§21. Ikot ng cell

Upang ganap na mahati ang isang cell, dapat itong tumaas sa laki at lumikha ng sapat na bilang ng mga organel. At upang hindi mawala ang namamana na impormasyon kapag hinati sa kalahati, dapat siyang gumawa ng mga kopya ng kanyang mga chromosome. At sa wakas, upang maipamahagi ang namamana na impormasyon nang pantay-pantay sa pagitan ng dalawang anak na selula, dapat nitong ayusin ang mga kromosom sa tamang pagkakasunud-sunod bago ipamahagi ang mga ito sa mga selulang anak. Ang lahat ng mahahalagang gawaing ito ay nagagawa sa panahon ng cell cycle.

Mahalaga ang cell cycle dahil... ito ay nagpapakita ng pinakamahalaga: ang kakayahang magparami, lumago at magkaiba. Nangyayari rin ang palitan, ngunit hindi ito isinasaalang-alang kapag pinag-aaralan ang cell cycle.

Kahulugan ng konsepto

Ikot ng cell - ito ang panahon ng buhay ng isang cell mula sa kapanganakan hanggang sa pagbuo ng mga daughter cell.

Sa mga selula ng hayop, ang cell cycle, ang tagal ng panahon sa pagitan ng dalawang dibisyon (mitoses), ay tumatagal sa average mula 10 hanggang 24 na oras.

Ang cell cycle ay binubuo ng ilang mga panahon (kasingkahulugan: mga phase), na natural na pumapalit sa isa't isa. Sama-sama, ang mga unang yugto ng cell cycle (G 1, G 0, S at G 2) ay tinatawag interphase , at ang huling yugto ay tinatawag na .

kanin. 1.Ikot ng cell.

Mga yugto (phase) ng cell cycle

1. Ang panahon ng unang paglago G1 (mula sa English Growth - growth), ay 30-40% ng cycle, at ang rest period G 0

Mga kasingkahulugan: postmitotic (nagaganap pagkatapos ng mitosis) period, presynthetic (pumasa bago ang DNA synthesis) period.

Ang cell cycle ay nagsisimula sa pagsilang ng isang cell sa pamamagitan ng mitosis. Pagkatapos ng paghahati, ang mga cell ng anak na babae ay nabawasan ang laki at may mas kaunting mga organel kaysa sa normal. Samakatuwid, ang isang "bagong panganak" na maliit na cell sa unang yugto (phase) ng cell cycle (G 1) ay lumalaki at lumalaki sa laki, at bumubuo rin ng mga nawawalang organelles. Mayroong aktibong synthesis ng mga protina na kinakailangan para sa lahat ng ito. Bilang isang resulta, ang cell ay nagiging ganap, maaaring sabihin ng isa, "pang-adulto".

Paano karaniwang nagtatapos ang panahon ng paglago G1 para sa isang cell?

1. Ang pagpasok ng cell sa proseso. Dahil sa pagkakaiba-iba, ang cell ay nakakakuha ng mga espesyal na katangian upang maisagawa ang mga function na kinakailangan para sa buong organ at organismo. Ang pagkita ng kaibhan ay na-trigger ng mga control substance (mga hormone) na kumikilos sa mga kaukulang molekular na receptor ng cell. Ang isang cell na nakumpleto ang pagkita ng kaibhan nito ay bumaba sa ikot ng paghahati at nasa panahon ng pahinga G 0 . Ang pagkakalantad sa mga nagpapaaktibong sangkap (mitogens) ay kinakailangan para ito ay sumailalim sa dedifferentiation at bumalik sa cell cycle.
2. Kamatayan (kamatayan) ng cell.
3. Pagpasok sa susunod na panahon ng cell cycle - gawa ng tao.

2. Synthetic period S (mula sa English Synthesis - synthesis), bumubuo ng 30-50% ng cycle

Ang konsepto ng synthesis sa pangalan ng panahong ito ay tumutukoy sa Synthesis ng DNA (pagtitiklop) , at hindi sa anumang iba pang proseso ng synthesis. Naabot ang isang tiyak na sukat bilang resulta ng pagdaan sa panahon ng unang paglaki, ang cell ay pumapasok sa sintetikong panahon, o yugto, S, kung saan nangyayari ang synthesis ng DNA. Dahil sa pagtitiklop ng DNA, dinodoble ng cell ang genetic material nito (chromosome), dahil Ang isang eksaktong kopya ng bawat chromosome ay nabuo sa nucleus. Ang bawat chromosome ay nagiging double at ang buong chromosome set ay nagiging double, o diploid . Bilang resulta, ang cell ay handa na ngayong hatiin ang namamanang materyal nang pantay sa pagitan ng dalawang anak na selula nang hindi nawawala ang isang gene.

3. Ang panahon ng pangalawang paglago G 2 (mula sa English Growth - growth), ay 10-20% ng cycle

Mga kasingkahulugan: premitotic (pumasa bago ang mitosis) period, postsynthetic (nagaganap pagkatapos ng synthetic) period.

Ang panahon ng G2 ay paghahanda sa susunod na paghahati ng cell. Sa ikalawang yugto ng paglago ng G 2, ang cell ay gumagawa ng mga protina na kinakailangan para sa mitosis, lalo na ang tubulin para sa spindle; lumilikha ng mga reserbang enerhiya sa anyo ng ATP; sinusuri kung kumpleto na ang pagtitiklop ng DNA at naghahanda para sa paghahati.

4. Ang panahon ng mitotic division M (mula sa English Mitosis - mitosis), ay 5-10% ng cycle

Pagkatapos ng paghahati, ang cell ay pumapasok sa isang bagong yugto ng G1 at ang cell cycle ay nagtatapos.

Regulasyon ng cell cycle

Sa antas ng molekular, ang paglipat mula sa isang yugto ng cycle patungo sa isa pa ay kinokontrol ng dalawang protina - cyclin At kinase na umaasa sa cyclin(CDK).

Upang i-regulate ang cell cycle, ang proseso ng reversible phosphorylation/dephosphorylation ng mga regulatory protein ay ginagamit, i.e. pagdaragdag ng mga pospeyt sa kanila na sinusundan ng pag-aalis. Ang pangunahing sangkap na kumokontrol sa pagpasok ng isang cell sa mitosis (i.e., ang paglipat nito mula sa G 2 phase patungo sa M phase) ay isang tiyak serine/threonine protein kinase, na tinatawag na maturation factor- FS, o MPF, mula sa English maturation promoting factor. Sa aktibong anyo nito, ang protinang enzyme na ito ay nag-catalyze sa phosphorylation ng maraming mga protina na kasangkot sa mitosis. Ito ay, halimbawa, histone H1, na bahagi ng chromatin, lamin (isang cytoskeletal component na matatagpuan sa nuclear membrane), transcription factor, mitotic spindle proteins, pati na rin ang isang bilang ng mga enzyme. Ang phosphorylation ng mga protina na ito sa pamamagitan ng maturation factor na MPF ay nagpapagana sa kanila at nagpapasimula ng proseso ng mitosis. Matapos makumpleto ang mitosis, ang PS regulatory subunit, cyclin, ay minarkahan ng ubiquitin at sumasailalim sa pagkasira (proteolysis). Ngayon ay iyong turn protina phosphatase, na nag-dephosphorylate ng mga protina na nakibahagi sa mitosis, at sa gayon ay inililipat ang mga ito sa isang hindi aktibong estado. Bilang resulta, ang cell ay bumalik sa interphase state.

Ang PS (MPF) ay isang heterodimeric enzyme na kinabibilangan ng isang regulatory subunit, katulad ng cyclin, at isang catalytic subunit, katulad ng cyclin-dependent kinase CDK, na kilala rin bilang p34cdc2; 34 kDa. Ang aktibong anyo ng enzyme na ito ay ang dimer CZK + cyclin lamang. Bilang karagdagan, ang aktibidad ng CZK ay kinokontrol ng reversible phosphorylation ng enzyme mismo. Natanggap ng mga Cyclin ang pangalang ito dahil ang kanilang konsentrasyon ay nagbabago nang paikot alinsunod sa mga panahon ng cell cycle, lalo na, bumababa ito bago magsimula ang cell division.

Ang isang bilang ng iba't ibang mga cyclin at cyclin-dependent kinases ay naroroon sa mga vertebrate cell. Ang iba't ibang mga kumbinasyon ng dalawang mga subunit ng enzyme ay kumokontrol sa pagsisimula ng mitosis, ang simula ng proseso ng transkripsyon sa yugto ng G1, ang paglipat ng kritikal na punto pagkatapos makumpleto ang transkripsyon, ang simula ng proseso ng pagtitiklop ng DNA sa panahon ng S ng interphase (simulan ang paglipat ) at iba pang mga pangunahing transition ng cell cycle (hindi ipinapakita sa diagram).
Sa mga oocytes ng palaka, ang pagpasok sa mitosis (G2/M transition) ay kinokontrol ng mga pagbabago sa konsentrasyon ng cyclin. Ang Cyclin ay patuloy na na-synthesize sa interphase hanggang sa maabot ang maximum na konsentrasyon sa M phase, kapag ang buong cascade ng protein phosphorylation na catalyzed ng PS ay inilunsad. Sa pagtatapos ng mitosis, ang cyclin ay mabilis na nawasak ng mga proteinase, na isinaaktibo din ng PS. Sa iba pang mga cellular system, ang aktibidad ng PS ay kinokontrol ng iba't ibang antas ng phosphorylation ng enzyme mismo.

Ikot ng cell

Ang cell cycle ay binubuo ng mitosis (M phase) at interphase. Sa interphase, ang mga phase G 1, S at G 2 ay sunud-sunod na nakikilala.

MGA YUGTO NG CELL CYCLE

Interphase

G 1 sumusunod sa telophase ng mitosis. Sa yugtong ito, ang cell ay nag-synthesize ng RNA at mga protina. Ang tagal ng yugto ay mula sa ilang oras hanggang ilang araw.

G 2 ang mga cell ay maaaring lumabas sa cycle at nasa phase G 0 . Sa yugto G 0 nagsisimulang magkaiba ang mga selula.

S. Sa yugto ng S, nagpapatuloy ang synthesis ng protina sa cell, nangyayari ang pagtitiklop ng DNA, at naghihiwalay ang mga centriole. Sa karamihan ng mga cell, ang S phase ay tumatagal ng 8-12 oras.

G 2 . Sa yugto ng G 2, nagpapatuloy ang synthesis ng RNA at protina (halimbawa, ang synthesis ng tubulin para sa mga microtubule ng mitotic spindle). Ang mga centriole ng anak na babae ay umaabot sa laki ng mga tiyak na organelles. Ang yugtong ito ay tumatagal ng 2-4 na oras.

MITOSIS

Sa panahon ng mitosis, ang nucleus (karyokinesis) at cytoplasm (cytokinesis) ay nahahati. Mga yugto ng mitosis: prophase, prometaphase, metaphase, anaphase, telophase.

Prophase. Ang bawat kromosoma ay binubuo ng dalawang kapatid na kromatid na konektado ng isang sentromere, nawawala ang nucleolus. Inayos ng mga centriole ang mitotic spindle. Ang isang pares ng centrioles ay bahagi ng mitotic center, kung saan ang mga microtubule ay umaabot sa radially. Una, ang mga mitotic center ay matatagpuan malapit sa nuclear membrane, at pagkatapos ay magkakaiba, at isang bipolar mitotic spindle ay nabuo. Ang prosesong ito ay nagsasangkot ng mga pole microtubule, na nakikipag-ugnayan sa isa't isa habang sila ay humahaba.

Centriole ay bahagi ng centrosome (ang centrosome ay naglalaman ng dalawang centrioles at isang pericentriole matrix) at may hugis ng isang silindro na may diameter na 15 nm at isang haba na 500 nm; ang cylinder wall ay binubuo ng 9 triplets ng microtubule. Sa centrosome, ang mga centriole ay matatagpuan sa tamang mga anggulo sa bawat isa. Sa panahon ng S phase ng cell cycle, ang mga centriole ay nadoble. Sa mitosis, ang mga pares ng centrioles, bawat isa ay binubuo ng isang orihinal at isang bagong nabuo, ay naghihiwalay sa mga cell pole at nakikilahok sa pagbuo ng mitotic spindle.

Prometaphase. Ang nuclear envelope ay nawasak sa maliliit na fragment. Sa rehiyon ng centromeres, lumilitaw ang mga kinetochore, na gumagana bilang mga sentro para sa pag-aayos ng kinetochore microtubule. Ang pag-alis ng mga kinetochores mula sa bawat chromosome sa parehong direksyon at ang kanilang pakikipag-ugnayan sa pole microtubule ng mitotic spindle ay ang dahilan ng paggalaw ng mga chromosome.

Metaphase. Ang mga kromosom ay matatagpuan sa rehiyon ng ekwador ng spindle. Ang isang metaphase plate ay nabuo kung saan ang bawat chromosome ay hawak ng isang pares ng mga kinetochore at mga kaugnay na kinetochore microtubule na nakadirekta sa magkabilang pole ng mitotic spindle.

Anaphase– divergence ng mga anak na chromosome sa mga pole ng mitotic spindle sa bilis na 1 µm/min.

Telofase. Ang mga chromatids ay lumalapit sa mga pole, ang mga kinetochore microtubule ay nawawala, at ang mga pole ay patuloy na humahaba. Ang nuclear envelope ay nabuo at ang nucleolus ay lilitaw.

Cytokinesis– paghahati ng cytoplasm sa dalawang magkahiwalay na bahagi. Ang proseso ay nagsisimula sa huling anaphase o telophase. Ang plasmalemma ay binawi sa pagitan ng dalawang anak na nuclei sa isang eroplanong patayo sa mahabang axis ng spindle. Lumalalim ang cleavage furrow, at nananatili ang isang tulay sa pagitan ng mga daughter cell - isang natitirang katawan. Ang karagdagang pagkasira ng istrukturang ito ay humahantong sa kumpletong paghihiwalay ng mga cell ng anak na babae.

Mga regulator ng cell division

Ang paglaganap ng cell, na nangyayari sa pamamagitan ng mitosis, ay mahigpit na kinokontrol ng iba't ibang mga signal ng molekular. Ang pinagsama-samang aktibidad ng maraming cell cycle regulator na ito ay nagsisiguro sa parehong paglipat ng mga cell mula sa yugto hanggang sa yugto ng cell cycle at ang tumpak na pagpapatupad ng mga kaganapan ng bawat yugto. Ang pangunahing dahilan para sa paglitaw ng mga proliferatively uncontrolled na mga cell ay ang mga mutasyon sa mga gene na naka-encode sa istraktura ng mga regulator ng cell cycle. Ang mga regulator ng cell cycle at mitosis ay nahahati sa intracellular at intercellular. Ang mga signal ng intracellular molecular ay marami, bukod sa mga ito, una sa lahat, ang mga regulator ng cell cycle mismo (cyclin, cyclin-dependent protein kinases, kanilang mga activator at inhibitor) at mga tumor suppressor ay dapat banggitin.

MEIOSIS

Sa panahon ng meiosis, nabuo ang mga haploid gametes.

Unang meiotic division

Ang unang dibisyon ng meiosis (prophase I, metaphase I, anaphase I at telophase I) ay pagbabawas.

Prophaseako dumadaan sa ilang yugto ng sunud-sunod (leptotene, zygotene, pachytene, diplotene, diakinesis).

Leptotene – chromatin condenses, ang bawat chromosome ay binubuo ng dalawang chromatids na konektado ng isang centromere.

Zygotene– ang mga homologous paired chromosome ay lumalapit at nagkakaroon ng pisikal na contact ( synapsis) sa anyo ng isang synaptonemal complex na nagsisiguro sa conjugation ng mga chromosome. Sa yugtong ito, ang dalawang magkatabing pares ng chromosome ay bumubuo ng isang bivalent.

Pachytena– ang mga chromosome ay lumapot dahil sa spiralization. Ang mga hiwalay na seksyon ng conjugated chromosome ay nagsalubong sa isa't isa at bumubuo ng chiasmata. Nangyayari dito tumatawid- pagpapalitan ng mga seksyon sa pagitan ng paternal at maternal homologous chromosomes.

Diplotena– paghihiwalay ng mga conjugated chromosome sa bawat pares bilang resulta ng longitudinal splitting ng synaptonemal complex. Ang mga chromosome ay nahahati sa buong haba ng complex, maliban sa chiasmata. Sa bivalent, 4 na chromatid ay malinaw na nakikilala. Ang nasabing bivalent ay tinatawag na tetrad. Lumalabas ang mga unwinding site sa mga chromatids kung saan na-synthesize ang RNA.

Diakinesis. Ang mga proseso ng chromosome shortening at splitting ng chromosome pairs ay nagpapatuloy. Ang Chiasmata ay lumipat sa mga dulo ng chromosome (terminalization). Ang nuclear membrane ay nawasak at ang nucleolus ay nawawala. Lumilitaw ang mitotic spindle.

Metaphaseako. Sa metaphase I, ang mga tetrad ay bumubuo ng metaphase plate. Sa pangkalahatan, ang mga chromosome ng paternal at maternal ay random na ibinahagi sa isang panig o sa isa pa ng ekwador ng mitotic spindle. Ang pattern ng pamamahagi ng chromosome na ito ay sumasailalim sa pangalawang batas ni Mendel, na (kasama ang pagtawid) ay nagsisiguro ng mga pagkakaibang genetic sa pagitan ng mga indibidwal.

Anaphaseako ay naiiba sa anaphase ng mitosis dahil sa panahon ng mitosis, ang mga kapatid na chromatids ay lumipat patungo sa mga pole. Sa yugtong ito ng meiosis, ang mga buo na chromosome ay lumipat sa mga pole.

Telofaseako walang pinagkaiba sa telophase ng mitosis. Ang nuclei na may 23 conjugated (dobleng) chromosome ay nabuo, nangyayari ang cytokinesis, at ang mga daughter cell ay nabuo.

Pangalawang dibisyon ng meiosis.

Ang pangalawang dibisyon ng meiosis - equational - nagpapatuloy sa parehong paraan tulad ng mitosis (prophase II, metaphase II, anaphase II at telophase), ngunit mas mabilis. Ang mga anak na babae ay tumatanggap ng isang haploid na hanay ng mga chromosome (22 autosome at isang sex chromosome).

Ikot ng cell - Ito ang panahon ng buhay ng cell mula sa isang dibisyon patungo sa isa pa. Binubuo ng interphase at division periods. Ang tagal ng cell cycle ay nag-iiba sa iba't ibang mga organismo (para sa bakterya - 20-30 minuto, para sa mga eukaryotic cell - 10-80 na oras).

Interphase

Interphase (mula sa lat. inter- sa pagitan, mga yugto– paglitaw) ay ang panahon sa pagitan ng mga cell division o mula sa paghahati hanggang sa pagkamatay nito. Ang panahon mula sa paghahati ng selula hanggang sa pagkamatay nito ay katangian ng mga selula ng isang multicellular na organismo na, pagkatapos ng paghahati, ay nawalan ng kakayahang gawin ito (erythrocytes, nerve cells, atbp.). Ang interphase ay tumatagal ng humigit-kumulang 90% ng cell cycle.

Kasama sa Interphase ang:

1) panahon ng presynthetic (G 1) – nagsisimula ang masinsinang proseso ng biosynthesis, lumalaki ang cell at lumalaki ang laki. Sa panahong ito na ang mga selula ng mga multicellular na organismo na nawalan ng kakayahang maghati ay nananatili hanggang sa kamatayan;

2) gawa ng tao (S) – Ang DNA at chromosome ay nadoble (ang cell ay nagiging tetraploid), ang mga centriole, kung mayroon man, ay nadodoble;

3) postsynthetic (G 2) – karaniwang ang mga proseso ng synthesis sa cell ay huminto, ang cell ay naghahanda para sa paghahati.

Nagaganap ang paghahati ng cell direkta(amitosis) at hindi direkta(mitosis, meiosis).

Amitosis

Amitosis – direktang paghahati ng cell, kung saan hindi nabuo ang isang division apparatus. Ang nucleus ay nahahati dahil sa annular constriction. Walang pare-parehong pamamahagi ng genetic na impormasyon. Sa likas na katangian, ang macronuclei (malaking nuclei) ng ciliates at placental cells sa mga mammal ay nahahati sa pamamagitan ng amitosis. Ang mga selula ng kanser ay maaaring hatiin sa pamamagitan ng amitosis.

Ang hindi direktang paghahati ay nauugnay sa pagbuo ng isang fission apparatus. Kasama sa division apparatus ang mga sangkap na nagsisiguro ng pare-parehong pamamahagi ng mga chromosome sa pagitan ng mga cell (division spindle, centromere, at, kung mayroon, centrioles). Maaaring hatiin ang cell division sa nuclear division ( mitosis) at cytoplasmic division ( cytokinesis). Ang huli ay nagsisimula sa pagtatapos ng nuclear fission. Ang pinakakaraniwan sa kalikasan ay mitosis at meiosis. Paminsan-minsan ay nangyayari endomitosis- hindi direktang fission na nangyayari sa nucleus nang walang pagkasira ng shell nito.

Mitosis

Mitosis ay isang hindi direktang paghahati ng cell kung saan ang dalawang anak na selula na may magkaparehong hanay ng genetic na impormasyon ay nabuo mula sa mother cell.

Mga yugto ng mitosis:

1) prophase – Ang chromatin compaction (condensation) ay nangyayari, ang mga chromatids ay umiikot at umiikli (naging nakikita sa isang light microscope), ang nucleoli at ang nuclear membrane ay nawawala, ang isang spindle ay nabuo, ang mga thread nito ay nakakabit sa mga sentromere ng mga chromosome, ang mga centrioles ay nahahati at naghihiwalay sa mga pole ng cell;

2) metaphase – ang mga chromosome ay maximally spiralized at matatagpuan sa kahabaan ng ekwador (sa equatorial plate), ang mga homologous chromosome ay nasa malapit;

3) anaphase – ang mga spindle thread ay sabay-sabay na umuurong at iunat ang mga chromosome sa mga pole (chromosome ay nagiging monochromatid), ang pinakamaikling yugto ng mitosis;

4) telophase - Ang mga chromosome na despiral, nucleoli at isang nuclear membrane ay nabuo, nagsisimula ang paghahati ng cytoplasm.

Ang mitosis ay pangunahing katangian ng mga somatic cells. Ang mitosis ay nagpapanatili ng isang pare-parehong bilang ng mga chromosome. Tumutulong na madagdagan ang bilang ng mga cell, samakatuwid ito ay sinusunod sa panahon ng paglaki, pagbabagong-buhay, at vegetative propagation.

Meiosis

Meiosis (mula sa Greek meiosis- reduction) ay isang hindi direktang reduction cell division, kung saan apat na anak na cell ang nabuo mula sa mother cell, na mayroong hindi magkatulad na genetic na impormasyon.

Mayroong dalawang dibisyon: meiosis I at meiosis II. Ang Interphase I ay katulad ng interphase bago ang mitosis. Sa post-synthetic na panahon ng interphase, ang mga proseso ng synthesis ng protina ay hindi tumitigil at nagpapatuloy sa prophase ng unang dibisyon.

Meiosis I:

– prophase I – spiral ang mga chromosome, nawawala ang nucleolus at nuclear envelope, nabuo ang spindle, lumalapit at magkakadikit ang mga homologous chromosome sa magkapatid na chromatids (tulad ng kidlat sa isang kastilyo) – nangyayari banghay, kaya nabubuo mga tetrad, o bivalents, nabuo ang isang chromosome crossover at nagpapalitan ng mga seksyon - tumatawid, pagkatapos ay nagtataboy ang mga homologous chromosome sa isa't isa, ngunit mananatiling naka-link sa mga lugar kung saan naganap ang pagtawid; nakumpleto ang mga proseso ng synthesis;

– metaphase I – ang mga chromosome ay matatagpuan sa kahabaan ng ekwador, homologous – ang bichromatid chromosome ay matatagpuan sa tapat ng isa sa magkabilang panig ng ekwador;

– anaphase I – ang mga filament ng spindle ay sabay-sabay na umuurong at umaabot sa isang homologous bichromatid chromosome patungo sa mga pole;

– telophase I (kung mayroon man) - chromosomes despiral, isang nucleolus at nuclear membrane ay nabuo, ang cytoplasm ay ipinamamahagi (ang mga cell na nabuo ay haploid).

Interphase II(kung mayroon): Hindi nagaganap ang pagdoble ng DNA.

Meiosis II:

– prophase II - ang mga chromosome ay nagiging mas siksik, ang nucleolus at nuclear membrane ay nawawala, ang isang fission spindle ay nabuo;

– metaphase II – ang mga chromosome ay matatagpuan sa kahabaan ng ekwador;

– anaphase II – ang mga chromosome, na may sabay-sabay na pag-urong ng mga spindle thread, ay lumihis sa mga pole;

– telophase II – chromosome despiral, isang nucleolus at nuclear membrane ay nabuo, at ang cytoplasm ay nahahati.

Ang Meiosis ay nangyayari bago ang pagbuo ng mga selula ng mikrobyo. Pinapayagan ang pagsasanib ng mga selula ng mikrobyo upang mapanatili ang isang pare-parehong bilang ng mga chromosome ng mga species (karyotype). Nagbibigay ng pinagsama-samang pagkakaiba-iba.

GOUVPO

"VORONEZH STATE TECHNICAL UNIVERSITY"

DEPARTMENT OF SYSTEM ANALYSIS AND MANAGEMENT SA MEDICAL SYSTEMS

ABSTRAK

DISIPLINA: “Biology ng Tao at Hayop”

SA PAKSA: “Mitotic cycle. Cell cycle, mga phase M, G1, S, G2, auto- at heterosynthetic na mga function ng cell"

Nakumpleto ni: 1st year student ng grupong BM-101 Tonkikh M.A.

Sinuri ni: propesor, doktor ng medisina. Agham L. B. Dmitrenko

VORONEZH 2010

Cell cycle: pangkalahatang-ideya

Ang paulit-ulit na hanay ng mga kaganapan na nagsisiguro sa paghahati ng mga eukaryotic na selula ay tinatawag na cell cycle. Ang haba ng cell cycle ay depende sa uri ng paghahati ng mga cell. Ang ilang mga cell, tulad ng mga neuron ng tao, ay ganap na huminto sa paghahati pagkatapos maabot ang yugto ng terminal differentiation. Ang mga selula ng baga, bato o atay sa isang may sapat na gulang na katawan ay nagsisimulang hatiin lamang bilang tugon sa pinsala sa mga kaukulang organo. Ang mga epithelial cell ng bituka ay nahahati sa buong buhay ng isang tao. Kahit na sa mabilis na paglaganap ng mga selula, ang paghahanda para sa paghahati ay tumatagal ng humigit-kumulang 24 na oras. Ang cell cycle ay nahahati sa mga yugto: Mitosis - M-phase, dibisyon ng cell nucleus. Ang yugto ng G1 ay ang panahon bago ang synthesis ng DNA. Ang S-phase ay ang panahon ng synthesis (pagtitiklop ng DNA). Ang G2 phase ay ang panahon sa pagitan ng DNA synthesis at mitosis. Ang Interphase ay isang yugto na kinabibilangan ng mga yugto ng G1, S at G2. Ang cytokinesis ay ang dibisyon ng cytoplasm. Restriction point, R-point - ang oras sa cell cycle kung kailan ang pag-usad ng cell patungo sa dibisyon ay hindi na maibabalik. Ang phase ng G0 ay ang estado ng mga cell na umabot sa isang monolayer o nawalan ng mga kadahilanan ng paglago sa unang bahagi ng G1 phase.

mitozumeiosis) ay nauuna sa pagdoble ng chromosome, na nangyayari sa panahon ng S ng cell cycle. Ang panahon ay itinalaga ng unang titik ng salitang synthesis - DNA synthesis. Mula sa katapusan ng panahon ng S hanggang sa katapusan ng metaphase, ang nucleus ay naglalaman ng apat na beses na mas maraming DNA kaysa sa nucleus ng isang tamud o itlog, at ang bawat chromosome ay binubuo ng dalawang magkatulad na kapatid na chromatids.

Sa panahon ng mitosis, ang mga chromosome ay nagpapalapot at sa dulo ng prophase o sa simula ng metaphase ay makikita sila sa ilalim ng optical microscopy. Para sa pagsusuri ng cytogenetic, kadalasang ginagamit ang mga paghahanda ng metaphase chromosome.

Sa simula anaphase centromere ng mga homologous chromosome ay hindi nakakonekta, at mga chromatid diverge sa tapat ng mga pole ng mitotic spindle. Matapos ang kumpletong hanay ng mga chromatid ay lumipat sa mga pole (mula ngayon ay tinatawag silang mga chromosome), isang nuclear membrane ang nabuo sa paligid ng bawat isa sa kanila, na bumubuo ng nuclei ng dalawang anak na mga cell (ang pagkasira ng nuclear membrane ng mother cell ay naganap sa wakas prophase). Pumasok ang mga selyula ng anak na babae panahon G1, at bilang paghahanda lamang para sa susunod na dibisyon ay pumapasok sila sa panahon ng S at nangyayari ang pagtitiklop ng DNA sa kanila.

Ang mga cell na may espesyal na pag-andar na hindi pumasok sa mitosis sa loob ng mahabang panahon o sa pangkalahatan ay nawalan ng kakayahang maghati ay nasa isang estado na tinatawag panahon G0 .

Karamihan sa mga selula sa katawan ay diploid - ibig sabihin, mayroon silang dalawa haploid na hanay ng mga chromosome(Ang haploid set ay ang bilang ng mga chromosome sa gametes; sa mga tao ito ay 23 chromosome, at diploid na hanay ng mga chromosome - 46).

Sa mga gonad, ang mga precursor ng mga cell ng mikrobyo ay unang sumasailalim sa isang serye ng mga mitotic division at pagkatapos ay pumasok sa meiosis, isang proseso ng pagbuo ng gamete na binubuo ng dalawang magkakasunod na dibisyon. Sa meiosis, magkapares ang mga homologous chromosome (paternal 1st chromosome na may maternal 1st chromosome, atbp.), pagkatapos nito, sa tinatawag na tumatawid nangyayari ang recombination, iyon ay, ang pagpapalitan ng mga seksyon sa pagitan ng paternal at maternal chromosome. Bilang resulta, ang genetic na komposisyon ng bawat chromosome ay nagbabago nang husay.

Sa unang dibisyon meiosis Mga homologous chromosome (at hindi sister chromatids, gaya ng sa mitosis), na nagreresulta sa pagbuo ng mga cell na may haploid set ng mga chromosome, na ang bawat isa ay naglalaman ng 22 doble mga autosome at isang dobleng sex chromosome.

Walang S period sa pagitan ng una at pangalawang meiotic division ( kanin. 66.2, kanan), at ang mga sister chromatids ay naghihiwalay sa mga anak na selula sa ikalawang dibisyon. Bilang isang resulta, ang mga cell na may isang haploid na hanay ng mga chromosome ay nabuo, kung saan mayroong kalahati ng mas maraming DNA tulad ng sa diploid somatic cells sa G1 period, at 4 na beses na mas mababa kaysa sa mga somatic cells sa pagtatapos ng S period.

Sa panahon ng pagpapabunga, ang bilang ng mga kromosom at nilalaman ng DNA sa zygote ay magiging kapareho ng sa isang somatic cell sa panahon ng G1.

Ang panahon ng S sa zygote ay nagbubukas ng daan sa regular na paghahati, katangian ng mga somatic cells.

Ikot ng cell: mga yugto

Ang eukaryotic cell cycle ay nahahati sa apat na yugto. Sa yugto ng direktang paghahati ng cell (mitosis), ang mga condensed metaphase chromosome ay pantay na ipinamamahagi sa pagitan ng mga anak na selula ( M phase ng cell cycle - mitosis). Ang mitosis ay ang unang yugto ng cell cycle na natukoy, at lahat ng iba pang mga kaganapan na nagaganap sa cell sa pagitan ng dalawang mitoses ay tinawag interphase. Ang pag-unlad ng pananaliksik sa antas ng molekular ay naging posible upang matukoy ang isang yugto ng synthesis ng DNA sa interphase, na tinatawag na S-phase (synthesis). Ang dalawang pangunahing yugto ng cell cycle ay hindi direktang lumipat sa isa't isa. Pagkatapos ng pagtatapos ng mitosis, bago magsimula ang DNA synthesis, G1 phase ng cell cycle (gap), isang maliwanag na paghinto sa aktibidad ng cell kung saan inihahanda ng mga intracellular synthetic na proseso ang pagtitiklop ng genetic na materyal.

Pangalawang pahinga sa nakikitang aktibidad ( yugto G2) ay sinusunod pagkatapos ng pagtatapos ng synthesis ng DNA bago ang simula ng mitosis. Sa yugto ng G2, sinusubaybayan ng cell ang katumpakan ng pagtitiklop ng DNA na naganap at itinatama ang mga nakitang pagkabigo. Sa ilang mga kaso, ang ikalimang yugto ng cell cycle ay nakikilala ( G0), kapag pagkatapos ng pagkumpleto ng paghahati ang cell ay hindi pumasok sa susunod na cell cycle at nananatiling tulog nang mahabang panahon. Maaari itong alisin mula sa estado na ito sa pamamagitan ng panlabas na stimulating (mitogenic) na mga impluwensya.

Ang mga phase ng cell cycle ay walang malinaw na temporal at functional na mga hangganan, gayunpaman, sa panahon ng paglipat mula sa isang yugto patungo sa isa pa, ang isang maayos na paglipat ng mga sintetikong proseso ay nangyayari, na nagpapahintulot sa mga intracellular na kaganapang ito na maiiba sa antas ng molekular.

Mga cyclin at cyclin-dependent kinases

Ang mga cell ay pumapasok sa cell cycle at synthesize ang DNA bilang tugon sa panlabas na mitogenic stimuli. Lymphokines(Halimbawa, mga interleukin), mga cytokine(sa partikular interferon) at mga kadahilanan ng paglago ng polypeptide, na nakikipag-ugnayan sa kanilang mga receptor sa ibabaw ng cell, ay nag-udyok ng isang kaskad ng mga reaksyon ng phosphorylation ng mga intracellular na protina, na sinamahan ng paghahatid ng signal mula sa ibabaw ng cell patungo sa nucleus at induction ng transkripsyon ng kaukulang mga gene. Kabilang sa mga unang na-activate ang genes encoding mga protina ng cyclin, na nakuha ang kanilang pangalan mula sa katotohanan na ang kanilang intracellular na konsentrasyon ay pana-panahong nagbabago habang ang mga cell ay dumadaan sa cell cycle, na umaabot sa maximum sa ilang mga yugto. Ang mga cyclin ay mga partikular na activator ng pamilya cyclin-dependent protein kinases (CDKs) (CDK - mga kinase na umaasa sa cyclin) ay mga pangunahing kalahok sa induction ng transkripsyon ng mga gene na kumokontrol sa cell cycle. Ang pag-activate ng isang indibidwal na CDK ay nangyayari pagkatapos ng pakikipag-ugnayan nito sa isang tiyak na cyclin, at ang pagbuo ng complex na ito ay nagiging posible pagkatapos na ang cyclin ay umabot sa isang kritikal na konsentrasyon. Bilang tugon sa isang pagbaba sa intracellular na konsentrasyon ng isang partikular na cyclin, ang kaukulang CDK ay reversibly inactivated. Ang ilang mga CDK ay isinaaktibo ng higit sa isang cyclin. Sa kasong ito, ang isang pangkat ng mga cyclin, na parang naglilipat ng mga kinase ng protina sa isa't isa, ay nagpapanatili sa kanila sa isang aktibong estado sa loob ng mahabang panahon. Ang ganitong mga alon ng CDK activation ay nangyayari sa panahon ng G1 at S phase ng cell cycle.

Cyclins: pangkalahatang impormasyon

Ang bawat uri ng cyclin, na itinalagang A hanggang H, ay may homologous na rehiyon (150 amino acid residues na tinatawag na " kahon ng cyclin". Ang rehiyong ito ay may pananagutan sa pag-uugnay sa CDK. Mayroong 14 na kilalang protina sa pamilya ng cyclin (cyclin A - cyclin J). Ang ilang miyembro ng pamilya ay bumubuo ng mga subfamily. Halimbawa, ang D-type na cyclin subfamily ay binubuo ng tatlong miyembro: D1, D2 at D3 ay nahahati sa dalawang subfamilies: G1-cyclins (C , D At E) At mitotic cyclins (A At B).

Ang mga cyclin ay mabilis na nagpapalitan ng mga protina na may maikling kalahating buhay, na 15-20 minuto para sa mga D-type na cyclin. Tinitiyak nito ang dynamism ng kanilang mga complex na may cyclin-dependent kinases. Ang N-terminal sequence ng mga residue ng amino acid ay tinatawag na kahon ng pagkawasak. Habang dumadaan ang mga cell sa cell cycle, kasunod ng pag-activate ng indibidwal CDK sila ay inactivated kung kinakailangan. Sa huling kaso, nagaganap ang proteolytic degradation ng cyclin, na kumplikado sa CDK, na nagsisimula sa isang kahon ng pagkawasak.

Ang mga cyclin mismo ay hindi maaaring ganap na maisaaktibo ang kaukulang mga CDK. Upang makumpleto ang proseso ng pag-activate, dapat mangyari ang tiyak na phosphorylation at dephosphorylation ng ilang mga residue ng amino acid sa mga polypeptide chain ng mga protein kinases na ito. Karamihan sa mga reaksyong ito ay isinasagawa CDK activating kinase (CAK), na isang kumplikado CDK7 Sa cyclin H. Kaya, ang mga CDK ay naging may kakayahang magsagawa ng kanilang mga function sa cell cycle pagkatapos lamang ng kanilang pakikipag-ugnayan sa kaukulang mga cyclin at post-translational na mga pagbabago sa ilalim ng impluwensya ng CAK at iba pang katulad na mga protina ng regulasyon ng cell cycle.

Eukaryotic cell division: simula

Bilang tugon sa isang mitogenic stimulus, isang cell in yugto G0 o maaga G1, nagsisimula sa pagpasa nito sa cell cycle. Bilang resulta ng induction of expression mga gene ng cyclin D At E, na kadalasang pinagsama-sama cyclins G1, tumataas ang kanilang intracellular na konsentrasyon. Cyclin D1 , D2 At D3 bumuo ng isang complex na may kinase CDK4 At CDK6. Hindi tulad ng cyclin D1, ang huling dalawang cyclin ay pinagsama rin sa CDK2. Ang mga pagkakaiba sa pagganap sa pagitan ng tatlong cyclin na ito ay hindi alam, ngunit ang magagamit na data ay nagpapahiwatig na naabot nila ang mga kritikal na konsentrasyon sa iba't ibang yugto ng pag-unlad ng yugto ng G1. Ang mga pagkakaibang ito ay tiyak sa uri ng lumalaganap na mga selula.

Ang pag-activate ng CDK2/4/6 ay humahantong sa phosphorylation ardilya RB(produkto retinoblastoma gene pRb) at mga nauugnay na protina p107 At p130. Sa simula ng yugto ng G1 protina ng pRb mahina phosphorylated, na nagbibigay-daan ito upang maging kumplikado sa transcription factor E2F, na gumaganap ng mahalagang papel sa induction ng DNA synthesis, at hinaharangan ang aktibidad nito. Ang ganap na phosphorylated form ng pRb ay naglalabas ng E2F mula sa complex, na humahantong sa transcriptional activation ng mga gene na kumokontrol sa DNA replication.

Ang konsentrasyon ng D-cyclins ay tumataas sa panahon ng G1 phase ng cell cycle at umabot sa pinakamataas na halaga kaagad bago ang simula ng S-phase, pagkatapos nito ay nagsisimula itong bumaba. Gayunpaman, sa oras na ito, ang pRb ay hindi pa ganap na phosphorylated, at ang E2F factor ay nananatili sa complex sa isang hindi aktibong estado. Ang phosphorylation ng pRb ay nakumpleto sa pamamagitan ng pag-activate ng CDK2 cyclin E. Ang intracellular na konsentrasyon ng huli ay nagiging maximum sa sandali ng paglipat ng cell cycle mula sa G1 phase hanggang sa S phase. Kaya, ang cyclin E-CDK2 complex ay tumatagal mula sa mga cyclin D complex na may CDK4 at CDK6 at nakumpleto ang phosphorylation ng pRb, na sinamahan ng paglabas ng aktibong transcription factor na E2F. Bilang isang resulta, nagsisimula ang synthesis ng DNA, iyon ay, ang cell ay pumapasok sa S-phase ng cell cycle.

S phase ng cell cycle: DNA synthesis

Panahon interphase kapag nangyari ang pagtitiklop ng DNA ng cell nucleus, tinawag itong "S phase"

Ang paghahati ng cell (mitosis o meiosis) ay nauuna sa pagdoble ng chromosome, na nangyayari sa S period ng cell cycle ( kanin. 66.2). Ang panahon ay itinalaga ng unang titik ng salitang synthesis - DNA synthesis.

Matapos makapasok ang cell sa S phase, nangyayari ang mabilis na pagkasira cyclin E at pag-activate CDK2 cyclin A. Nagsisimulang ma-synthesize ang Cyclin E sa dulo yugto G1 at ang pakikipag-ugnayan nito sa CDK2 ay isang paunang kinakailangan para makapasok ang cell sa S phase at magpatuloy sa synthesis ng DNA. Ang kumplikadong ito ay nagpapagana ng DNA synthesis sa pamamagitan ng phosphorylation ng mga protina sa mga pinagmulan ng pagtitiklop. Isang senyales para sa pagtatapos ng S-phase at ang paglipat ng cell sa yugto G2 ay ang pag-activate ng isa pang kinase ng cyclin A CDK1 na may sabay-sabay na pagtigil ng CDK2 activation. Pagkaantala sa pagitan ng pagtatapos ng DNA synthesis at pagsisimula mitosis(G2 phase) ay ginagamit ng cell upang kontrolin ang pagkakumpleto at katumpakan ng chromosome replication na naganap. Ang pagkakasunud-sunod ng mga kaganapan sa panahong ito ay hindi tiyak na nalalaman.

Kapag pinasigla mga kadahilanan ng paglago mammalian cells na matatagpuan sa estado ng proliferative dormancy , cyclin D-uri ay lumalabas nang mas maaga kaysa sa cyclin E. mRNA at protina cyclin D1 unang lumitaw pagkatapos ng 6-8 na oras, pagkatapos kung saan ang mga antas ng D1 ay mananatiling nakataas hanggang sa katapusan ng cell cycle ( Matsushime H. et al., 1991 ; Nanalo ng K.A. et al., 1992).

Kapag ang mga growth factor ay inalis mula sa medium, ang antas ng D-type cyclin ay mabilis na bumababa, dahil ang D-cyclins at ang kanilang RNA ay hindi matatag.

Cyclin D1 na nauugnay sa CDK4 kaagad bago magsimula ang DNA synthesis. Ang antas ng kumplikadong mga taluktok sa maagang bahagi ng S bago bumaba sa huling bahagi ng S at G2 phase (Matsushime H. et al., 1992).

Malamang cyclin D2 At D3 kumilos sa G1 period medyo mas huli kaysa sa cyclin D1.

Ang sobrang pagpapahayag ng mga D-type na cyclin (limang beses na may kaugnayan sa normal) na may pagbaba sa pangangailangan ng cell para sa mga salik ng paglago at ang pagpapaikli ng yugto ng G1 ay humahantong sa pagbaba sa laki ng cell. Cyclin E kinakailangan para makapasok ang mga cell S-phase. Ito ay pangunahing nauugnay sa CDK2, bagama't maaari itong bumuo ng isang complex na may CDK1 .

Ang Cyclin E mRNA at mga antas ng protina, pati na rin ang aktibidad ng cyclin E-CDK2 complex, ay pinakamataas sa panahon ng paglipat G1-S at mabilis na bumababa habang ang mga cell ay umuunlad sa kalagitnaan at huling bahagi ng S.

Kapag ang mga antibodies sa cyclin E ay microinjected sa mammalian cells, ang DNA synthesis ay pinipigilan.

Kapag ang cyclin E ay na-overexpress, ang mga cell ay umuusad sa G1 phase nang mas mabilis at pumasok sa S phase, at ang mga naturang cell ay nangangailangan ng mas kaunting mga growth factor.

Mitosis: pagsisimula

Ang signal upang simulan ang cell division (mitosis) ay nagmumula MPF factor (M phase promoting factor), na nagpapasigla sa M phase ng cell cycle. Ang MPF ay isang kinase complex CDK1 sa pag-activate nito cyclins A o B. Tila, ang CDK1-cyclin A complex ay gumaganap ng isang mas mahalagang papel sa pagkumpleto ng S phase at paghahanda ng cell para sa paghahati, habang ang CDK1-cyclin B complex ay pangunahing nagsasagawa ng sequence control.

Cyclin B1 At B2 naroroon sa napakababang konsentrasyon sa yugto G1. Nagsisimulang tumaas ang kanilang konsentrasyon patungo sa dulo S- at sa kabuuan Mga yugto ng G2, na umaabot sa kanilang maximum sa panahon ng mitosis, na humahantong sa kanilang kapalit cyclin A kasabay ng CDK1. Gayunpaman, hindi ito sapat upang ganap na maisaaktibo ang protina kinase. Ang functional na kakayahan ng CDK1 ay nakamit pagkatapos ng isang serye ng mga phosphorylation at dephosphorylation sa mga tiyak na residue ng amino acid. Ang ganitong kontrol ay kinakailangan upang maiwasan ang mga cell na pumasok sa mitosis hanggang sa makumpleto ang synthesis ng DNA.

Ang cell division ay nagsisimula lamang pagkatapos ng CDK1, na kung saan ay kumplikado sa cyclin B, ay phosphorylated sa residues Thr-14 at Tyr-16 protina kinase WEE1, pati na rin sa natitirang Thr-161 protina kinase CAK at pagkatapos ay dephosphorylated sa residues Thr-14 at Tyr-15 phosphatase CDC25. Na-activate sa ganitong paraan, ang CDK1 phosphorylates ng mga istrukturang protina sa nucleus, kabilang ang nucleolin , nuclear lamins At vimentin. Pagkatapos nito, ang nucleus ay nagsisimulang dumaan sa cytologically malinaw na nakikilala na mga yugto ng mitosis.

Ang unang yugto ng mitosis ay prophase- magsisimula pagkatapos CDK1 ay ganap na phosphorylated, na sinusundan ng metaphase , anaphase At telophase nagtatapos sa cell division - cytokinesis. Ang kinahinatnan ng mga prosesong ito ay ang tamang pamamahagi ng mga replicated chromosome, nuclear at cytoplasmic na protina, pati na rin ang iba pang mataas at mababang molekular na timbang na compound sa mga daughter cell. Matapos makumpleto ang cytokinesis, nangyayari ang pagkasira cyclin B, na sinamahan ng hindi aktibo ng CDK1, na humahantong sa pagpasok ng cell yugto G1 o G0 siklo ng cell.

G0 phase ng cell cycle

Ang ilang mga uri ng mga cell sa ilang mga yugto ng pagkita ng kaibhan ay maaaring huminto sa paghahati, ganap na pinapanatili ang kanilang posibilidad. Ang estado ng mga cell na ito ay tinatawag na G0 phase. Ang mga cell na umabot sa isang estado ng terminal differentiation ay hindi na makakalabas sa yugtong ito. Kasabay nito, ang mga cell na may napakababang kakayahang maghati, tulad ng mga hepatocytes, ay maaaring muling pumasok sa cell cycle pagkatapos maalis ang bahagi ng atay.

Ang paglipat ng mga cell sa isang estado ng pahinga ay nagiging posible dahil sa paggana ng lubos na tiyak mga inhibitor ng cell cycle. Sa pakikilahok ng mga protina na ito, ang mga cell ay maaaring huminto sa paglaganap sa ilalim ng hindi kanais-nais na mga kondisyon sa kapaligiran, kapag ang DNA ay nasira o ang mga malalaking pagkakamali sa pagtitiklop nito ay nangyari. Ang ganitong mga paghinto ay ginagamit ng mga cell upang ayusin ang pinsalang naganap.

Sa ilang partikular na panlabas na kundisyon, maaaring mag-pause ang cell cycle mga punto ng paghihigpit. Sa mga puntong ito, nagiging determinado ang mga cell na pumasok sa S phase at/o mitosis.

Vertebrate cell sa isang karaniwang medium ng kultura na wala suwero, Sa karamihan ng mga kaso huwag pumasok sa S-phase, bagaman ang daluyan ay naglalaman ng lahat ng kinakailangang sustansya.

Sa pag-abot sa isang saradong monolayer, ang mga cell na may kakayahang contact braking, lumabas sa cell cycle kahit na nasa presensya suwero ng dugo. Ang mga cell na umalis sa mitotic cycle para sa isang hindi tiyak na tagal ng panahon, na nagpapanatili ng posibilidad na mabuhay at proliferative na potensyal, ay tinatawag na mga resting cell. Ito ay tinatawag na paglipat sa isang estado ng proliferative rest o G0 phase.

Noong dekada 90 Nagpatuloy ang mga talakayan kung ang estado ng proliferative dormancy ay maaaring tukuyin bilang isang yugto na sa panimula ay naiiba sa G1. Tila ito talaga ang kaso.

Sa nuclei ng mga cell na nasa proliferative rest, gayundin sa mga cell na nasa G1 phase, bilang panuntunan, ay naglalaman ng hindi dobleng dami ng DNA. Gayunpaman, may mga makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng mga cell sa dalawang estadong ito. Alam na ang tagal ng yugto ng G1 sa paghahati ng mga cell ay makabuluhang mas maikli kaysa sa oras ng paglipat ng G0-S. Maraming mga pag-aaral sa pagsasanib ng tahimik at lumalaganap na mga cell at sa microinjection ng mRNA ay nagpakita na ang mga cell sa G0 phase ay naglalaman ng mga inhibitor ng paglaganap, pinipigilan ang pagpasok sa S-phase.

Iminumungkahi ng mga katotohanang ito na ang cell ay dapat magsagawa ng isang espesyal na programa upang lumabas sa G0. Dapat ding tandaan na hindi sila ipinahayag sa mga resting cell. CDK2 At CDK4, at cyclin D- At E-uri. Ang kanilang synthesis ay naiimpluwensyahan lamang ng mga kadahilanan ng paglago ( Lodish H. et al., 1995). SA patuloy na nagbibisikleta ng mga cell ang antas ng D- at E-cyclin ay nananatiling mataas sa buong cycle, at ang tagal ng G1 period ay bumababa kumpara sa prereplicative period.

Kaya, sa mga cell sa yugto ng G0 ay walang mga protina na nagpapahintulot sa pagpasa sa mga punto ng paghihigpit at pinapayagan ang pagpasok sa bahagi ng S. Para sa paglipat ng mga resting cell sa S-phase mga kadahilanan ng paglago dapat magbuod ng synthesis ng mga protina sa kanila.

Cell cycle: mga inhibitor

Mayroong dalawang pangunahing yugto sa siklo ng cell (mga punto ng paglipat, control point R - mga punto ng paghihigpit), kung saan maaaring ipatupad ang mga ito negatibong epekto sa regulasyon, pinipigilan ang mga cell mula sa paglipat sa pamamagitan ng cell cycle. Ang isa sa mga yugtong ito ay kumokontrol sa paglipat ng cell sa DNA synthesis, at ang isa naman ay kumokontrol sa simula ng mitosis. Mayroong iba pang mga regulated na yugto ng cell cycle.

Ang paglipat ng mga cell mula sa isang yugto ng siklo ng cell patungo sa isa pa ay kinokontrol sa antas ng pag-activate CDK kanilang mga cyclin kasama mga inhibitor ng cyclin-dependent kinases CKI. Kung kinakailangan, ang mga inhibitor na ito ay maaaring i-activate at harangan ang pakikipag-ugnayan ng mga CDK sa kanilang mga cyclin, at samakatuwid ang cell cycle mismo. Pagkatapos ng pagbabago sa panlabas o panloob na mga kondisyon, ang cell ay maaaring magpatuloy sa paglaganap o papasok sa landas apoptosis .

Mayroong dalawang grupo ng CKI: p21 mga protina ng pamilya At INK4 (inhibitor ng CDK4), ang mga miyembro nito sa loob ng mga pamilya ay may katulad na mga katangian ng istruktura. Ang pamilya ng p21 ng mga inhibitor ay may kasamang tatlong protina: p21 , p27 At p57. Dahil ang mga protina na ito ay inilarawan nang nakapag-iisa ng ilang grupo, ang kanilang mga alternatibong pangalan ay ginagamit pa rin. Kaya, ang p21 protein ay kilala rin sa ilalim ng mga pangalang WAF1 (wild-type p53 activated fragment 1), CIP1 (CDK2 interacting protein 1), SDI1 (senescent derived inhibitor 1) at mda-6 (melanoma differentiation associated gene). Ang mga kasingkahulugan para sa p27 at p57 ay KIP1 (kinase inhibiting proteins 1) at KIP2 (kinase inhibiting proteins 2), ayon sa pagkakabanggit. Ang lahat ng mga protina na ito ay may malawak na pagtitiyak ng pagkilos at maaaring pagbawalan ang iba't ibang CDK .

Sa kaibahan, ang pangkat ng mga inhibitor ng INK4 ay mas tiyak. Naglalaman ito ng apat na protina: p15INK4B , p16INK4A , p18INK4C At p19INK4D. Ang mga inhibitor ng pamilya ng INK4 ay gumagana sa yugto G1 cell cycle, inhibiting ang aktibidad CDK4 kinase, gayunpaman ang pangalawa produkto ng protina ng INK4A gene - p19ARF, nakikipag-ugnayan sa regulatory factor MDM2 protina p53 at inactivate ang kadahilanan. Ito ay sinamahan ng pagtaas ng katatagan protina ng p53 at huminto

Cell cycle: regulasyon ng paglipat mula sa G1- hanggang S-phase

Bago magsimula ang cell cycle p27 protina, na nasa mataas na konsentrasyon, pinipigilan ang pag-activate protina kinase CDK4 o CDK6 cyclins D1 , D2 o D3. Sa ilalim ng gayong mga kondisyon, ang cell ay nananatili sa loob yugto G0 o maagang yugto ng G1 bago matanggap ang mitogenic stimulus. Pagkatapos ng sapat na pagpapasigla, ang konsentrasyon ng p27 inhibitor ay bumababa laban sa background ng isang pagtaas sa intracellular na nilalaman ng cyclins D. Ito ay sinamahan ng pag-activate ng CDK at, sa huli, phosphorylation protina ng pRb, ang pagpapalabas ng nauugnay transcription factor E2F at pag-activate ng transkripsyon ng kaukulang mga gene.

Sa mga unang yugto na ito ng yugto ng G1 ng cell cycle, ang konsentrasyon ng p27 na protina ay medyo mataas pa rin. Samakatuwid, pagkatapos ng pagtigil ng mitogenic stimulation ng mga cell, ang nilalaman ng protina na ito ay mabilis na naibalik sa isang kritikal na antas at ang karagdagang pagpasa ng mga cell sa pamamagitan ng cell cycle ay naharang sa kaukulang yugto ng G1. Ang reversibility na ito ay posible hanggang sa ang G1 phase sa pag-unlad nito ay umabot sa isang partikular na yugto na tinatawag punto ng paglipat, pagkatapos kung saan ang cell ay nagiging nakatuon sa paghahati, at ang pag-alis ng mga kadahilanan ng paglago mula sa kapaligiran ay hindi sinamahan ng pagsugpo sa siklo ng cell. Bagaman mula sa puntong ito ang mga selula ay nagiging independiyente sa mga panlabas na signal upang hatiin, napapanatili nila ang kakayahang kontrolin ang sarili sa siklo ng cell.

Mga inhibitor ng CDK ng pamilya ng INK4 (p15 , p16 , p18 At p19) partikular na nakikipag-ugnayan sa CDK4 kinases At CDK6. Ang mga protina p15 at p16 ay nakilala bilang mga suppressor ng tumor, at ang kanilang synthesis ay kinokontrol protina ng pRb. Ang lahat ng apat na protina ay humaharang sa pag-activate ng CDK4 at CDK6, alinman sa pamamagitan ng pagpapahina ng kanilang pakikipag-ugnayan sa mga cyclin o sa pamamagitan ng pag-alis sa kanila mula sa complex. Bagaman ang parehong p16 at p27 na mga protina ay may kakayahang pigilan ang aktibidad ng CDK4 at CDK6, ang dating ay may higit na pagkakaugnay para sa mga kinase ng protina na ito. Kung ang konsentrasyon ng p16 ay tumaas sa isang antas kung saan ganap nitong pinipigilan ang aktibidad ng CDK4/6 kinases, ang p27 na protina ay nagiging pangunahing inhibitor. CDK2 kinase .

Sa simula ng cell cycle, ang mga malulusog na cell ay maaaring makilala at tumugon sa pinsala sa DNA sa pamamagitan ng pag-aresto sa pag-unlad ng cell cycle sa yugto ng G1 hanggang sa maayos ang pinsala. Halimbawa, bilang tugon sa pinsala sa DNA na dulot ng ultraviolet light o ionizing radiation, protina ng p53 nag-uudyok ng transkripsyon p21 protina gene. Ang pagtaas ng intracellular na konsentrasyon nito ay humaharang sa pag-activate ng CDK2 cyclin E o A. Inaaresto nito ang mga cell sa huling bahagi ng G1 o maagang bahagi ng S ng cell cycle. Sa oras na ito, ang cell mismo ang tumutukoy sa hinaharap na kapalaran nito - kung ang pinsala ay hindi maalis, ito ay pumapasok apoptosis .

Mayroong dalawang magkaibang direksyon ng mga sistema ng regulasyon G1/S- paglipat: positibo at negatibo.

Ang sistema ay positibong kinokontrol ang pagpasok sa S-phase na may kasamang heterodimer E2F-1/DP-1 at pag-activate nito cyclin kinase complexes .

Pinipigilan ng isa pang sistema ang pagpasok sa S-phase. Ito ay kinakatawan ng mga suppressor ng tumor p53 At pRB, na pinipigilan ang aktibidad ng E2F-1/DP-1 heterodimer.

Ang normal na paglaganap ng cell ay nakasalalay sa isang tumpak na balanse sa pagitan ng mga sistemang ito. Ang relasyon sa pagitan ng mga sistemang ito ay maaaring magbago, na humahantong sa mga pagbabago sa rate ng paglaganap ng cell.

Cell cycle: regulasyon ng paglipat mula sa G2 hanggang M phase

Ang tugon ng cell sa pinsala sa DNA ay maaaring mangyari bago mitosis. Pagkatapos protina ng p53 induces inhibitor synthesis p21, na pumipigil sa pag-activate

CDK1 kinase cyclin B at inaantala ang karagdagang pag-unlad ng cell cycle. Ang pagpasa ng isang cell sa pamamagitan ng mitosis ay mahigpit na kinokontrol - ang mga kasunod na yugto ay hindi magsisimula nang walang kumpletong pagkumpleto ng mga nauna. Ang ilan sa mga inhibitor ay nakilala sa lebadura, ngunit ang kanilang mga homologue ng hayop ay nananatiling hindi kilala. Halimbawa, inilarawan yeast proteins BUB1 (budding uninhibited by benomyl) At MAD2 (mitotic arrest deficient), na kumokontrol sa attachment ng condensed chromosome sa mitotic spindle in metaphase ng mitosis. Bago makumpleto ang tamang pagpupulong ng mga kumplikadong ito, ang protina ng MAD2 ay bumubuo ng isang kumplikadong may protina kinase CDC20 at inactivate ito. Ang CDC20, pagkatapos ng pag-activate, ay nagpo-phosphorylate ng mga protina at, bilang isang resulta, hinaharangan ang mga function ng mga ito na pumipigil sa pagkakaiba-iba ng bawat isa sa dalawang homologous chromatid habang cytokinesis .

Konklusyon

Ang mga eksperimento sa mga mutants na umaasa sa temperatura ng yeast at mammalian cell lines ay nagpakita na ang paglitaw ng mitosis ay natutukoy sa pamamagitan ng pag-activate ng ilang mga gene at ang synthesis ng partikular na RNA at protina. Minsan ang mitosis ay itinuturing na nuclear division lamang (karyokinesis), na hindi palaging sinamahan ng cytotomy - ang pagbuo ng dalawang bahagi. mga selula.
Kaya, bilang isang resulta ng mitosis, ang isang cell ay nagiging dalawa, ang bawat isa ay may bilang at hugis ng mga chromosome na katangian ng isang naibigay na uri ng organismo, at, dahil dito, isang pare-pareho ang dami ng DNA.
Ang biyolohikal na kahalagahan ng mitosis ay tinitiyak nito ang patuloy na bilang ng mga kromosom sa lahat ng mga selula ng katawan. Sa panahon ng proseso ng mitosis, ang DNA ng mga chromosome ng mother cell ay mahigpit na ipinamamahagi sa pagitan ng dalawang anak na cell na nagmula dito. Bilang resulta ng mitosis, ang lahat ng mga cell ng katawan, maliban sa mga sex cell, ay tumatanggap ng parehong genetic na impormasyon. Ang ganitong mga cell ay tinatawag na somatic (mula sa Griyego na "soma" - katawan). ikot). Cellular ikot- ito ang panahon... Mitotic ikot kabilang ang mitosis, pati na rin ang isang panahon ng pahinga (G0), postmitotic ( G1), synthetic (S) at premitotic( G2... . postmitotic period ( G1). Phase G1- Ito ang pangunahing bagay ...

Ang pagiging nasa mataas na konsentrasyon, pinipigilan nito ang pag-activate ng mga protina kinases CDK4 o CDK6 ng mga cyclin D1, o. Sa ilalim ng mga kundisyong ito, ang cell ay nananatili sa G0 phase o maagang G1 phase hanggang sa makatanggap ito ng mitogenic stimulus. Pagkatapos ng sapat na pagpapasigla, ang konsentrasyon ng p27 inhibitor ay bumababa laban sa background ng isang pagtaas sa intracellular na nilalaman ng cyclins D. Ito ay sinamahan ng pag-activate ng CDK at, sa huli, phosphorylation ng pRb protein, paglabas ng nauugnay na transcription factor na E2F at pag-activate ng transkripsyon ng kaukulang mga gene.

Sa mga unang yugto na ito ng yugto ng G1 ng cell cycle, ang konsentrasyon ng p27 na protina ay medyo mataas pa rin. Samakatuwid, pagkatapos ng pagtigil ng mitogenic stimulation ng mga cell, ang nilalaman ng protina na ito ay mabilis na naibalik sa isang kritikal na antas at ang karagdagang pagpasa ng mga cell sa pamamagitan ng cell cycle ay naharang sa kaukulang yugto ng G1. Ang pagbabalik-tanaw na ito ay posible hanggang sa ang yugto ng G1 sa pag-unlad nito ay umabot sa isang tiyak na yugto, na tinatawag na punto ng paglipat, kung saan ang cell ay nagiging nakatuon sa paghahati, at ang pag-alis ng mga salik ng paglago mula sa kapaligiran ay hindi sinamahan ng pagsugpo sa siklo ng cell. Bagaman mula sa puntong ito ang mga selula ay nagiging independiyente sa mga panlabas na senyales upang hatiin, napapanatili nila ang kakayahang kontrolin ang sarili sa siklo ng cell.

Sa simula ng cell cycle, ang mga malulusog na cell ay maaaring makilala at tumugon sa pinsala sa DNA sa pamamagitan ng pag-aresto sa pag-unlad ng cell cycle sa yugto ng G1 hanggang sa maayos ang pinsala. Halimbawa, bilang tugon sa pinsala sa DNA na dulot ng ultraviolet light o ionizing radiation, ang p53 na protina ay nag-uudyok ng transkripsyon ng p21 protein gene. Ang pagtaas ng intracellular na konsentrasyon nito ay humaharang sa pag-activate ng CDK2 ng mga cyclin E o . Inaaresto nito ang mga cell sa huling bahagi ng G1 o maagang bahagi ng S ng cell cycle. Sa oras na ito, ang cell mismo ang tumutukoy sa hinaharap na kapalaran nito - kung ang pinsala ay hindi maalis, ito ay pumapasok