Ląstelių ciklas: ląstelių gyvavimo ciklo laikotarpiai ir kontrolė

Perskaitykite šį straipsnį, kad sužinotumėte apie ląstelių gyvavimo ciklo laikotarpius ir kontrolę!

Ląstelių ciklas (Howard ir Pelc, 1953) - tai keletas pokyčių, atsirandančių naujai suformuotoje ląstelėje, kuri apima jos augimą ir dalijimąsi, kad sudarytų dvi dukterines ląsteles.

Jis susideda iš dviejų valstybių: ilgos nedalijančios augančios I-fazės arba tarpfazės ir trumpos skiriamosios M-fazės arba mitozinės fazės. Interfazė - tai keletas pokyčių, kurie vyksta naujai suformuotoje ląstelėje ir jos branduolyje, kol jis vėl negali sugesti. Todėl ji taip pat vadinama inter-mitoze. Tarpfazė negali būti įtraukta į mitozės etapą.

Tai yra kritinis laikas pasiruošiant ląstelių padalijimui, nes per šį etapą vyksta chromosomų dubliavimas mitozinėse ląstelėse ir padvigubinamas ląstelių dydis. Interfazė užima laiką tarp telofazo pabaigos ir kitos prophazės pradžios. Tarpfazės trukmė priklauso nuo organizmo ir užima 75–90% viso generavimo laiko.

Ląstelių ciklo laikotarpiai:

Ląstelių ciklas suskirstytas į keturis laikotarpius: G1, S, G2 ir mitozę. Remiantis sintetinėmis veiklos rūšimis, tarpfazė suskirstyta į tris etapus; Gj, S ir G2 (G reiškia augimą ir S sintezei).

1. G ₁ etapas:

„G“ tarpfazė kinta per ilgą laiką, užimantį nuo 25 iki 50% tarpinio laiko. G1 yra laikas „atotrūkis“ tarp mitozės pabaigos ir DNR sintezės pradžios (S-fazė). Tai labiausiai kintantis laikotarpis; priklausomai nuo ląstelių fiziologinių sąlygų, tai gali trukti dienas, mėnesius ar metus. Ląstelės, kurios nustoja proliferuoti, yra suimtos tam tikrame G1 taške ir lieka pašalintos iš ląstelių ciklo G1 būsenoje.

Svarbiausias elementas reguliuojant ląstelių proliferaciją vyksta G, kai priimamas esminis sprendimas, ar ląstelė patenka į naują pasidalijimo ciklą, ar įsijungia į G ₀ būseną, bet kaip tai nėra žinoma. G _: pogrupis yra pažymėtas daugeliu veiklos, ruošiantis S fazei, ir apima DNR sintezei reikalingų substratų ir fermentų sintezę ir organizavimą. Todėl G yra pažymėtas RNR ir baltymų sintezė.

2. S etapas:

Tai yra DNR sintezės laikotarpis. Kromosomos kartojasi tai surasti (paveldėtojo DNR molekulės veikia kaip šablonas ir sudaro anglies kopijas. DNR kiekis padvigubėja ir susidaro dvigubas genų rinkinys. Kartu su DNR replikacija susidaro nauji chromatino pluoštai, kurie lieka poromis.

Kadangi chromatino skaidulos yra pailgos chromosomos, kiekvienoje chromosomoje yra du seseriniai chromatidai, kurie lieka pritvirtinti centromere. S fazės ląstelėse yra faktorių, kurie skatina DNR sintezę. Histonai sintetinami S-fazės metu, per kurį jie susieti su naujai replikuota DNR.

Sub-etapas yra santykinai pastovus tarp panašių rūšių ląstelių, užimančių 35–40% tarpfazinio laiko.

3. G2 fazė:

Ši fazė seka DNR sintezę ir prieš mitozę (M). Jam dažnai būdingas padidėjęs branduolinės energijos kiekis ir vidutiniškai; G2 trukmė yra panaši į mitozės trukmę, 1-4 valandas. Dar svarbiau, kad G2 yra laikas, per kurį vyksta tam tikri metaboliniai ir organizaciniai įvykiai, kurie yra būtini mitozei.

Šio etapo metu sintezuojami baltymai, būtini verpstės pluoštų susidarymui. G2 pradžioje sintetinamos ribosomos ir jos yra skirtos vėlesniam ląstelių ciklui. Messenger'o RNR (mRNR) taip pat yra sukurta G2.

Prieš DNR sintezę (G) kiekviena chromosoma paprastai pasireiškia kaip viena kryptis, todėl DNR reikšmė yra 2C, bet po S, G2, chromosoma pasirodo kaip du grandinės chromatidai ir DNR kiekis turi 4C reikšmę.

S etapo metu DNR kiekis turi 4C reikšmę. Kai atsiranda mitozė, DNR reikšmė atkuriama iki 2C vertės arba, jei atsiranda miozė, kiekvienas produktas turi 1C vertės DNR konstantą. RNR sintezė vyksta per tarpfazę, skirtingai nei DNR sintezė, kuri vyksta tik S fazės metu. RNR sintezė nuslopinta dviem laikotarpiais, S-fazės ir M-fazės metu.

Ląstelių ciklo valdymas:

1. Kontrolės punktai ir jų reguliavimas:

Ląstelių dalijimo ciklo pradžiai reikia ekstraląstelinių augimo faktorių arba mitogenų, kurių nesant ląstelės pasitraukia iš ląstelių ciklo G1 ir patenka į G ₀ poilsio fazę. G1 taškas, kuriame vertinama informacija apie ląstelės aplinką, ir langelis nusprendžia, ar įvesti kitą skaidymo ciklą, vadinamas apribojimo tašku (arba R tašku). Ląstelės, kurių badas nulemia mitogenus, prieš pasiekdamas R tašką, vėl įeina į G ₀ ir nepavyksta 10 ląstelių dalijimasis.

Ląstelės, kurios po badymo taško, einančios per R tašką, praeina per ląstelių ciklą, kad būtų užbaigtas ląstelių pasiskirstymas prieš įvedant G ₀ . Daugelyje ląstelių tipų R taškas atsiranda po kelių valandų po mitozės. R punktas yra labai svarbus norint suprasti ląstelių pasiryžimą atlikti ląstelių dalijimo ciklą. Intervalas G, tarp mitozės ir R taško yra laikotarpis, kai daugialypis signalas sutampa ir sąveikauja nustatant ląstelės likimą.

Šios ląstelių ciklo dalys, pvz., R taškas, kur procesas gali būti sustabdytas, yra žinomos kaip kontroliniai taškai. Kontrolės taškai veikia atotrūkio fazių metu. Tai užtikrina, kad ląstelė yra kompetentinga atlikti kitą DNR replikacijos raundą (R taške G, faze) ir kad DNR replikacija sėkmingai baigta prieš ląstelių dalijimąsi (G ₂ fazės kontrolinis taškas).

2. Ciklinai ir nuo ciklino priklausomi kinazės:

Pagrindinis ląstelių ciklo progresavimo kontrolės mechanizmas yra reguliuojant baltymų fosforilinimą. Tai kontroliuoja specifinės baltymų kinazės, sudarytos iš reguliavimo subvieneto ir katalizinio subvieneto. Reguliavimo subvienetai vadinami ciklinais, o kataliziniai subvienetai vadinami ciklino priklausomomis kinazėmis (CDKs).

CDK neturi katalizinio aktyvumo, nebent jie yra susiję su ciklinu ir kiekvienas gali susieti su daugiau nei vienu cikliniu tipu. CDK ir ciklinas, esantis specifiniame CDK-ciklino komplekse, kartu nustato, kurie baltymai yra fosforilinti pagal baltymų kinazę.

Yra trys skirtingos ciklino-CDK kompleksų klasės, kurios yra susijusios su ląstelių ciklo G1, S arba M fazėmis.

(i) G1 CDK kompleksai paruošia ląstelę S fazei aktyvuodami transkripcijos faktorius, kurie sukelia DNR sintezei reikalingų fermentų ekspresiją ir S fazės CDK kompleksus koduojančius genus.

(ii) S fazės CDK kompleksai stimuliuoja organizuotos DNR sintezės pradžią. Mašina užtikrina, kad kiekviena chromosoma būtų pakartota tik vieną kartą.

(iii) mitoziniai CDK kompleksai sukelia chromosomų kondensaciją ir užsakė chromosomų atskyrimą į dvi dukterines ląsteles.

CDK kompleksų aktyvumas reguliuojamas trimis būdais:

i) kontroliuojant CDK komplekso subvienetų transkripciją.

(ii) inhibitoriais, kurie mažina CDK kompleksų aktyvumą. Pavyzdžiui, mitoziniai COK kompleksai yra sintezuojami S ir G. fazėje, tačiau jų aktyvumas yra represuojamas, kol baigsis DNR sintezė.

(iii) organizuojant CDK kompleksų proteolizę nustatytame ląstelių ciklo etape, kai jie nebėra reikalingi.

3. E2F ir Rb reguliavimas:

Ląstelių ciklo progresavimą per G. ir į S fazę iš dalies reguliuoja geno transkripcijos aktyvinimas (ir kai kuriais atvejais slopinimas), o progresavimas per vėlesnes ląstelių ciklo fazes pirmiausia reguliuojamas post-transkripcijos mechanizmais. Perėjimas per raktą G1 R kritiškai priklauso nuo transkripcijos faktoriaus E2F aktyvacijos.

E2F stimuliuoja genų, koduojančių DNR replikacijai ir deoksiribonukleotidų sintezei reikalingus baltymus, transkripciją ir ekspresiją, taip pat vėlesnėse ląstelių ciklo fazėse reikalingus ciklinus ir CDK. E2F aktyvumą slopina baltymo Rb (retinoblastomos naviko slopintojo baltymo ir susijusių baltymų) prisijungimas.

Kai Rb yra hipofosforilintas (nepakankamai fosforilintas), E2F aktyvumas yra slopinamas. Rb fosforilinimas ciklin-CDK kompleksais vidurinės ir vėlyvosios G1 fazės metu išlaisvina E2F, kad jis galėtų aktyvuoti transkripciją.

4. Ląstelių ciklo aktyvavimas ir slopinimas:

Maži inhibitorių baltymai gali lėtinti ląstelių ciklo progresavimą, slopindami ciklino CDK kompleksų aktyvumą. Yra dvi šių inhibitorių, CIP baltymų ir INK4 baltymų klasės.