Celle Cycle: Perioder og kontroll av cellelivssyklus
Les denne artikkelen for å lære om perioder og kontroll av livscyklus for cellene!
Cellsyklusen (Howard og Pelc, 1953) er en serie forandringer som forekommer i en nylig dannet celle som involverer vekst og deling for å danne to datterceller.
Den består av to stater, en lang ikke-delende voksende I-fase eller interfase og en kort deling av M-fase eller mitotisk fase. Interphase er en serie forandringer som finner sted i en nylig dannet celle og dens kjernen før den blir i stand til å dele seg igjen. Derfor kalles det også intermittose. Interfase kan ikke oppføres som et stadium av mitose.
Det er en kritisk tid når det gjelder forberedelse av celledeling, ved at i løpet av denne fasen oppstår duplisering av kromosomer i mitotiske celler og dobling av cellestørrelse. Interphase okkuperer tiden mellom slutten av telofase og begynnelsen av neste profase. Varighet av interfase varierer fra organisme til organisme, og den opptar 75-90% av den totale generasjonstiden.
Perioder med cellesyklus:
Celle syklusen er delt inn i fire perioder: G 1, S, G 2 og mitose. På grunnlag av de syntetiske aktivitetene er interfasen delt inn i tre delstrinn; Gj, S og G 2 (G står for vekst og S for syntese).
1. G 1 fase:
G av interfase varierer i lengden av tiden som opptar 25 til 50% interfasetid. G 1 er tiden "gap" mellom slutten av mitose og starten av DNA-syntese (S-fase). Det er den mest variable perioden; Avhengig av de fysiologiske forholdene til cellene, kan det vare dager, måneder eller år. Celler som slutter å proliferere blir arrestert ved et spesifikt punkt av G 1 og forblir trukket fra cellesyklusen i G 1- tilstanden.
Det viktigste punktet i reguleringen av celleproliferasjon skjer under G,, når den avgjørende avgjørelsen om cellen gjennomgår en ny divisjonssyklus eller går inn i G 0- tilstanden er tatt, men hvordan dette oppnås er ikke kjent. G : delstadiet er preget av en rekke aktiviteter som forberedelse til S-fasen, og inkluderer syntese og organisering av substrater og enzymer som er nødvendige for DNA-syntese. Derfor er G, preget av syntesen av RNA og protein.
2. S-fase:
Det er perioden med DNA-syntese. Kromosomene replikerer funnet for dette (arving-DNA-molekyler fungerer som mal og danner karbonkopier. DNA-innholdet dobler og duplikat sett av gener dannes. Samtidig replikering av DNAer dannes nye kromatinfibre som imidlertid forblir festet i par.
Som kromatinfibre er langstrakte kromosomer, kommer hvert kromosom til å ha to søsterkromatider som forblir festet ved sentromere. S-fasene inneholder faktorer som induserer DNA-syntese. Histoner syntetiseres i løpet av S-fasen, perioden hvor de blir assosiert med det nylig repliserte DNA.
Under-scenen har en relativt konstant varighet blant lignende celler av en art, som opptar 35 til 40% av interfasetiden.
3. G 2- fase:
Denne fasen følger DNA-syntese og går foran mitose (M). Det preges ofte av økt atomvolum og i gjennomsnitt; varigheten av G2 er lik den for mitose, 1-4 timer. Mer signifikant er G 2 tiden der visse metabolske og organisatoriske hendelser som er forutsetninger for mitose, forekommer.
Under denne fasen syntetiseres proteiner som kreves for dannelsen av spindelfibre. I tidlig G 2 syntetiseres ribosomer og disse er reservert for den etterfølgende cellecyklusen. Messenger RNA (mRNA) er også laget i G 2 .
Før DNA-syntese (i G) viser hvert kromosom vanligvis som en enkelt streng, og derfor er DNA-verdien 2C, men etter S, i G2, opptrer kromosomet som tostrengede kromatider, og DNA-innholdet har en 4C-verdi.
Under S-stadiet har DNA-innholdet en 4C-verdi. Når mitose oppstår, blir DNA-verdien gjenopprettet til 2C-verdi, eller hvis meiosis oppstår, vil hvert produkt ha DNA-konstant med 1C-verdi. Syntesen av RNA forekommer gjennom interfase, i motsetning til DNA-syntese, som kun skjer i løpet av S-fasen. Syntesen av RNA er deprimert ved to periode, under S-fase og M-fase.
Kontroll av cellesyklus:
1. Kontrollpunkter og deres regulering:
Initieringen av en celle divisjon syklus krever tilstedeværelse av ekstracellulære vekstfaktorer, eller mitogener i fravær av hvilke cellene trekker seg ut fra celle syklusen i G 1 og går inn i G 0 hvilefasen. Poenget i G 1 ved hvilken informasjon om cellens miljø vurderes, og cellen bestemmer om å gå inn i en annen divisjonssyklus kalles restriksjonspunktet (eller R-punktet). Celler sultet av mitogener før de når R-punktet, skriv inn G 0 og mislykkes 10 gjennomgår celledeling.
Celler som er sultet av mitogener etter at de har passert R-punktet, fortsetter gjennom cellecyklusen for å fullføre celledeling før de går inn i G 0 . I de fleste celletyper forekommer R-punktet noen timer etter mitose. R-punktet er av avgjørende betydning når det gjelder forståelse av cellers engasjement for å gjennomgå en celle divisjon syklus. Intervallet i G, mellom mitose og R-punktet er perioden hvor flere signaler sammenfaller og samhandler for å bestemme skjebnen til cellen.
De delene av cellesyklusen, som for eksempel R-punktet, hvor prosessen kan stoppes, er kjent som kontrollpunkt. Kontrollpunkter opererer i mellomfasene. Disse sikrer at cellen er kompetent til å gjennomgå en annen DNA-replikasjonsrunde (ved R-punktet i G, fase), og at replikasjon av DNAet har blitt fullført før celledeling (G 2- fase-kontrollpunkt).
2. Sykliner og cyklin-avhengige kinaser:
En viktig mekanisme for kontroll av cellecyklusprogresjon er ved regulering av proteinfosforylering. Dette styres av spesifikke proteinkinaser som består av en regulatorisk underenhet og en katalytisk underenhet. De regulatoriske underenhetene kalles sykliner, og de katalytiske underenheter kalles cyklin-avhengige kinaser (CDKs).
CDKene har ingen katalytisk aktivitet med mindre de er assosiert med en cyklin og hver kan forene seg med mer enn en type syklin. CDK og cyklin-tilstedeværelsen i et spesifikt CDK-cyklin-kompleks bestemmer i fellesskap hvilke målproteiner som fosforyleres av proteinkinasen.
Det er tre forskjellige klasser av cyklin-CDK-komplekser, som er forbundet med enten G 1, S eller M-faser av cellecyklusen.
(i) G 1 CDK-kompleksene forbereder cellen for S-fasen ved å aktivere transkripsjonsfaktorer som forårsaker ekspresjon av enzymer som kreves for DNA-syntese og gener som koder for S-fase-CDK-komplekser.
(ii) S-fase CDK-kompleksene stimulerer starten av organisert DNA-syntese. Maskinen sikrer at hvert kromosom bare kopieres en gang.
(iii) De mitotiske CDK-kompleksene induserer kromosomkondensasjon og bestilte kromosomseparasjon i de to dattercellene.
Aktiviteten til CDK-kompleksene er regulert på tre måter:
(i) Ved kontroll av transkripsjonen av CDK-komplekse underenheter.
(ii) Ved inhibitorer som reduserer aktiviteten til CDK-kompleksene. For eksempel syntetiseres de mitotiske COK-kompleksene i S- og G-fase, men deres aktivitet blir undertrykt til DNA-syntese er fullført.
(iii) Ved organisert proteolyse av CDK-kompleksene i et definert stadium i cellecyklusen der de ikke lenger er påkrevd.
3. Regulering av E2F og Rb:
Cellecyklusprogresjonen gjennom G. og i S-fasen reguleres delvis av aktivering (og i noen tilfeller hemming) av gentranskripsjon, mens progresjon gjennom de senere cellesyklusfasene ser ut til å reguleres primært ved posttranskripsjonelle mekanismer. Passasje gjennom nøkkelen G 1 R punkt kritiserer avhengig av aktiveringen av en transkripsjonsfaktor, E2F.
E2F stimulerer transkripsjonen og ekspresjonen av gener som koder for proteiner som kreves for DNA-replikasjon og deoksyribo-nukleotidsyntese, så vel som for sykliner og CDKer som kreves i senere cellesyklusfaser. Aktiviteten til E2F hemmes ved binding av proteinet Rb (retinoblastom tumor suppressor protein og beslektede proteiner).
Når Rb er hypofosforylert (underfosforylert), hemmer E2F-aktivitet. Fosforyleringen av Rb ved syklin-CDK-komplekser i mellom og sen G 1- fase frigjør E2F slik at den kan aktivere transkripsjon.
4. Celle syklus aktivering og inhibering:
Små inhibitorproteiner kan forsinke cellesyklusprogresjonen ved undertrykkelse av aktiviteten av cyklin-CDK-komplekser. Det er to klasser av disse inhibitorer, CIP proteiner og INK4 proteiner.
