---|
| $G_1$ | Пресинтетический | 2n2c | Рост клетки, синтез органелл и нуклеотидов |
| $S$ | Синтетический | Переход от 2n2c к 2n4c | Полуконсервативная репликация ДНК, синтез гистонов |
| $G_2$ | Постсинтетический | 2n4c | Удвоение центриолей, синтез тубулинов и АТФ для митоза |
Коротко: ответы на вопросы по теме
Что происходит с клеткой, если она переходит в фазу G0 (период покоя)?
При переходе в фазу $G_0$ (период репродуктивного покоя) клетка перестает делиться и находится в состоянии «отдыха». В этой фазе клетки дифференцируются (специализируются) и ведут себя по-разному в зависимости от своего типа:
- Неделящиеся — терминально дифференцированные клетки, которые окончательно теряют способность переходить в стадию пролиферации (например, нейроны, кардиомиоциты).
- Редко делящиеся — условно обновляющиеся клетки, которые способны снова войти в клеточный цикл после длительного периода покоя (например, гепатоциты).
Также клетка из этой фазы покоя может просто перейти обратно в активный цикл деления.
Какие специфические белки-ферменты регулируют прохождение клеткой контрольных точек интерфазы?
Прохождение клеткой периодов интерфазы регулируется комплексами белков-активаторов (циклинов) и ферментов — циклинзависимых киназ (CdK). Циклины синтезируются волнообразно и активируют киназы, которые фосфорилируют белки-мишени.
Смена фаз определяется специфическими комплексами:
- Начальный период G1 и выход из G0 — комплексы «Циклин D — Cdk 4» и «Циклин D — Cdk 6».
- Завершающая часть G1 — комплекс «Циклин E — Cdk 2».
- S-период — комплекс «Циклин A — Cdk 2».
- G2-период и Митоз — комплексы «Циклин B/A — Cdk 1».
После выполнения своей функции циклины деградируют в протеасомах.
Каков механизм полуконсервативной репликации ДНК в S-периоде (какие ферменты участвуют)?
Полуконсервативный механизм репликации заключается в том, что каждая из двух материнских цепей ДНК служит матрицей для образования новой дочерней цепи. Каждая дочерняя молекула ДНК состоит из одной родительской цепи и одной вновь синтезированной цепи.
Процесс включает следующие этапы:
- Инициация: инициирующие белки связываются с молекулой ДНК, происходит расплетание комплементарных цепей и разрыв водородных связей между азотистыми основаниями; формируется репликативная вилка.
- Элонгация: удлинение полинуклеотидной цепи ДНК, синтез новых цепей ДНК. Субстратами и источниками энергии являются дезоксирибонуклеозидтрифосфаты.
- Терминация: окончание репликации. Также описывается исключение праймеров и завершение формирования отстающей цепи ДНК.
Ферменты, участвующие в репликации ДНК: ДНК-полимеразы. У эукариот известно 7 типов ДНК-полимераз: $\alpha, \beta, \gamma, \delta, \epsilon, \zeta, \eta$; они участвуют в репликации и репарации ДНК.
Запомнить изменение набора легко: буква «c» (количество ДНК) увеличивается в два раза только после «S»-периода (Синтеза). До него — 2n2c, после него — 2n4c.
Вопросы с занятий и экзамена
В каком периоде интерфазы происходит репликация ДНК?
Репликация (удвоение) ДНК происходит в синтетическом ($S$) периоде.
Для чего клетка синтезирует тубулины в G2-периоде?
Белки тубулины необходимы для последующего формирования нитей веретена деления во время митоза.
Как меняется структура хромосом на протяжении интерфазы?
В $G_1$-периоде хромосомы состоят из одной хроматиды. В $S$-периоде происходит их удвоение, и к $G_2$-периоду они становятся двухроматидными.
Какую часть клеточного цикла занимает интерфаза?
Интерфаза является самым продолжительным этапом и занимает около 90% всего времени существования клетки от деления до деления.
Что ещё разобрать по теме
- Механизм полуконсервативной репликации ДНК
- Функции и строение гистоновых белков
- Строение центриолей и формирование веретена деления из тубулинов
- Регуляторные белки и точки сверки клеточного цикла
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Интерфаза» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Деление клетки»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.