§21 วัฏจักรของเซลล์

เพื่อให้เซลล์แบ่งตัวได้เต็มที่ เซลล์นั้นจะต้องเพิ่มขนาดและสร้างออร์แกเนลล์ในจำนวนที่เพียงพอ และเพื่อไม่ให้ข้อมูลทางพันธุกรรมสูญหายเมื่อแบ่งครึ่ง เธอจะต้องทำสำเนาโครโมโซมของเธอ และสุดท้าย เพื่อที่จะกระจายข้อมูลทางพันธุกรรมอย่างเท่าเทียมกันระหว่างเซลล์ลูกสาว 2 เซลล์ จะต้องจัดเรียงโครโมโซมตามลำดับที่ถูกต้องก่อนที่จะกระจายไปยังเซลล์ลูกสาว งานสำคัญทั้งหมดนี้สำเร็จได้ในระหว่างวัฏจักรของเซลล์

วัฏจักรของเซลล์มีความสำคัญเพราะ... มันแสดงให้เห็นถึงสิ่งที่สำคัญที่สุด: ความสามารถในการสืบพันธุ์ เติบโต และสร้างความแตกต่าง การแลกเปลี่ยนก็เกิดขึ้นเช่นกัน แต่ไม่ได้รับการพิจารณาเมื่อศึกษาวัฏจักรของเซลล์

ความหมายของแนวคิด

วัฏจักรของเซลล์ - นี่คือช่วงเวลาของชีวิตของเซลล์ตั้งแต่แรกเกิดจนถึงการก่อตัวของเซลล์ลูกสาว

ในเซลล์ของสัตว์ วัฏจักรของเซลล์ซึ่งเป็นช่วงเวลาระหว่างการแบ่งสองส่วน (ไมโตส) จะคงอยู่โดยเฉลี่ยประมาณ 10 ถึง 24 ชั่วโมง

วัฏจักรของเซลล์ประกอบด้วยช่วงเวลาหลายช่วง (คำพ้องความหมาย: ระยะ) ซึ่งมาแทนที่กันโดยธรรมชาติ เรียกรวมกันว่าระยะแรกของวัฏจักรเซลล์ (G 1, G 0, S และ G 2) อินเตอร์เฟส และระยะสุดท้ายเรียกว่า

ข้าว. 1.วัฏจักรของเซลล์

ช่วงเวลา (ระยะ) ของวัฏจักรเซลล์

1. ช่วงการเจริญเติบโตครั้งแรก G1 (จากการเติบโตแบบอังกฤษ - การเจริญเติบโต) คือ 30-40% ของวงจร และช่วงที่เหลือ G 0

คำพ้องความหมาย: ระยะหลังไมโทซิส (เกิดขึ้นหลังไมโทซีส), ระยะก่อนสังเคราะห์ (ผ่านก่อนการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ)

วัฏจักรของเซลล์เริ่มต้นด้วยการเกิดเซลล์อันเป็นผลมาจากการแบ่งเซลล์ หลังจากการแบ่งตัว เซลล์ลูกสาวจะมีขนาดลดลงและมีออร์แกเนลล์น้อยกว่าปกติ ดังนั้นเซลล์เล็ก "แรกเกิด" ในช่วงแรก (ระยะ) ของวัฏจักรเซลล์ (G 1) จะเติบโตและเพิ่มขนาด และยังก่อให้เกิดออร์แกเนลล์ที่หายไปอีกด้วย มีการสังเคราะห์โปรตีนที่จำเป็นสำหรับทั้งหมดนี้ เป็นผลให้เซลล์เต็มเปี่ยมใครๆ ก็พูดว่า "ผู้ใหญ่"

โดยปกติแล้วระยะเวลาการเจริญเติบโตของ G1 จะสิ้นสุดในเซลล์อย่างไร

1. การเข้าสู่เซลล์เข้าสู่กระบวนการ เนื่องจากความแตกต่าง เซลล์จึงได้รับคุณสมบัติพิเศษเพื่อทำหน้าที่ที่จำเป็นสำหรับอวัยวะและสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ความแตกต่างเกิดขึ้นจากสารควบคุม (ฮอร์โมน) ที่ออกฤทธิ์ต่อตัวรับโมเลกุลที่สอดคล้องกันของเซลล์ เซลล์ที่ทำการสร้างความแตกต่างเสร็จแล้วจะออกจากวงจรการแบ่งและเข้าสู่วงจรนั้น ช่วงเวลาพัก G 0 - จำเป็นต้องมีการสัมผัสกับสารกระตุ้น (ไมโทเจน) เพื่อให้เกิดการแยกความแตกต่างและกลับสู่วัฏจักรของเซลล์
2. ความตาย (ความตาย) ของเซลล์
3. เข้าสู่ช่วงต่อไปของวัฏจักรเซลล์ - สังเคราะห์

2. คาบสังเคราะห์ S (จากการสังเคราะห์ภาษาอังกฤษ - การสังเคราะห์) คิดเป็น 30-50% ของรอบ

แนวคิดการสังเคราะห์ในชื่อช่วงนี้หมายถึง การสังเคราะห์ DNA (การจำลอง) และไม่รวมถึงกระบวนการสังเคราะห์อื่นๆ เมื่อถึงขนาดที่กำหนดอันเป็นผลมาจากการผ่านช่วงการเจริญเติบโตครั้งแรก เซลล์จะเข้าสู่ช่วงสังเคราะห์หรือระยะ S ซึ่งเกิดการสังเคราะห์ DNA เนื่องจากการจำลองดีเอ็นเอ เซลล์จะเพิ่มสารพันธุกรรม (โครโมโซม) เป็นสองเท่า เนื่องจาก สำเนาที่แน่นอนของโครโมโซมแต่ละตัวจะถูกสร้างขึ้นในนิวเคลียส แต่ละโครโมโซมจะกลายเป็นสองเท่าและชุดโครโมโซมทั้งหมดจะกลายเป็นสองเท่าหรือ ซ้ำซ้อน - ด้วยเหตุนี้ เซลล์จึงพร้อมที่จะแบ่งสารพันธุกรรมระหว่างเซลล์ลูกสาวสองคนเท่าๆ กัน โดยไม่สูญเสียยีนแม้แต่ตัวเดียว

3. ช่วงการเจริญเติบโตครั้งที่สอง G 2 (จากการเติบโตแบบอังกฤษ - การเจริญเติบโต) คือ 10-20% ของรอบ

คำพ้องความหมาย: ระยะเวลาก่อนเกิด (ผ่านก่อนไมโทซิส), ช่วงหลังสังเคราะห์ (เกิดขึ้นหลังการสังเคราะห์)

ช่วง G2 เป็นช่วงเตรียมการแบ่งเซลล์ครั้งต่อไป ในช่วงที่สองของการเจริญเติบโตของ G 2 เซลล์จะผลิตโปรตีนที่จำเป็นสำหรับการแบ่งเซลล์ โดยเฉพาะทูบูลินสำหรับสปินเดิล สร้างพลังงานสำรองในรูปของ ATP ตรวจสอบว่าการจำลอง DNA เสร็จสมบูรณ์หรือไม่และเตรียมการแบ่งตัว

4. ระยะเวลาของการแบ่งไมโทติค M (จากภาษาอังกฤษ Mitosis - mitosis) คือ 5-10% ของรอบ

หลังจากการแบ่งตัว เซลล์จะเข้าสู่ระยะ G1 ใหม่และวงจรของเซลล์จะสิ้นสุดลง

การควบคุมวัฏจักรของเซลล์

ในระดับโมเลกุล การเปลี่ยนจากระยะหนึ่งของวงจรไปยังอีกระยะหนึ่งจะถูกควบคุมโดยโปรตีนสองตัว - ไซคลินและ ไคเนสที่ขึ้นกับไซคลิน(ซีดีเค).

เพื่อควบคุมวัฏจักรของเซลล์ มีการใช้กระบวนการฟอสโฟรีเลชั่น/ดีฟอสโฟรีเลชั่นของโปรตีนควบคุม เช่น เติมฟอสเฟตลงไปตามด้วยการกำจัด สารสำคัญที่ควบคุมการเข้าสู่เซลล์เข้าสู่ไมโทซีส (เช่น การเปลี่ยนจากระยะ G 2 ไปเป็นระยะ M) มีลักษณะเฉพาะ ไคเนสโปรตีนซีรีน/ทรีโอนีน, ซึ่งถูกเรียกว่า ปัจจัยการเจริญเติบโต- FS หรือ MPF จากปัจจัยส่งเสริมการเจริญเติบโตของภาษาอังกฤษ ในรูปแบบที่ออกฤทธิ์ เอนไซม์โปรตีนนี้จะเร่งปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชั่นของโปรตีนหลายชนิดที่เกี่ยวข้องกับไมโทซีส ตัวอย่างเช่นฮิสโตน H1 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครมาติน, ลามิเนต (ส่วนประกอบของเซลล์โครงร่างที่อยู่ในเยื่อหุ้มนิวเคลียส), ปัจจัยการถอดรหัส, โปรตีนแกนหมุนไมโทติสรวมถึงเอนไซม์จำนวนหนึ่ง ฟอสโฟรีเลชั่นของโปรตีนเหล่านี้โดยปัจจัยการเจริญเติบโต MPF จะกระตุ้นพวกมันและเริ่มกระบวนการแบ่งเซลล์ หลังจากเสร็จสิ้นการแบ่งเซลล์ หน่วยย่อยการควบคุม PS ไซคลินถูกทำเครื่องหมายด้วย ubiquitin และผ่านการสลาย (โปรตีโอไลซิส) ตอนนี้ถึงคราวของคุณแล้ว โปรตีนฟอสฟาเตสซึ่งโปรตีนดีฟอสโฟรีเลทที่มีส่วนร่วมในไมโทซีสจึงถ่ายโอนพวกมันไปสู่สถานะไม่ทำงาน เป็นผลให้เซลล์กลับสู่สถานะระหว่างเฟส

PS (MPF) เป็นเอนไซม์เฮเทอโรไดเมอริกที่มีหน่วยย่อยควบคุม ได้แก่ ไซคลิน และหน่วยย่อยเร่งปฏิกิริยา ได้แก่ ไคเนส CDK ที่ขึ้นกับไซลิน หรือที่เรียกว่า p34cdc2; 34 กิโลดาลตัน รูปแบบการออกฤทธิ์ของเอนไซม์นี้มีเพียงไดเมอร์ CZK + ไซคลินเท่านั้น นอกจากนี้ กิจกรรมของ CZK ยังถูกควบคุมโดยฟอสโฟรีเลชั่นแบบผันกลับได้ของเอนไซม์เอง ไซคลินส์ได้รับชื่อนี้เนื่องจากความเข้มข้นของพวกมันเปลี่ยนแปลงเป็นวัฏจักรตามช่วงเวลาของวัฏจักรเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันจะลดลงก่อนที่จะเริ่มการแบ่งเซลล์

ไซคลินและไคเนสที่ขึ้นกับไซคลินจำนวนหนึ่งมีอยู่ในเซลล์ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง การรวมกันของสองหน่วยย่อยของเอนไซม์จะควบคุมการเริ่มต้นของไมโทซิส, จุดเริ่มต้นของกระบวนการถอดรหัสในระยะ G1, การเปลี่ยนแปลงของจุดวิกฤตหลังจากการถอดรหัสเสร็จสิ้น, จุดเริ่มต้นของกระบวนการจำลองแบบ DNA ในช่วง S ของเฟสระหว่างกัน (เริ่มการเปลี่ยนแปลง ) และการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญอื่นๆ ของวัฏจักรเซลล์ (ไม่แสดงในแผนภาพ)
ในโอโอไซต์ของกบ การเข้าสู่ไมโทซีส (การเปลี่ยนผ่าน G2/M) จะถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของไซคลิน Cyclin ถูกสังเคราะห์อย่างต่อเนื่องในเฟสต่างๆ จนกระทั่งถึงความเข้มข้นสูงสุดในระยะ M เมื่อมีการเปิดตัวน้ำตกทั้งหมดของโปรตีนฟอสโฟรีเลชั่นที่เร่งปฏิกิริยาโดย PS เมื่อสิ้นสุดไมโทซีส ไซคลินจะถูกทำลายอย่างรวดเร็วโดยโปรตีเอสเอส ซึ่งกระตุ้นโดย PS เช่นกัน ในระบบเซลลูลาร์อื่นๆ กิจกรรมของ PS ถูกควบคุมโดยระดับฟอสโฟรีเลชั่นของเอนไซม์ที่แตกต่างกัน

วัฏจักรของเซลล์

วัฏจักรของเซลล์ประกอบด้วยไมโทซิส (เฟส M) และเฟสระหว่างกัน ในเฟสระหว่างเฟส เฟส G 1, S และ G 2 จะมีความแตกต่างกันอย่างต่อเนื่อง

ขั้นตอนของวงจรเซลล์

อินเตอร์เฟส

ช 1 เป็นไปตามระยะเทโลเฟสของไมโทซิส ในระหว่างระยะนี้ เซลล์จะสังเคราะห์ RNA และโปรตีน ระยะเวลาของระยะมีตั้งแต่หลายชั่วโมงจนถึงหลายวัน

ช 2 เซลล์สามารถออกจากวงจรและอยู่ในเฟสได้ ช 0 - ในเฟส ช 0 เซลล์เริ่มที่จะแยกแยะ

ส. ในระหว่างระยะ S การสังเคราะห์โปรตีนจะดำเนินต่อไปในเซลล์ การจำลองดีเอ็นเอจะเกิดขึ้น และเซนทริโอลจะแยกจากกัน ในเซลล์ส่วนใหญ่ ระยะ S จะอยู่ได้นาน 8-12 ชั่วโมง

ช 2 - ในระยะ G 2 การสังเคราะห์ RNA และโปรตีนจะดำเนินต่อไป (ตัวอย่างเช่น การสังเคราะห์ tubulin สำหรับ microtubules ของแกนหมุนไมโทติค) เซนทริโอลลูกสาวมีขนาดเท่ากับออร์แกเนลล์ขั้นสุดท้าย ระยะนี้กินเวลา 2-4 ชั่วโมง

ไมโทซิส

ในระหว่างไมโทซิส นิวเคลียส (คาริโอไคเนซิส) และไซโตพลาสซึม (ไซโตไคเนซิส) จะแบ่งตัว ระยะของการแบ่งเซลล์: การพยากรณ์, ระยะโพรเมตา, เมตาเฟส, แอนาเฟส, เทโลเฟส

คำทำนาย- โครโมโซมแต่ละตัวประกอบด้วยโครมาทิดน้องสาวสองตัวที่เชื่อมต่อกันด้วยเซนโทรเมียร์ และนิวเคลียสจะหายไป Centrioles จัดแกนไมโทติค เซนทริโอลคู่หนึ่งเป็นส่วนหนึ่งของไมโทติสเซ็นเตอร์ ซึ่งไมโครทูบูลขยายออกไปในแนวรัศมี ขั้นแรก ศูนย์ไมโทติสตั้งอยู่ใกล้กับเยื่อหุ้มนิวเคลียส จากนั้นจึงแยกออก และเกิดแกนหมุนไมโทติสแบบไบโพลาร์ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับโพลไมโครทูบูลซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันเมื่อพวกมันยาวขึ้น

เซนทริโอล เป็นส่วนหนึ่งของเซนโทรโซม (เซนโทรโซมประกอบด้วยเซนทริโอลสองตัวและเมทริกซ์เพอริเซนทริโอล) และมีรูปร่างเป็นทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 นาโนเมตรและยาว 500 นาโนเมตร ผนังทรงกระบอกประกอบด้วยไมโครทูบูลจำนวน 9 ชุด ในเซนโทรโซม เซนทริโอลจะตั้งฉากกัน ในช่วงระยะ S ของวัฏจักรเซลล์ เซนทริโอลจะถูกทำซ้ำ ในไมโทซิส เซนทริโอลคู่หนึ่งซึ่งแต่ละคู่ประกอบด้วยอันดั้งเดิมและอันที่ขึ้นรูปใหม่ จะแยกออกไปที่ขั้วของเซลล์และมีส่วนร่วมในการก่อตัวของไมโทติสสปินเดิล

โพรเมตาเฟส- เปลือกนิวเคลียร์สลายตัวเป็นชิ้นเล็กๆ ในภูมิภาคเซนโทรเมียร์ ไคเนโตชอร์จะปรากฏขึ้น โดยทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางในการจัดระเบียบไมโครทูบูลของไคเนโตชอร์ การที่ไคเนโตชอร์ออกจากโครโมโซมแต่ละตัวในทั้งสองทิศทางและการมีปฏิสัมพันธ์กับโพลไมโครทูบูลของแกนหมุนทิคส์เป็นสาเหตุของการเคลื่อนที่ของโครโมโซม

เมตาเฟส- โครโมโซมตั้งอยู่ในบริเวณเส้นศูนย์สูตรของแกนหมุน แผ่นเมตาเฟสถูกสร้างขึ้นโดยแต่ละโครโมโซมถูกยึดโดยไคเนโตชอร์คู่หนึ่งและไมโครทูบูลไคเนโตชอร์ที่เกี่ยวข้องซึ่งพุ่งไปยังขั้วตรงข้ามของแกนหมุนไมโทติค

แอนาเฟส– ความแตกต่างของโครโมโซมลูกสาวกับขั้วของไมโทติคสปินเดิลที่ความเร็ว 1 µm/นาที

เทโลเฟส- โครมาทิดเข้าใกล้ขั้ว ไมโครทูบูลของไคเนโตชอร์หายไป และขั้วจะยังคงยาวต่อไป เปลือกนิวเคลียร์ก่อตัวขึ้นและนิวเคลียสก็ปรากฏขึ้น

ไซโตไคเนซิส- การแบ่งไซโตพลาสซึมออกเป็นสองส่วน กระบวนการนี้เริ่มต้นในช่วงปลายแอนาเฟสหรือเทโลเฟส พลาสม่าเลมมาจะถูกหดกลับระหว่างนิวเคลียสของลูกสาวสองคนในระนาบตั้งฉากกับแกนยาวของสปินเดิล ร่องที่แตกแยกลึกขึ้นและยังมีสะพานเชื่อมระหว่างเซลล์ลูกสาวซึ่งเป็นร่างกายที่เหลืออยู่ การทำลายโครงสร้างนี้เพิ่มเติมนำไปสู่การแยกเซลล์ลูกสาวอย่างสมบูรณ์

หน่วยงานกำกับดูแลการแบ่งเซลล์

การเพิ่มจำนวนเซลล์ซึ่งเกิดขึ้นผ่านไมโทซีสนั้นได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดโดยสัญญาณโมเลกุลต่างๆ กิจกรรมที่ประสานงานกันของตัวควบคุมวัฏจักรเซลล์หลายตัวเหล่านี้ทำให้แน่ใจได้ว่าทั้งการเปลี่ยนแปลงของเซลล์จากเฟสหนึ่งไปอีกเฟสของวัฏจักรเซลล์และการดำเนินการเหตุการณ์ของแต่ละเฟสอย่างแม่นยำ สาเหตุหลักสำหรับการปรากฏตัวของเซลล์ที่ไม่สามารถควบคุมได้อย่างแพร่หลายคือการกลายพันธุ์ในยีนที่เข้ารหัสโครงสร้างของตัวควบคุมวัฏจักรของเซลล์ ตัวควบคุมวัฏจักรของเซลล์และไมโทซิสแบ่งออกเป็นภายในเซลล์และระหว่างเซลล์ สัญญาณโมเลกุลในเซลล์นั้นมีมากมาย ประการแรกคือ ตัวควบคุมวัฏจักรของเซลล์เอง (ไซคลิน, ไคเนสของโปรตีนที่ขึ้นกับไซคลิน, ตัวกระตุ้นและสารยับยั้ง) และผู้ยับยั้งเนื้องอก ควรกล่าวถึง

ไมโอซิส

ในช่วงไมโอซิสจะเกิดเซลล์สืบพันธุ์เดี่ยว

การแบ่งไมโอติกครั้งแรก

การแบ่งเซลล์ระยะแรกของไมโอซิส (โพรเฟส 1, เมตาเฟส 1, แอนาเฟส 1 และเทโลเฟส 1) คือการลดลง

คำทำนายฉันผ่านหลายขั้นตอนติดต่อกัน (leptotene, zygotene, pachytene, diplotene, diakinesis)

เลปโททีน –โครมาตินควบแน่น แต่ละโครโมโซมประกอบด้วยโครมาทิด 2 โครมาทิดที่เชื่อมต่อกันด้วยเซนโทรเมียร์

ไซโกทีน– โครโมโซมคู่ที่คล้ายคลึงกันเข้ามาใกล้และสัมผัสกันทางกายภาพ ( ไซแนซิส) ในรูปแบบของคอมเพล็กซ์ synaptonemal ที่ช่วยให้แน่ใจว่าการผันคำกริยาของโครโมโซม ในขั้นตอนนี้ โครโมโซมสองคู่ที่อยู่ติดกันจะเกิดเป็นไบวาเลนต์

ปาชิเทนา- โครโมโซมหนาขึ้นเนื่องจากเกลียว ส่วนที่แยกกันของโครโมโซมคอนจูเกตจะตัดกันและก่อตัวเป็นไคแอสมาตา เกิดขึ้นที่นี่ ข้ามไป- การแลกเปลี่ยนส่วนต่างๆ ระหว่างโครโมโซมคล้ายคลึงกันของบิดาและมารดา

นักการทูต– การแยกโครโมโซมคอนจูเกตในแต่ละคู่อันเป็นผลมาจากการแยกตามยาวของคอมเพล็กซ์ซินแนปโทนมัล โครโมโซมจะถูกแบ่งไปตามความยาวทั้งหมดของโครโมโซม ยกเว้นไคแอสมาตา ในไบวาเลนต์ มีโครมาทิด 4 โครมาทิดที่สามารถแยกแยะได้อย่างชัดเจน ไบวาเลนต์ดังกล่าวเรียกว่าเตตราด ไซต์ที่คลี่คลายจะปรากฏในโครมาทิดที่มีการสังเคราะห์ RNA

ไดอะคิเนซิสกระบวนการทำให้โครโมโซมสั้นลงและแยกคู่โครโมโซมดำเนินต่อไป Chiasmata เคลื่อนไปที่ปลายโครโมโซม (terminalization) เยื่อหุ้มนิวเคลียสถูกทำลายและนิวเคลียสหายไป แกนไมโทติคปรากฏขึ้น

เมตาเฟสฉัน- ในเมตาเฟส 1 เตตราดจะก่อตัวเป็นแผ่นเมตาเฟส โดยทั่วไป โครโมโซมของบิดาและมารดาจะกระจายแบบสุ่มที่ด้านใดด้านหนึ่งหรืออีกด้านหนึ่งของเส้นศูนย์สูตรของไมโทติสสปินเดิล รูปแบบของการกระจายโครโมโซมนี้เป็นไปตามกฎข้อที่สองของเมนเดล ซึ่ง (พร้อมกับการข้ามผ่าน) รับประกันความแตกต่างทางพันธุกรรมระหว่างบุคคล

แอนาเฟสฉันแตกต่างจากแอนนาเฟสของไมโทซีสตรงที่ในระหว่างไมโทซีส โครมาทิดน้องสาวจะเคลื่อนไปทางขั้ว ในระหว่างระยะไมโอซิสนี้ โครโมโซมที่ไม่บุบสลายจะเคลื่อนไปที่ขั้ว

เทโลเฟสฉันไม่ต่างจากเทโลเฟสของไมโทซีส นิวเคลียสที่มีโครโมโซมคอนจูเกต (สองเท่า) 23 แท่งถูกสร้างขึ้น ไซโตไคเนซิสเกิดขึ้น และเซลล์ลูกสาวถูกสร้างขึ้น

การแบ่งส่วนที่สองของไมโอซิส

การแบ่งไมโอซิสส่วนที่สอง - แบบสมการ - ดำเนินการในลักษณะเดียวกับไมโทซิส (การพยากรณ์ II, เมตาเฟส II, แอนาเฟส II และเทโลเฟส) แต่เร็วกว่ามาก เซลล์ลูกสาวได้รับชุดโครโมโซมเดี่ยว (22 ออโตโซมและโครโมโซมเพศหนึ่งอัน)

วัฏจักรของเซลล์ - นี่คือช่วงชีวิตของเซลล์จากแผนกหนึ่งไปอีกแผนกหนึ่ง ประกอบด้วยช่วงระหว่างเฟสและช่วงแบ่ง ระยะเวลาของวัฏจักรของเซลล์แตกต่างกันไปตามสิ่งมีชีวิตต่างๆ (สำหรับแบคทีเรีย - 20-30 นาที สำหรับเซลล์ยูคาริโอต - 10-80 ชั่วโมง)

อินเตอร์เฟส

อินเตอร์เฟส (ตั้งแต่ lat. อินเตอร์- ระหว่าง, เฟส– การเกิดขึ้น) คือช่วงเวลาระหว่างการแบ่งเซลล์หรือตั้งแต่การแบ่งจนถึงการตายของเซลล์ ระยะเวลาตั้งแต่การแบ่งเซลล์จนถึงการตายของเซลล์เป็นลักษณะของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่สูญเสียความสามารถในการทำเช่นนั้นหลังจากการแบ่งตัว (เซลล์เม็ดเลือดแดง เซลล์ประสาท ฯลฯ) เฟสระหว่างเฟสใช้เวลาประมาณ 90% ของวัฏจักรเซลล์

อินเตอร์เฟสประกอบด้วย:

1) ระยะเวลาสังเคราะห์ (G 1) – กระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพอย่างเข้มข้นเริ่มต้นขึ้น เซลล์จะเติบโตและเพิ่มขนาด ในช่วงเวลานี้เองที่เซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่สูญเสียความสามารถในการแบ่งตัวจะคงอยู่จนกระทั่งตาย

2) สังเคราะห์ (S) – DNA และโครโมโซมจะเพิ่มเป็นสองเท่า (เซลล์จะกลายเป็นเตตระพลอยด์) เซนทริโอล (ถ้ามี) จะเพิ่มเป็นสองเท่า

3) โพสต์สังเคราะห์ (G 2) – โดยพื้นฐานแล้วเป็นกระบวนการสังเคราะห์ในการหยุดเซลล์ เซลล์จะเตรียมการแบ่งตัว

การแบ่งเซลล์เกิดขึ้น โดยตรง(อะมิโทซิส) และ ทางอ้อม(ไมโทซิส, ไมโอซิส)

อะมิโทซิส

อะมิโทซิส – การแบ่งเซลล์โดยตรงซึ่งไม่ได้สร้างเครื่องมือการแบ่งตัว นิวเคลียสแบ่งตัวเนื่องจากการรัดรูปวงแหวน ไม่มีการกระจายข้อมูลทางพันธุกรรมที่สม่ำเสมอ ในธรรมชาติ Macronuclei (นิวเคลียสขนาดใหญ่) ของ ciliates และเซลล์รกในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะถูกแบ่งโดยอะไมโทซิส เซลล์มะเร็งสามารถแบ่งตัวได้ด้วยอะไมโทซิส

การแบ่งทางอ้อมเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของเครื่องมือฟิชชัน อุปกรณ์การแบ่งตัวประกอบด้วยส่วนประกอบที่ทำให้แน่ใจถึงการกระจายตัวของโครโมโซมที่สม่ำเสมอระหว่างเซลล์ (สปินเดิลของการแบ่ง เซนโทรเมียร์ และเซนทริโอล หากมี) การแบ่งเซลล์สามารถแบ่งออกเป็นการแบ่งนิวเคลียร์ ( ไมโทซีส) และการแบ่งตัวของไซโตพลาสซึม ( ไซโตไคเนซิส- อย่างหลังเริ่มต้นในช่วงสิ้นสุดของการแยกตัวของนิวเคลียร์ ที่พบมากที่สุดในธรรมชาติคือไมโทซิสและไมโอซิส เกิดขึ้นเป็นบางครั้ง เยื่อบุโพรงมดลูก- ฟิชชันทางอ้อมที่เกิดขึ้นในนิวเคลียสโดยไม่ทำลายเปลือกของมัน

ไมโทซีส

ไมโทซีส คือการแบ่งเซลล์ทางอ้อมโดยเซลล์ลูกสาว 2 เซลล์ที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมเหมือนกันเกิดขึ้นจากเซลล์แม่

ระยะไมโทซิส:

1) คำทำนาย – การบดอัดของโครมาติน (การควบแน่น) เกิดขึ้น, โครมาทิดหมุนวนและสั้นลง (มองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง), นิวคลีโอลีและเยื่อหุ้มนิวเคลียสหายไป, เกิดแกนหมุนขึ้น, เกลียวของมันติดอยู่กับเซนโทรเมียร์ของโครโมโซม, เซนทริโอลแบ่งและแยกออกจากขั้ว ของเซลล์;

2) เมตาเฟส – โครโมโซมมีลักษณะเป็นเกลียวจนสุดและตั้งอยู่ตามแนวเส้นศูนย์สูตร (ในแผ่นเส้นศูนย์สูตร) ​​มีโครโมโซมคล้ายคลึงกันอยู่ใกล้ ๆ

3) แอนาเฟส - เกลียวสปินเดิลหดตัวพร้อมกันและยืดโครโมโซมออกไปที่ขั้ว (โครโมโซมกลายเป็นโมโนโครมาทิด) ซึ่งเป็นระยะที่สั้นที่สุดของไมโทซิส

4) เทโลเฟส – โครโมโซม despiral นิวคลีโอลีและเยื่อหุ้มนิวเคลียสเกิดขึ้น การแบ่งตัวของไซโตพลาสซึมเริ่มต้นขึ้น

ไมโทซิสเป็นลักษณะเฉพาะของเซลล์ร่างกายเป็นหลัก ไมโทซิสรักษาจำนวนโครโมโซมให้คงที่ ช่วยเพิ่มจำนวนเซลล์จึงสังเกตได้ในระหว่างการเจริญเติบโต การงอกใหม่ และการขยายพันธุ์พืช

ไมโอซิส

ไมโอซิส (จากภาษากรีก ไมโอซิส- การลดลง) คือการแบ่งเซลล์แบบรีดิวซ์ทางอ้อม โดยเซลล์ลูกสี่เซลล์ถูกสร้างขึ้นจากเซลล์แม่ซึ่งมีข้อมูลทางพันธุกรรมที่ไม่เหมือนกัน

มีสองแผนก: ไมโอซิส 1 และไมโอซิส II เฟส I คล้ายกับเฟสก่อนไมโทซีส ในช่วงหลังการสังเคราะห์ของเฟสระหว่างเฟส กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนจะไม่หยุดและดำเนินต่อไปในการทำนายของการแบ่งส่วนแรก

ไมโอซิส 1:

– คำทำนาย I – เกลียวโครโมโซม นิวเคลียสและเปลือกนิวเคลียสหายไป แกนหมุนก่อตัวขึ้น โครโมโซมที่คล้ายคลึงกันเข้ามาใกล้และเกาะติดกันตามโครมาทิดน้องสาว (เหมือนฟ้าผ่าในปราสาท) – เกิดขึ้น การผันคำกริยาจึงก่อตัวขึ้น เตตราด, หรือ ไบวาเลนต์เกิดการครอสโอเวอร์ของโครโมโซมและการแลกเปลี่ยนส่วนต่างๆ - ข้ามไปจากนั้นโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันจะผลักกัน แต่ยังคงเชื่อมโยงกันในบริเวณที่มีการข้ามเกิดขึ้น กระบวนการสังเคราะห์เสร็จสมบูรณ์

– เมตาเฟส I – โครโมโซมตั้งอยู่บนเส้นศูนย์สูตร มีลักษณะคล้ายคลึงกัน – โครโมโซมไบโครมาติดตั้งอยู่ตรงข้ามกันทั้งสองข้างของเส้นศูนย์สูตร

– แอนาเฟส I – เส้นใยของสปินเดิลหดตัวและยืดไปตามโครโมโซมไบโครมาติดที่คล้ายคลึงกันหนึ่งโครโมโซมเข้าหาขั้ว

– เทโลเฟส I (ถ้ามี) - โครโมโซม despiral, นิวเคลียสและเยื่อหุ้มนิวเคลียสถูกสร้างขึ้น, ไซโตพลาสซึมจะถูกกระจาย (เซลล์ที่เกิดขึ้นนั้นเป็นเดี่ยว)

อินเตอร์เฟส II(ถ้ามี): ไม่เกิดการจำลองดีเอ็นเอ

ไมโอซิส II:

– คำทำนาย II – โครโมโซมมีความหนาแน่นมากขึ้น นิวเคลียสและเยื่อหุ้มนิวเคลียสหายไป เกิดฟิชชันสปินเดิลขึ้น

– เมตาเฟส II – โครโมโซมตั้งอยู่ตามแนวเส้นศูนย์สูตร

– แอนาเฟส II - โครโมโซมที่มีการหดตัวพร้อมกันของเกลียวสปินเดิล แยกออกไปที่ขั้ว

– เทโลเฟส II - โครโมโซม despiral เกิดนิวคลีโอลัสและเยื่อหุ้มนิวเคลียส และไซโตพลาสซึมแบ่งตัว

ไมโอซิสเกิดขึ้นก่อนการก่อตัวของเซลล์สืบพันธุ์ ช่วยให้สามารถหลอมรวมเซลล์สืบพันธุ์เพื่อรักษาจำนวนโครโมโซมของสายพันธุ์ (คาริโอไทป์) ให้คงที่ ให้ความแปรปรวนแบบผสมผสาน

กูฟโป

"มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐ VORONEZH"

ฝ่ายวิเคราะห์ระบบและการจัดการระบบการแพทย์

เชิงนามธรรม

วินัย: “ชีววิทยามนุษย์และสัตว์”

ในหัวข้อ: “วงจรไมโทติค วัฏจักรของเซลล์ เฟส M, G1, S, G2, การทำงานของเซลล์แบบอัตโนมัติและแบบเฮเทอโรสังเคราะห์"

เสร็จสิ้นโดย : นักศึกษาชั้นปีที่ 1 กลุ่ม BM-101 Tonkikh M.A.

ตรวจสอบโดย : อาจารย์แพทย์เฉพาะทาง. วิทยาศาสตร์ L. B. Dmitrenko

โวโรเนซ 2010

วัฏจักรของเซลล์: ภาพรวม

ชุดของเหตุการณ์ที่เกิดซ้ำเพื่อให้แน่ใจว่ามีการแบ่งเซลล์ยูคาริโอตเรียกว่าวัฏจักรของเซลล์ ความยาวของวัฏจักรของเซลล์ขึ้นอยู่กับประเภทของการแบ่งเซลล์ เซลล์บางชนิด เช่น เซลล์ประสาทของมนุษย์ หยุดการแบ่งตัวโดยสิ้นเชิงหลังจากถึงขั้นของการแยกส่วนขั้นสุดท้าย เซลล์ของปอด ไต หรือตับในร่างกายของผู้ใหญ่จะเริ่มแบ่งตัวเพื่อตอบสนองต่อความเสียหายต่ออวัยวะที่เกี่ยวข้องเท่านั้น เซลล์เยื่อบุผิวในลำไส้แบ่งตัวตลอดชีวิตของบุคคล แม้ในเซลล์ที่มีการแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว การเตรียมการแบ่งตัวจะใช้เวลาประมาณ 24 ชั่วโมง วัฏจักรของเซลล์แบ่งออกเป็นระยะ: Mitosis - M-phase ซึ่งเป็นการแบ่งนิวเคลียสของเซลล์ ระยะ G1 คือช่วงก่อนการสังเคราะห์ DNA S-phase คือช่วงเวลาของการสังเคราะห์ (การจำลองแบบ DNA) ระยะ G2 คือช่วงเวลาระหว่างการสังเคราะห์ DNA และการแบ่งเซลล์ เฟสระหว่างเฟสคือช่วงที่รวมเฟส G1, S และ G2 Cytokinesis เป็นส่วนหนึ่งของไซโตพลาสซึม จุดจำกัด จุด R - เวลาในวัฏจักรของเซลล์เมื่อความก้าวหน้าของเซลล์ไปสู่การแบ่งตัวไม่สามารถย้อนกลับได้ ระยะ G0 คือสภาวะของเซลล์ที่มีชั้นเดียวหรือขาดปัจจัยการเจริญเติบโตในระยะ G1 ระยะต้น

mitozumeosis) นำหน้าด้วยการเพิ่มโครโมโซมเป็นสองเท่า ซึ่งเกิดขึ้นในช่วง S ของวัฏจักรเซลล์ ระยะเวลาถูกกำหนดโดยอักษรตัวแรกของคำว่า การสังเคราะห์ - การสังเคราะห์ DNA ตั้งแต่สิ้นสุดระยะ S จนถึงสิ้นสุดเมตาเฟส นิวเคลียสประกอบด้วย DNA มากกว่านิวเคลียสของสเปิร์มหรือไข่ถึงสี่เท่า และแต่ละโครโมโซมประกอบด้วยโครมาทิดน้องสาวที่เหมือนกันสองตัว

ในระหว่างไมโทซิส โครโมโซมจะควบแน่น และเมื่อสิ้นสุดระยะพยากรณ์หรือจุดเริ่มต้นของเมตาเฟส โครโมโซมจะมองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง สำหรับการวิเคราะห์ทางเซลล์พันธุศาสตร์ มักใช้การเตรียมโครโมโซมเมตาเฟส

ตอนแรก แอนาเฟสเซนโทรเมียร์ของโครโมโซมคล้ายคลึงกันถูกตัดการเชื่อมต่อและ โครมาทิดแยกไปยังขั้วตรงข้ามของไมโทติสสปินเดิล หลังจากที่โครมาทิดครบชุดเคลื่อนตัวไปที่ขั้ว (จากนี้ไปเรียกว่าโครโมโซม) เยื่อหุ้มนิวเคลียสจะถูกสร้างขึ้นรอบๆ แต่ละโครมาทิด ก่อตัวเป็นนิวเคลียสของเซลล์ลูกสาวสองคน (การทำลายเยื่อหุ้มนิวเคลียร์ของเซลล์แม่เกิดขึ้นที่ จบ คำทำนาย- เซลล์ลูกสาวเข้ามา ช่วง G1และเฉพาะในการเตรียมการสำหรับแผนกถัดไปเท่านั้นที่พวกมันจะเข้าสู่ยุค S และการจำลองดีเอ็นเอจะเกิดขึ้นในตัวพวกมัน

เซลล์ที่มีฟังก์ชันพิเศษที่ไม่เข้าสู่ไมโทซิสเป็นเวลานานหรือสูญเสียความสามารถในการแบ่งตัวโดยทั่วไปจะอยู่ในสถานะที่เรียกว่า ช่วง G0 .

เซลล์ส่วนใหญ่ในร่างกายเป็นแบบซ้ำ - นั่นคือมีสองเซลล์ ชุดโครโมโซมเดี่ยว(ชุดเดี่ยวคือจำนวนโครโมโซมในเซลล์สืบพันธุ์ ในมนุษย์มีโครโมโซม 23 โครโมโซม และ ชุดโครโมโซมซ้ำ - 46).

ในอวัยวะสืบพันธุ์ สารตั้งต้นของเซลล์สืบพันธุ์จะผ่านการแบ่งไมโทติคเป็นชุดก่อน จากนั้นจึงเข้าสู่ไมโอซิส ซึ่งเป็นกระบวนการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่ประกอบด้วยสองการแบ่งต่อเนื่องกัน ในไมโอซิสโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันจะจับคู่กัน (โครโมโซมที่ 1 ของพ่อกับโครโมโซมที่ 1 ของมารดา ฯลฯ ) หลังจากนั้นในสิ่งที่เรียกว่า ข้ามไปการรวมตัวกันใหม่เกิดขึ้นนั่นคือการแลกเปลี่ยนส่วนต่างๆระหว่างโครโมโซมของพ่อและแม่ เป็นผลให้องค์ประกอบทางพันธุกรรมของโครโมโซมแต่ละตัวเปลี่ยนแปลงไปในเชิงคุณภาพ

ในดิวิชั่นแรก ไมโอซิสโครโมโซมที่คล้ายคลึงกัน (และไม่ใช่ซิสเตอร์โครมาทิด ดังเช่นใน) ไมโทซีส) ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเซลล์ที่มีชุดโครโมโซมเดี่ยวซึ่งแต่ละชุดมีโครโมโซม 22 ชุดสองเท่า ออโตโซมและโครโมโซมเพศสองเท่าหนึ่งอัน

ไม่มีคาบ S ระหว่างการแบ่งไมโอติกที่หนึ่งและที่สอง ( ข้าว. 66.2, ขวา) และซิสเตอร์โครมาทิดแยกออกเป็นเซลล์ลูกสาวในส่วนที่สอง เป็นผลให้เซลล์ที่มีชุดโครโมโซมเดี่ยวเกิดขึ้นซึ่งมี DNA มากเป็นครึ่งหนึ่งของเซลล์โซมาติกซ้ำในช่วง G1 และน้อยกว่าในเซลล์ร่างกาย 4 เท่าเมื่อสิ้นสุดช่วง S

ในระหว่างการปฏิสนธิ จำนวนโครโมโซมและปริมาณ DNA ในไซโกตจะเท่ากันกับในเซลล์ร่างกายในช่วง G1

คาบ S ในไซโกตจะเปิดทางไปสู่การแบ่งตัวตามปกติ ซึ่งเป็นลักษณะของเซลล์ร่างกาย

วัฏจักรของเซลล์: ระยะ

วัฏจักรของเซลล์ยูคาริโอตแบ่งออกเป็นสี่ระยะ ในขั้นตอนของการแบ่งเซลล์โดยตรง (ไมโทซิส) โครโมโซมเมตาเฟสที่ควบแน่นจะมีการกระจายเท่า ๆ กันระหว่างเซลล์ลูกสาว ( ระยะ M ของวัฏจักรเซลล์ - ไมโทซีส- ไมโทซิสเป็นระยะแรกของวัฏจักรเซลล์ที่ระบุ และเหตุการณ์อื่นๆ ทั้งหมดที่เกิดขึ้นในเซลล์ระหว่างไมโทสทั้งสองถูกเรียกว่า อินเตอร์เฟส- การพัฒนางานวิจัยในระดับโมเลกุลทำให้สามารถระบุขั้นตอนการสังเคราะห์ DNA ในระยะระหว่างเฟสได้ เรียกว่า เฟส S (การสังเคราะห์)- ขั้นตอนสำคัญสองขั้นตอนของวัฏจักรเซลล์ไม่ได้เปลี่ยนผ่านกันโดยตรง หลังจากสิ้นสุดไมโทซีส ก่อนที่การสังเคราะห์ดีเอ็นเอจะเริ่มขึ้น ระยะ G1 ของวัฏจักรเซลล์ (ช่องว่าง)การหยุดการทำงานของเซลล์อย่างเห็นได้ชัดในระหว่างที่กระบวนการสังเคราะห์ภายในเซลล์เตรียมการจำลองแบบของสารพันธุกรรม

การหยุดพักครั้งที่สองในกิจกรรมที่มองเห็นได้ ( เฟส G2) สังเกตได้หลังจากการสิ้นสุดการสังเคราะห์ DNA ก่อนที่จะเริ่มมีไมโทซีส ในระยะ G2 เซลล์จะตรวจสอบความถูกต้องของการจำลอง DNA ที่เกิดขึ้นและแก้ไขความล้มเหลวที่ตรวจพบ ในบางกรณี ระยะที่ห้าของวัฏจักรเซลล์มีความโดดเด่น ( G0) เมื่อหลังจากการแบ่งเซลล์เสร็จสิ้น เซลล์จะไม่เข้าสู่วัฏจักรของเซลล์ถัดไปและคงอยู่เฉยๆ เป็นเวลานาน มันสามารถถูกกำจัดออกจากสถานะนี้ได้โดยอิทธิพลของการกระตุ้นภายนอก (mitogenic)

ระยะต่างๆ ของวัฏจักรเซลล์ไม่มีขอบเขตชั่วคราวและขอบเขตการทำงานที่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการเปลี่ยนจากระยะหนึ่งไปอีกระยะหนึ่ง กระบวนการสังเคราะห์จะเกิดขึ้นอย่างเป็นระเบียบ ทำให้เหตุการณ์ภายในเซลล์เหล่านี้มีความแตกต่างกันในระดับโมเลกุล

ไซคลินและไคเนสที่ขึ้นกับไซคลิน

เซลล์เข้าสู่วัฏจักรของเซลล์และสังเคราะห์ DNA เพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าจากเซลล์ภายนอก ลิมโฟไคน์(ตัวอย่างเช่น, อินเตอร์ลิวกินส์), ไซโตไคน์(โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อินเตอร์เฟอรอน) และปัจจัยการเจริญเติบโตของโพลีเปปไทด์ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับตัวรับบนพื้นผิวเซลล์ กระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชั่นของโปรตีนในเซลล์ในเซลล์ พร้อมด้วยการส่งสัญญาณจากผิวเซลล์ไปยังนิวเคลียส และการเหนี่ยวนำการถอดรหัสของยีนที่เกี่ยวข้อง สิ่งแรกที่จะเปิดใช้งานคือการเข้ารหัสยีน โปรตีนไซคลินซึ่งได้ชื่อมาจากการที่ความเข้มข้นในเซลล์เปลี่ยนแปลงเป็นระยะเมื่อเซลล์ผ่านวัฏจักรของเซลล์ จนถึงค่าสูงสุดในบางช่วง Cyclins เป็นตัวกระตุ้นเฉพาะของครอบครัว ไคเนสโปรตีนที่ขึ้นกับไซคลิน (CDK) (CDK - ไคเนสที่ขึ้นกับไซคลิน) คือผู้มีส่วนร่วมสำคัญในการเหนี่ยวนำการถอดรหัสยีนที่ควบคุมวัฏจักรของเซลล์ การเปิดใช้งาน CDK แต่ละตัวเกิดขึ้นหลังจากอันตรกิริยากับไซคลินจำเพาะ และการก่อตัวของสารเชิงซ้อนนี้เกิดขึ้นได้หลังจากที่ไซคลินถึงความเข้มข้นวิกฤต เพื่อตอบสนองต่อการลดลงของความเข้มข้นในเซลล์ของไซคลินเฉพาะ CDK ที่เกี่ยวข้องจะถูกปิดใช้งานแบบย้อนกลับได้ CDK บางตัวถูกเปิดใช้งานโดยไซคลินมากกว่าหนึ่งตัว ในกรณีนี้กลุ่มของไซคลินราวกับถ่ายโอนโปรตีนไคเนสไปยังกันและกันจะคงสภาพพวกมันไว้ในสถานะเปิดใช้งานเป็นเวลานาน คลื่นของการกระตุ้น CDK ดังกล่าวเกิดขึ้นในระหว่างระยะ G1 และ S ของวัฏจักรเซลล์

Cyclins: ข้อมูลทั่วไป

ไซคลินแต่ละประเภทที่กำหนด A ถึง H มีบริเวณที่คล้ายคลึงกัน (กรดอะมิโน 150 ตัวตกค้างเรียกว่า " กล่องไซคลิน“ภูมิภาคนี้มีหน้าที่ผูกพันที่จะต้อง ซีดีเค- มีโปรตีนที่รู้จัก 14 ชนิดในตระกูล cyclin (cyclin A - cyclin J) สมาชิกบางคนในครอบครัวสร้างครอบครัวย่อย ตัวอย่างเช่น วงศ์ย่อย cyclin ชนิด D ประกอบด้วยสมาชิก 3 ชนิด ได้แก่ D1, D2 และ D3 G1-ไซคลิน (ค , ดีและ อี) และ ไมโทติคไซคลิน (กและ บี).

ไซคลินเป็นการแลกเปลี่ยนโปรตีนอย่างรวดเร็วโดยมีครึ่งชีวิตสั้น ซึ่งก็คือ 15-20 นาทีสำหรับไซคลินชนิด D สิ่งนี้ทำให้มั่นใจถึงไดนามิกของคอมเพล็กซ์ด้วย ไคเนสที่ขึ้นกับไซคลิน- ลำดับของปลายเอ็นของกรดอะมิโนที่ตกค้างเรียกว่า กล่องทำลาย- เมื่อเซลล์ผ่านวัฏจักรของเซลล์ หลังจากการกระตุ้นของแต่ละบุคคล ซีดีเคพวกมันจะถูกปิดการใช้งานตามความจำเป็น ในกรณีหลังนี้ การย่อยสลายโปรตีนของไซคลินซึ่งซับซ้อนกับ CDK เกิดขึ้น ซึ่งเริ่มต้นด้วยกล่องทำลาย

Cyclins เองก็ไม่สามารถเปิดใช้งาน CDK ที่เกี่ยวข้องได้อย่างสมบูรณ์ เพื่อให้กระบวนการกระตุ้นเสร็จสมบูรณ์ ต้องเกิดฟอสโฟรีเลชั่นและดีฟอสโฟรีเลชั่นของกรดอะมิโนบางชนิดที่ตกค้างในสายโซ่โพลีเปปไทด์ของไคเนสโปรตีนเหล่านี้ ปฏิกิริยาเหล่านี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้น CDK กระตุ้นไคเนส (CAK)ซึ่งเป็นเรื่องที่ซับซ้อน ซีดีเค7กับ ไซคลิน เอช- ดังนั้น CDK จึงมีความสามารถในการทำหน้าที่ของพวกมันในวัฏจักรของเซลล์หลังจากอันตรกิริยาของพวกมันกับไซคลินที่สอดคล้องกันและการดัดแปลงหลังการแปลรหัสภายใต้อิทธิพลของ CAK และโปรตีนควบคุมวัฏจักรเซลล์อื่นที่คล้ายคลึงกันเท่านั้น

การแบ่งเซลล์ยูคาริโอต: จุดเริ่มต้น

เพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าแบบ mitogenic เซลล์จะเข้ามา เฟส G0หรือเร็ว G1, เริ่มต้นการผ่านวัฏจักรของเซลล์ อันเป็นผลมาจากการเหนี่ยวนําการแสดงออก ยีน cyclin Dและ อีซึ่งโดยปกติจะจัดกลุ่มไว้ ไซคลิน G1ความเข้มข้นในเซลล์จะเพิ่มขึ้น ไซคลินส์ D1 , D2และ D3ก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนด้วยไคเนส ซีดีเค4และ ซีดีเค6- ต่างจาก cyclin D1 ตรงที่ cyclins สองตัวหลังก็รวมเข้าด้วยกันด้วย ซีดีเค2- ไม่ทราบความแตกต่างเชิงฟังก์ชันระหว่างไซคลินทั้งสามนี้ แต่ข้อมูลที่มีอยู่บ่งชี้ว่าพวกมันถึงความเข้มข้นวิกฤตในระยะต่างๆ ของการพัฒนาเฟส G1 ความแตกต่างเหล่านี้มีความเฉพาะเจาะจงกับประเภทของเซลล์ที่เพิ่มจำนวน

การเปิดใช้งาน CDK2/4/6 ทำให้เกิดฟอสโฟรีเลชั่น กระรอก อาร์บี(ผลิตภัณฑ์ ยีนเรติโนบลาสโตมา pRb) และโปรตีนที่เกี่ยวข้อง หน้า 107และ หน้า 130- ในช่วงเริ่มต้นของระยะ G1 โปรตีนพีอาร์บีฟอสโฟรีเลชั่นอ่อน ๆ ซึ่งทำให้มีความซับซ้อนด้วย ปัจจัยการถอดรหัส E2Fซึ่งมีบทบาทสำคัญในการกระตุ้นการสังเคราะห์ DNA และขัดขวางการทำงานของมัน pRb ในรูปแบบฟอสโฟรีเลชั่นโดยสมบูรณ์จะปล่อย E2F ออกจากสารเชิงซ้อน ซึ่งนำไปสู่การกระตุ้นการทำงานของยีนที่ควบคุมการจำลองแบบ DNA

ความเข้มข้นของ D-cyclins จะเพิ่มขึ้นในช่วง G1 ของวัฏจักรเซลล์และถึงค่าสูงสุดทันทีก่อนเริ่มมีอาการ เฟส Sหลังจากนั้นก็เริ่มลดลง อย่างไรก็ตาม ในเวลานี้ pRb ยังไม่ได้รับฟอสโฟรีเลชั่นอย่างสมบูรณ์ และปัจจัย E2F ยังคงอยู่ในระดับเชิงซ้อนในสถานะไม่ทำงาน ฟอสโฟรีเลชั่นของ pRb เสร็จสิ้นโดยเปิดใช้งาน CDK2 ไซคลิน อี- ความเข้มข้นในเซลล์ของสารหลังจะสูงสุดในช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงของวัฏจักรเซลล์จากระยะ G1 ไปเป็นเฟส S ดังนั้น สารเชิงซ้อน cyclin E-CDK2 รับช่วงต่อจากสารเชิงซ้อน cyclin D ที่มี CDK4 และ CDK6 และทำฟอสโฟรีเลชั่นของ pRb เสร็จสมบูรณ์ พร้อมด้วยการปลดปล่อยปัจจัยการถอดรหัสแบบแอคทีฟ E2F เป็นผลให้การสังเคราะห์ DNA เริ่มต้นขึ้น กล่าวคือ เซลล์เข้าสู่ระยะ S ของวัฏจักรเซลล์

ระยะ S ของวัฏจักรเซลล์: การสังเคราะห์ DNA

ระยะเวลา อินเตอร์เฟสเมื่อการจำลองดีเอ็นเอของนิวเคลียสของเซลล์เกิดขึ้น เรียกว่า "เฟสเอส"

การแบ่งเซลล์ (ไมโทซิสหรือไมโอซิส) นำหน้าด้วยการทำสำเนาโครโมโซม ซึ่งเกิดขึ้นในช่วง S ของวัฏจักรเซลล์ ( ข้าว. 66.2- ระยะเวลาถูกกำหนดโดยอักษรตัวแรกของคำว่า การสังเคราะห์ - การสังเคราะห์ DNA

หลังจากที่เซลล์เข้าสู่ระยะ S จะเกิดการย่อยสลายอย่างรวดเร็ว ไซคลิน อีและการเปิดใช้งาน CDK2 ไซคลิน A- Cyclin E เริ่มถูกสังเคราะห์ในตอนท้าย เฟส G1และการโต้ตอบกับ CDK2 ถือเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับเซลล์ในการเข้าสู่ระยะ S และทำการสังเคราะห์ DNA ต่อไป สารเชิงซ้อนนี้กระตุ้นการสังเคราะห์ DNA ผ่านฟอสโฟรีเลชั่นของโปรตีนที่ต้นกำเนิดของการจำลอง สัญญาณการสิ้นสุดของเฟส S และการเปลี่ยนผ่านของเซลล์ เฟส G2คือการกระตุ้นไคเนสอีกตัวหนึ่งโดยไซคลิน เอ ซีดีเค1ด้วยการหยุดการเปิดใช้งาน CDK2 พร้อมกัน ความล่าช้าระหว่างการสิ้นสุดการสังเคราะห์ DNA และการเริ่มต้น ไมโทซีส(เฟส G2) ถูกใช้โดยเซลล์เพื่อควบคุมความสมบูรณ์และความแม่นยำของการจำลองโครโมโซมที่เกิดขึ้น ลำดับเหตุการณ์ในช่วงเวลานี้ไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด

เมื่อถูกกระตุ้น ปัจจัยการเจริญเติบโตเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่พบใน สถานะของการพักตัวที่เพิ่มขึ้น , ไซคลินส์ ดี-type ปรากฏเร็วกว่า cyclin E. mRNA และโปรตีน ไซคลิน D1ปรากฏครั้งแรกหลังจาก 6-8 ชั่วโมง หลังจากนั้นระดับ D1 จะยังคงสูงขึ้นจนกระทั่งสิ้นสุดวงจรเซลล์ ( มัตสึชิเมะ เอช. และคณะ 1991 ; วอน เค.เอ. และคณะ 1992).

เมื่อปัจจัยการเจริญเติบโตถูกลบออกจากอาหาร ระดับของไซคลินชนิด D จะลดลงอย่างรวดเร็ว เนื่องจาก D-ไซคลินและ RNA ของพวกมันไม่เสถียร

ไซคลิน D1ที่เกี่ยวข้องกับ ซีดีเค4ทันทีก่อนที่จะเริ่มการสังเคราะห์ DNA ระดับของยอดเขาเชิงซ้อนในระยะ S ต้น ๆ ก่อนที่จะลดลงในช่วงปลาย S และ เฟส G2 (มัตสึชิเมะ เอช. และคณะ 1992).

เห็นได้ชัดว่า ไซคลิน D2และ D3ออกฤทธิ์ในช่วง G1 ค่อนข้างช้ากว่า cyclin D1

การแสดงออกมากเกินไปของไซคลินประเภท D (ห้าเท่าเมื่อเทียบกับปกติ) โดยความต้องการเซลล์สำหรับปัจจัยการเจริญเติบโตลดลง และระยะ G1 ที่สั้นลงทำให้ขนาดเซลล์ลดลง ไซคลิน อีที่จำเป็นสำหรับเซลล์ที่จะเข้าไป เฟส S- มันเกี่ยวข้องเป็นหลักกับ ซีดีเค2แม้ว่าจะสามารถก่อตัวซับซ้อนได้ด้วย ซีดีเค1 .

ระดับ Cyclin E mRNA และโปรตีน รวมถึงกิจกรรมของคอมเพล็กซ์ cyclin E-CDK2 จะมีจุดสูงสุดในระหว่างการเปลี่ยนแปลง G1-สและลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเซลล์ก้าวหน้าไปจนถึงระยะ S กลางและปลาย

เมื่อแอนติบอดีต่อ cyclin E ถูกฉีดเข้าไปในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การสังเคราะห์ DNA จะถูกระงับ

เมื่อ cyclin E มีการแสดงออกมากเกินไป เซลล์จะก้าวหน้าผ่านระยะ G1 เร็วขึ้นและเข้าสู่ระยะ S และเซลล์ดังกล่าวต้องการปัจจัยการเจริญเติบโตน้อยลง

ไมโทซีส: การเริ่มต้น

สัญญาณการเริ่มต้นการแบ่งเซลล์ (ไมโทซิส) มาจาก ปัจจัย MPF (ปัจจัยส่งเสริมเฟส M)กระตุ้นระยะ M ของวัฏจักรเซลล์ MPF เป็นไคเนสคอมเพล็กซ์ ซีดีเค1ด้วยการเปิดใช้งาน ไซคลิน เอหรือ บี- เห็นได้ชัดว่าคอมเพล็กซ์ CDK1-cyclin A มีบทบาทสำคัญในการทำให้ระยะ S สมบูรณ์และเตรียมเซลล์สำหรับการแบ่งตัว ในขณะที่คอมเพล็กซ์ CDK1-cyclin B ทำหน้าที่ควบคุมลำดับเป็นหลัก

ไซคลินส์ B1และ บี2มีความเข้มข้นต่ำมากใน เฟส G1- สมาธิของพวกเขาเริ่มเพิ่มขึ้นในช่วงท้าย ส-และตลอด เฟส G2ถึงระดับสูงสุดระหว่างไมโทซีสซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยน ไซคลิน เอร่วมกับ ซีดีเค1- อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่เพียงพอที่จะกระตุ้นการทำงานของโปรตีนไคเนสได้อย่างเต็มที่ ความสามารถเชิงหน้าที่ของ CDK1 เกิดขึ้นได้หลังจากชุดของฟอสโฟรีเลชั่นและดีฟอสโฟรีเลชั่นที่กรดอะมิโนที่ตกค้างจำเพาะ การควบคุมดังกล่าวมีความจำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้เซลล์เข้าสู่ไมโทซิสจนกว่าการสังเคราะห์ DNA จะเสร็จสมบูรณ์

การแบ่งเซลล์เริ่มต้นเฉพาะหลังจากที่ CDK1 ซึ่งอยู่ในคอมเพล็กซ์ที่มี cyclin B ถูกฟอสโฟรีเลชั่นที่สารตกค้าง Thr-14 และ Tyr-16 โปรตีนไคเนส WEE1เช่นเดียวกับที่เรซิดิว Thr-161 โปรตีนไคเนส CAKจากนั้นดีฟอสโฟรีเลชั่นที่สารตกค้าง Thr-14 และ Tyr-15 ฟอสฟาเตส CDC25- เปิดใช้งานในลักษณะนี้ CDK1 phosphorylates โปรตีนโครงสร้างในนิวเคลียสรวมทั้ง นิวคลีโอลิน , ลามิเนตนิวเคลียร์และ วิเมนติน- หลังจากนั้นนิวเคลียสเริ่มผ่านขั้นตอนการแบ่งเซลล์ที่ชัดเจนทางเซลล์วิทยา

ระยะแรกของไมโทซีสคือ คำทำนาย- เริ่มหลังจากนั้น ซีดีเค1จะถูกฟอสโฟรีเลชั่นโดยสมบูรณ์ ตามมาด้วย เมตาเฟส , แอนาเฟสและ เทโลเฟสปิดท้ายด้วยการแบ่งเซลล์- ไซโตไคเนซิส- ผลที่ตามมาของกระบวนการเหล่านี้คือการกระจายโครโมโซมที่จำลองแบบ โปรตีนนิวเคลียร์และไซโตพลาสซึมที่ถูกต้อง รวมถึงสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงและต่ำอื่นๆ เข้าไปในเซลล์ลูกสาว หลังจากไซโตไคเนซิสเสร็จสิ้น การทำลายจะเกิดขึ้น ไซคลิน บีพร้อมด้วยการหยุดการทำงานของ CDK1 ซึ่งนำไปสู่เซลล์ที่เข้าสู่ เฟส G1หรือ G0วัฏจักรของเซลล์

เฟส G0 ของวัฏจักรเซลล์

เซลล์บางประเภทในบางขั้นตอนของการสร้างความแตกต่างสามารถหยุดการแบ่งตัวและรักษาความมีชีวิตได้อย่างเต็มที่ สถานะของเซลล์นี้เรียกว่าเฟส G0 เซลล์ที่ถึงสถานะการแยกส่วนเทอร์มินัลแล้วจะไม่สามารถออกจากระยะนี้ได้อีกต่อไป ในเวลาเดียวกัน เซลล์ที่มีความสามารถในการแบ่งตัวต่ำมาก เช่น เซลล์ตับ สามารถกลับเข้าสู่วงจรของเซลล์อีกครั้งได้หลังจากที่ตับส่วนหนึ่งถูกเอาออกไปแล้ว

การเปลี่ยนเซลล์ไปสู่สภาวะพักนั้นเกิดขึ้นได้เนื่องจากการทำงานของเซลล์ที่มีความจำเพาะสูง สารยับยั้งวัฏจักรของเซลล์- ด้วยการมีส่วนร่วมของโปรตีนเหล่านี้ เซลล์สามารถหยุดการแพร่กระจายภายใต้สภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย เมื่อ DNA ได้รับความเสียหายหรือเกิดข้อผิดพลาดร้ายแรงในการจำลองแบบ เซลล์จะใช้การหยุดชั่วคราวดังกล่าวเพื่อซ่อมแซมความเสียหายที่เกิดขึ้น

ภายใต้สภาวะภายนอกบางประการ วัฏจักรของเซลล์อาจหยุดชั่วคราว จุดจำกัด- ณ จุดเหล่านี้ เซลล์จะเข้าสู่ระยะ S และ/หรือไมโทซิส

เซลล์สัตว์มีกระดูกสันหลังในอาหารเลี้ยงเชื้อมาตรฐานปราศจาก เซรั่ม, ในกรณีส่วนใหญ่ ห้ามเข้าเฟส Sแม้ว่าอาหารจะมีสารอาหารที่จำเป็นครบถ้วนก็ตาม

เมื่อไปถึงชั้นเดียวแบบปิด เซลล์สามารถ เบรกแบบสัมผัสออกจากวงจรของเซลล์ได้แม้อยู่ต่อหน้า ซีรั่มในเลือด- เซลล์ที่ออกจากวงจรไมโทติสเป็นระยะเวลาไม่ จำกัด โดยคงความมีชีวิตและศักยภาพในการแพร่กระจายไว้ เรียกว่าเซลล์พัก สิ่งนี้เรียกว่าการเปลี่ยนไปสู่สภาวะการพักการเจริญเติบโตหรือระยะ G0

ในยุค 90 การอภิปรายยังคงดำเนินต่อไปว่าสถานะของการพักตัวที่เพิ่มขึ้นสามารถกำหนดเป็นระยะที่แตกต่างจาก G1 โดยพื้นฐานหรือไม่ เห็นได้ชัดว่าเป็นกรณีนี้จริงๆ

ในนิวเคลียสของเซลล์ที่อยู่ในระยะพักการเจริญเติบโตตลอดจนในเซลล์ที่อยู่ในนั้น เฟส G1ตามกฎแล้วจะมี DNA จำนวนสองเท่า อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างเซลล์ในสองสถานะนี้ เป็นที่ทราบกันว่าระยะเวลาของเฟส G1 ในการแบ่งเซลล์นั้นสั้นกว่าเวลาของการเปลี่ยนแปลง G0-S อย่างมาก การศึกษาจำนวนมากเกี่ยวกับการหลอมรวมของเซลล์ที่นิ่งและการเพิ่มจำนวน และการฉีด mRNA แบบไมโครได้แสดงให้เห็นว่าเซลล์ในระยะ G0 ประกอบด้วย สารยับยั้งการแพร่กระจายป้องกันการเข้าสู่เฟส S

ข้อเท็จจริงเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าเซลล์จะต้องดำเนินโปรแกรมพิเศษเพื่อออกจาก G0 ควรสังเกตด้วยว่าพวกมันจะไม่แสดงออกในเซลล์ที่กำลังพัก ซีดีเค2และ ซีดีเค4, และ ไซคลินส์ ดี- และ ประเภท E- การสังเคราะห์เกิดขึ้นจากปัจจัยการเจริญเติบโตเท่านั้น ( โลดิช เอช. และคณะ 1995- ใน หมุนเวียนเซลล์อย่างต่อเนื่องระดับของ D- และ E-cyclins ยังคงสูงตลอดวงจรทั้งหมด และระยะเวลาของช่วง G1 ลดลงเมื่อเทียบกับช่วงก่อนการจำลอง

ดังนั้นในเซลล์ในระยะ G0 จึงไม่มีโปรตีนที่สามารถผ่านจุดควบคุมและเข้าสู่ระยะ S ได้ สำหรับการเปลี่ยนเซลล์พักไปสู่เฟส S ปัจจัยการเจริญเติบโตควรกระตุ้นให้เกิดการสังเคราะห์โปรตีนเหล่านี้ในตัว

วัฏจักรของเซลล์: สารยับยั้ง

วัฏจักรของเซลล์มีสองขั้นตอนหลัก (จุดเปลี่ยน จุดควบคุม R - จุดจำกัด) ซึ่งสามารถนำไปปฏิบัติได้ ผลกระทบด้านลบด้านกฎระเบียบจะหยุดเซลล์ไม่ให้เคลื่อนที่ผ่านวัฏจักรของเซลล์ ขั้นตอนหนึ่งจะควบคุมการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ไปสู่การสังเคราะห์ DNA และอีกขั้นตอนหนึ่งจะควบคุมการเริ่มต้นของไมโทซีส มีขั้นตอนอื่น ๆ ที่ได้รับการควบคุมของวัฏจักรเซลล์

การเปลี่ยนผ่านของเซลล์จากระยะหนึ่งของวัฏจักรเซลล์ไปยังอีกระยะหนึ่งจะถูกควบคุมที่ระดับการเปิดใช้งาน ซีดีเคของพวกเขา ไซคลินส์กับ สารยับยั้งไคเนสที่ขึ้นกับไซคลิน CKI- หากจำเป็น สารยับยั้งเหล่านี้สามารถถูกกระตุ้นและขัดขวางอันตรกิริยาของ CDK กับไซคลินของพวกมัน และดังนั้นวงจรของเซลล์เองด้วย หลังจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภายนอกหรือภายใน เซลล์สามารถขยายหรือเข้าสู่เส้นทางต่อไปได้ การตายของเซลล์ .

มีสองกลุ่ม CKI: โปรตีนตระกูล p21และ INK4 (สารยับยั้ง CDK4)ซึ่งสมาชิกภายในครอบครัวมีคุณสมบัติทางโครงสร้างคล้ายคลึงกัน สารยับยั้งตระกูล p21 ประกอบด้วยโปรตีนสามชนิด: หน้า 21 , หน้า 27และ หน้า 57- เนื่องจากหลายกลุ่มอธิบายโปรตีนเหล่านี้อย่างเป็นอิสระต่อกัน จึงยังคงใช้ชื่ออื่นของโปรตีนเหล่านี้ ดังนั้นโปรตีน p21 ยังเป็นที่รู้จักภายใต้ชื่อ WAF1 (ส่วนที่กระตุ้นการทำงานของ p53 ชนิดไวด์ 1), CIP1 (โปรตีนที่ทำปฏิกิริยากับ CDK2 1), SDI1 (ตัวยับยั้งที่ได้รับจากเซเนเซนต์ 1) และ mda-6 (ยีนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างความแตกต่างของมะเร็งผิวหนัง) คำพ้องความหมายสำหรับ p27 และ p57 คือ KIP1 (โปรตีนยับยั้งไคเนส 1) และ KIP2 (โปรตีนยับยั้งไคเนส 2) ตามลำดับ โปรตีนเหล่านี้ทั้งหมดมีความจำเพาะในการออกฤทธิ์กว้างและสามารถยับยั้งได้หลากหลาย ซีดีเค .

ในทางตรงกันข้าม กลุ่มของสารยับยั้ง INK4 มีความเฉพาะเจาะจงมากกว่า ประกอบด้วยโปรตีนสี่ชนิด: p15INK4B , p16INK4A , p18INK4Cและ p19INK4D- สารยับยั้งตระกูล INK4 ทำงานในระหว่างเฟส G1วัฏจักรของเซลล์ยับยั้งกิจกรรม CDK4 ไคเนสอย่างไรก็ตาม ประการที่สอง ผลิตภัณฑ์โปรตีนของยีน INK4A - p19ARFโต้ตอบกับ ปัจจัยด้านกฎระเบียบโปรตีน MDM2 p53และปิดการใช้งานปัจจัย สิ่งนี้มาพร้อมกับความมั่นคงที่เพิ่มขึ้น โปรตีน p53และหยุด

วัฏจักรของเซลล์: การควบคุมการเปลี่ยนจาก G1- เป็น S-phase

ก่อนเริ่มวงจรของเซลล์ โปรตีน p27เมื่อมีความเข้มข้นสูงจะขัดขวางการกระตุ้น โปรตีนไคเนส CDK4หรือ CDK6 ไซคลิน D1 , D2หรือ D3- ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว เซลล์จะยังคงอยู่ในนั้น เฟส G0หรือ ระยะ G1 ช่วงต้นก่อนที่จะได้รับการกระตุ้นแบบไมโทซิส หลังจากการกระตุ้นอย่างเพียงพอ ความเข้มข้นของสารยับยั้ง p27 จะลดลงเมื่อเทียบกับพื้นหลังของการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาในเซลล์ของ cyclins D ซึ่งมาพร้อมกับการกระตุ้นการทำงานของ CDK และในที่สุด phosphorylation โปรตีนพีอาร์บี, การปล่อยตัวที่เกี่ยวข้อง ปัจจัยการถอดรหัส E2Fและการกระตุ้นการถอดรหัสของยีนที่เกี่ยวข้อง

ในช่วงแรกของระยะ G1 ของวัฏจักรเซลล์ ความเข้มข้นของโปรตีน p27 ยังคงค่อนข้างสูง ดังนั้นหลังจากการหยุดการกระตุ้นเซลล์แบบ mitogenic เนื้อหาของโปรตีนนี้จะถูกฟื้นฟูอย่างรวดเร็วสู่ระดับวิกฤตและการผ่านของเซลล์ต่อไปในวัฏจักรของเซลล์จะถูกบล็อกที่ระยะ G1 ที่สอดคล้องกัน การย้อนกลับนี้เป็นไปได้จนกว่าระยะ G1 ในการพัฒนาจะถึงระยะหนึ่งที่เรียกว่า จุดเปลี่ยนหลังจากนั้นเซลล์จะมุ่งมั่นที่จะแบ่งตัว และการกำจัดปัจจัยการเจริญเติบโตออกจากสิ่งแวดล้อมจะไม่มาพร้อมกับการยับยั้งวัฏจักรของเซลล์ แม้ว่าจากจุดนี้ไปเซลล์จะเป็นอิสระจากสัญญาณภายนอกในการแบ่งตัว แต่พวกมันยังคงรักษาความสามารถในการควบคุมวงจรของเซลล์ได้ด้วยตนเอง

สารยับยั้ง CDK ตระกูล INK4 (หน้า 15 , หน้า 16 , หน้า 18และ หน้า 19) โต้ตอบกับโดยเฉพาะ ไคเนสของ CDK4และ ซีดีเค6- โปรตีน p15 และ p16 ได้รับการระบุว่าเป็นตัวยับยั้งเนื้องอก และการสังเคราะห์ของพวกมันได้รับการควบคุม โปรตีนพีอาร์บี- โปรตีนทั้งสี่ขัดขวางการกระตุ้นการทำงานของ CDK4 และ CDK6 ไม่ว่าจะโดยการลดปฏิสัมพันธ์ของพวกมันกับไซคลินหรือโดยการแทนที่พวกมันจากคอมเพล็กซ์ แม้ว่าโปรตีน p16 และ p27 มีความสามารถในการยับยั้งการทำงานของ CDK4 และ CDK6 แต่โปรตีนชนิดแรกมีความสัมพันธ์ที่มากกว่ากับไคเนสโปรตีนเหล่านี้ หากความเข้มข้นของ p16 เพิ่มขึ้นถึงระดับที่สามารถยับยั้งการทำงานของไคเนสของ CDK4/6 ได้อย่างสมบูรณ์ โปรตีน p27 จะกลายเป็นตัวยับยั้งหลัก CDK2 ไคเนส .

ในช่วงต้นของวัฏจักรของเซลล์ เซลล์ที่มีสุขภาพดีสามารถรับรู้และตอบสนองต่อความเสียหายของ DNA โดยการยับยั้งการลุกลามของวัฏจักรของเซลล์ในระยะ G1 จนกว่าความเสียหายจะได้รับการซ่อมแซม ตัวอย่างเช่น เพื่อตอบสนองต่อความเสียหายของ DNA ที่เกิดจากแสงอัลตราไวโอเลตหรือรังสีไอออไนซ์ โปรตีน p53ทำให้เกิดการถอดความ ยีนโปรตีน p21- การเพิ่มความเข้มข้นภายในเซลล์จะบล็อกการกระตุ้น CDK2 ไซคลินส์ อีหรือ ก- สิ่งนี้จะจับเซลล์ในช่วงปลายระยะ G1 หรือระยะ S ต้น ๆ ของวัฏจักรเซลล์ ในเวลานี้เซลล์เองจะกำหนดชะตากรรมในอนาคต - หากไม่สามารถกำจัดความเสียหายได้ก็จะเข้าสู่นั้น การตายของเซลล์ .

มีระบบการกำกับดูแลที่แตกต่างกันสองระบบ G1/ส- การเปลี่ยนแปลง: บวกและลบ

ระบบที่ควบคุมการเข้าสู่เฟส S เชิงบวกรวมถึงเฮเทอโรไดเมอร์ E2F-1/DP-1และเปิดใช้งานมัน คอมเพล็กซ์ไซคลินไคเนส .

อีกระบบหนึ่งยับยั้งการเข้าสู่เฟส S มันถูกแสดงโดยตัวยับยั้งเนื้องอก หน้า 53และ พีอาร์บีซึ่งระงับการทำงานของเฮเทอโรไดเมอร์ E2F-1/DP-1

การเพิ่มจำนวนเซลล์ตามปกติขึ้นอยู่กับความสมดุลที่แม่นยำระหว่างระบบเหล่านี้ ความสัมพันธ์ระหว่างระบบเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ส่งผลให้อัตราการเพิ่มจำนวนเซลล์เปลี่ยนแปลงไป

วัฏจักรของเซลล์: การควบคุมการเปลี่ยนจากเฟส G2 เป็น M

การตอบสนองของเซลล์ต่อความเสียหายของ DNA อาจเกิดขึ้นก่อน ไมโทซีส- แล้ว โปรตีน p53ทำให้เกิดการสังเคราะห์สารยับยั้ง หน้า 21ซึ่งป้องกันการเปิดใช้งาน

CDK1 ไคเนสไซคลินบีและชะลอการพัฒนาวัฏจักรของเซลล์ต่อไป การผ่านของเซลล์ผ่านไมโทซีสนั้นได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด - ขั้นตอนที่ตามมาจะไม่เริ่มต้นหากไม่ทำให้ขั้นตอนก่อนหน้าเสร็จสมบูรณ์ สารยับยั้งบางชนิดได้รับการระบุในยีสต์ แต่ยังไม่ทราบความคล้ายคลึงกันของสัตว์ ยกตัวอย่างที่อธิบายไว้ โปรตีนยีสต์ BUB1 (การแตกหน่อไม่ถูกยับยั้งโดย benomyl)และ MAD2 (ขาดการจับกุมไมโทติค)ซึ่งควบคุมการเกาะตัวของโครโมโซมที่ควบแน่นเข้ากับแกนไมโทติคใน เมตาเฟสของไมโทซิส- ก่อนที่การประกอบที่ถูกต้องของสารเชิงซ้อนเหล่านี้จะเสร็จสิ้น โปรตีน MAD2 จะก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนด้วย โปรตีนไคเนส CDC20และปิดการใช้งานมัน หลังจากการกระตุ้น CDC20 โปรตีนฟอสโฟรีเลทจะสร้างโปรตีน และเป็นผลให้ขัดขวางการทำงานของพวกมันที่ป้องกันความแตกต่างของโครมาทิดที่คล้ายคลึงกันสองตัวระหว่าง ไซโตไคเนซิส .

บทสรุป

การทดลองกับยีสต์และสายพันธุ์เซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ขึ้นกับอุณหภูมิได้แสดงให้เห็นว่าการเกิดไมโทซิสถูกกำหนดโดยการกระตุ้นการทำงานของยีนบางตัวและการสังเคราะห์ RNA และโปรตีนที่จำเพาะ บางครั้งไมโทซีสถือเป็นการแบ่งนิวเคลียสเท่านั้น (คาริโอไคเนซิส) ซึ่งไม่ได้มาพร้อมกับไซโตโตมีเสมอไป - การก่อตัวของสองส่วน เซลล์.
ดังนั้น จากการแบ่งเซลล์ เซลล์หนึ่งจึงกลายเป็นสองเซลล์ ซึ่งแต่ละเซลล์มีจำนวนและรูปร่างของโครโมโซมที่มีลักษณะเฉพาะตามชนิดของสิ่งมีชีวิตที่กำหนด และด้วยเหตุนี้ DNA จึงมีปริมาณคงที่
ความสำคัญทางชีวภาพของไมโทซีสคือทำให้จำนวนโครโมโซมในเซลล์ทั้งหมดของร่างกายมีความสม่ำเสมอ ในระหว่างกระบวนการแบ่งเซลล์ DNA ของโครโมโซมของเซลล์แม่จะถูกกระจายอย่างเท่าเทียมกันอย่างเคร่งครัดระหว่างเซลล์ลูกสาวสองคนที่เกิดขึ้นจากเซลล์นั้น ผลจากการแบ่งเซลล์ทำให้เซลล์ทั้งหมดของร่างกายยกเว้นเซลล์เพศได้รับข้อมูลทางพันธุกรรมที่เหมือนกัน เซลล์ดังกล่าวเรียกว่าโซมาติก (จากภาษากรีก "โสม" - ร่างกาย) วงจร). เซลล์ วงจร- ช่วงนี้เป็นช่วง... ไมโทติค วงจรรวมถึงไมโทซีส เช่นเดียวกับช่วงเวลาพัก (G0) หลังไมโทซิส ( G1), สารสังเคราะห์ (S) และพรีไมโทติค( G2- ระยะเวลาหลังคลอด ( G1). เฟส G1- นี่คือสิ่งสำคัญ...

การมีความเข้มข้นสูงจะป้องกันการกระตุ้นการทำงานของโปรตีนไคเนส CDK4 หรือ CDK6 โดย cyclins D1 หรือ ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ เซลล์จะยังคงอยู่ในระยะ G0 หรือระยะ G1 ต้นๆ จนกว่าจะได้รับการกระตุ้นแบบไมโทจีนิก หลังจากการกระตุ้นอย่างเพียงพอ ความเข้มข้นของสารยับยั้ง p27 จะลดลงเมื่อเทียบกับการเพิ่มขึ้นของปริมาณภายในเซลล์ของ cyclins D ซึ่งมาพร้อมกับการกระตุ้นการทำงานของ CDK และท้ายที่สุด ฟอสโฟรีเลชั่นของโปรตีน pRb การปลดปล่อยปัจจัยการถอดรหัสที่เกี่ยวข้อง E2F และ การกระตุ้นการถอดรหัสของยีนที่เกี่ยวข้อง

ในช่วงแรกของระยะ G1 ของวัฏจักรเซลล์ ความเข้มข้นของโปรตีน p27 ยังคงค่อนข้างสูง ดังนั้นหลังจากการหยุดการกระตุ้นเซลล์แบบ mitogenic เนื้อหาของโปรตีนนี้จะถูกฟื้นฟูอย่างรวดเร็วสู่ระดับวิกฤตและการผ่านของเซลล์ต่อไปในวัฏจักรของเซลล์จะถูกบล็อกที่ระยะ G1 ที่สอดคล้องกัน การพลิกกลับนี้เป็นไปได้จนกว่าระยะ G1 ในการพัฒนาจะถึงระยะหนึ่งเรียกว่าจุดเปลี่ยน หลังจากนั้นเซลล์จะมุ่งมั่นที่จะแบ่งตัว และการกำจัดปัจจัยการเจริญเติบโตออกจากสิ่งแวดล้อมไม่ได้มาพร้อมกับการยับยั้งวัฏจักรของเซลล์ แม้ว่าจากจุดนี้ไปเซลล์จะเป็นอิสระจากสัญญาณภายนอกในการแบ่งตัว แต่ก็ยังคงความสามารถในการควบคุมวงจรของเซลล์ได้ด้วยตนเอง

ในช่วงต้นของวัฏจักรของเซลล์ เซลล์ที่มีสุขภาพดีสามารถรับรู้และตอบสนองต่อความเสียหายของ DNA โดยการยับยั้งการลุกลามของวัฏจักรของเซลล์ในระยะ G1 จนกว่าความเสียหายจะได้รับการซ่อมแซม ตัวอย่างเช่น ในการตอบสนองต่อความเสียหายของ DNA ที่เกิดจากแสงอัลตราไวโอเลตหรือรังสีไอออไนซ์ โปรตีน p53 ชักนำให้เกิดการถอดรหัสยีนโปรตีน p21 การเพิ่มความเข้มข้นในเซลล์จะขัดขวางการกระตุ้น CDK2 โดย cyclins E หรือ สิ่งนี้จะจับเซลล์ในช่วงปลายระยะ G1 หรือระยะ S ต้น ๆ ของวัฏจักรเซลล์ ในเวลานี้ เซลล์เองก็กำหนดชะตากรรมในอนาคต - หากไม่สามารถกำจัดความเสียหายได้ มันก็จะเข้าสู่นั้น