БИОЛОГИЯ · 11 КЛАСС
Проект «Педагагічная скарбонка»
Молекулы, наследственность и эволюция

§ 16. Клеточный цикл и репликация ДНК

Клеточный цикл включает подготовку к делению и само деление. Интерфаза является периодом активной работы, а не простым отдыхом клетки.

Интерактивное исследование6 выводов2 интересных факта
16
Главный вопрос

Как клетка удваивает наследственный материал, сохраняя возможность правильно разделить его?

Биологическая лаборатория

Хромосомы и ДНК в клеточном цикле

Изменяйте параметры и наблюдайте модель. Пояснение раскрывает механизм каждого результата — правильный ответ заранее знать не нужно.

Исследуйте изменения и читайте объяснения. Учебные схемы и числовые модели упрощены.

Разбираемся в теме

Четыре смысловых раздела
01

Жизнь клетки между делениями

Клеточный цикл включает подготовку к делению и само деление. Интерфаза является периодом активной работы, а не простым отдыхом клетки.

В G1 клетка растёт и выполняет функции, в S удваивает ДНК, в G2 завершает подготовку к разделению. Некоторые клетки выходят из обычного цикла в состояние G0, временно или надолго. Продолжительность этапов зависит от типа клетки и условий, поэтому универсальной длительности цикла нет.

Последовательность клеточного цикла
  1. 1
    G1

    Рост и выполнение функций.

  2. 2
    S

    Репликация ДНК.

  3. 3
    G2

    Подготовка к разделению.

  4. 4
    M

    Разделение ядер и обычно цитоплазмы.

↻ Продолжение возвращает к началу цикла

Выход в G0 возможен: не каждая клетка постоянно повторяет цикл.

Клеточный цикл
Последовательность состояний клетки от её образования до следующего деления или гибели
Интерфаза
Часть цикла между делениями, включающая рост, репликацию и подготовку
S-период
Этап интерфазы, в котором происходит удвоение ДНК
От схемы — к объяснению
02

Полуконсервативное копирование

При репликации каждая исходная цепь ДНК служит матрицей для новой. Каждая дочерняя молекула поэтому содержит одну старую и одну вновь синтезированную цепь.

Спираль раскрывается, а ферменты подбирают нуклеотиды по принципу комплементарности. ДНК-полимераза удлиняет новую цепь в направлении от 5′ к 3′, используя подготовленный начальный участок. Антипараллельность исходных цепей делает организацию синтеза на двух сторонах репликационной вилки различной.

Выделяем главное

  • Репликация. Удвоение молекулы ДНК на основе комплементарного матричного синтеза
  • Полуконсервативность. Сохранение одной исходной цепи в каждой дочерней молекуле ДНК
  • ДНК-полимераза. Фермент, синтезирующий новую цепь ДНК по матрице
Выделяем главное

Модель двойной спирали ДНК

Zephyris · CC BY-SA 3.0
Wikimedia Commons · источник

Делящиеся клетки: флуоресцентная микрофотография

US government · Public domain
Wikimedia Commons · источник

Хромосомы: упаковка наследственного материала

SadiesBurrow · CC BY-SA 4.0
Wikimedia Commons · источник

03

Непрерывно и фрагментами

На ведущей цепи синтез относительно движения вилки идёт непрерывно. На отстающей цепи образуются отдельные фрагменты, которые затем соединяются. Это различие не отменяет общего направления работы полимеразы от 5′ к 3′. Затравки обеспечивают начало синтеза, а лигаза связывает участки после их обработки. Проверка соответствия оснований и репарация снижают число ошибок, хотя абсолютно безошибочного копирования не существует.

Структура и её функция

Репликационная вилка
Область раскрытия двойной спирали и синтеза новых цепей
Фрагменты Оказаки
Короткие участки ДНК, образующиеся при синтезе отстающей цепи
ДНК-лигаза
Фермент, соединяющий разрывы сахарофосфатного остова ДНК
Структура и её функция
04

Контроль и количество материала

После S-периода количество ДНК удваивается, но число хромосом до расхождения сестринских хроматид остаётся прежним. Диплоидную клетку обозначают как 2n4c вместо исходного 2n2c.

Контрольные механизмы согласуют переходы между этапами с состоянием ДНК и готовностью структур. Повреждения могут задержать цикл и дать время для исправления. Такая координация важна для сохранения генома и предотвращения передачи серьёзных нарушений дочерним клеткам.

Один набор хромосомных пар — разное количество ДНК
  1. 2n2cДо S
  2. 2n4cПосле S
  3. 2n2cПосле митоза в каждой дочерней
Контрольная точка
Механизм проверки условий перед переходом клетки к следующему этапу цикла
Репарация
Исправление повреждений и ошибок в ДНК
G0-период
Состояние выхода клетки из активного цикла деления
От схемы — к объяснению
Думаем как биологи

Разберите ситуацию

В клетке стало вдвое больше ДНК, но центромер столько же. Какой этап наиболее вероятно завершился?

Сверить рассуждение

S-период. Каждая хромосома теперь состоит из двух сестринских хроматид, но они ещё не разошлись как самостоятельные дочерние хромосомы.

Собираем главное

Шесть опорных выводов

01

Клеточный цикл включает подготовку к делению и само деление. Интерфаза является периодом активной работы, а не простым отдыхом клетки.

02

При репликации каждая исходная цепь ДНК служит матрицей для новой. Каждая дочерняя молекула поэтому содержит одну старую и одну вновь синтезированную цепь.

03

На ведущей цепи синтез относительно движения вилки идёт непрерывно. На отстающей цепи образуются отдельные фрагменты, которые затем соединяются.

04

После S-периода количество ДНК удваивается, но число хромосом до расхождения сестринских хроматид остаётся прежним. Диплоидную клетку обозначают как 2n4c вместо исходного 2n2c.

05

Репликация копирует информацию по комплементарной матрице. Полуконсервативный механизм сохраняет по одной старой цепи в каждой копии.

06

Удвоение ДНК и удвоение числа хромосом происходят не одновременно. Контроль цикла согласует копирование с последующим распределением материала.

Проверьте себя10 вопросов · проверяем понимание темы
1. Какое понятие соответствует описанию? «Последовательность состояний клетки от её образования до следующего деления или гибели»
2. Какое понятие соответствует описанию? «Часть цикла между делениями, включающая рост, репликацию и подготовку»
3. Какое понятие соответствует описанию? «Удвоение молекулы ДНК на основе комплементарного матричного синтеза»
4. Какое понятие соответствует описанию? «Сохранение одной исходной цепи в каждой дочерней молекуле ДНК»
5. Какое понятие соответствует описанию? «Область раскрытия двойной спирали и синтеза новых цепей»
6. Какое понятие соответствует описанию? «Короткие участки ДНК, образующиеся при синтезе отстающей цепи»
7. Какое понятие соответствует описанию? «Механизм проверки условий перед переходом клетки к следующему этапу цикла»
8. Какое понятие соответствует описанию? «Исправление повреждений и ошибок в ДНК»
9. Какое понятие соответствует описанию? «Этап интерфазы, в котором происходит удвоение ДНК»
10. Какое понятие соответствует описанию? «Фермент, соединяющий разрывы сахарофосфатного остова ДНК»

Источники и иллюстрации

Основа: предоставленный параграф учебника «Биология. 11 класс», § 16 «Клеточный цикл и репликация ДНК», издательство «Народная асвета». Материал переработан в учебный конспект по структуре и терминологии курса. Подписи, авторы и лицензии изображений приведены рядом с ними.

Конспект, схемы и задания работают без подключения к сети. Для внешних изображений требуется интернет.

↑

Загрузка прогресса…