Cykelcykel: Perioder och kontroll av celllivscykel
Läs den här artikeln för att lära dig om perioderna och kontrollen av celllivscykeln!
Cellcykel (Howard och Pelc, 1953) är en serie förändringar som uppträder i en nybildad cell som involverar tillväxt och uppdelning för att bilda två dotterceller.
Den består av två tillstånd, en lång icke-delande växande I-fas eller interfas och en kort delande M-fas eller mitotisk fas. Interphase är en serie förändringar som sker i en nybildad cell och dess kärna innan den blir kapabel att dela igen. Därför kallas det också för intermittos. Interfasen kan inte listas som ett stadium av mitos.
Det är en kritisk tid när det gäller att förbereda celldelningen genom att duplicering av kromosomer i mitotiska celler och fördubbling av cellstorlek sker under denna fas. Interfasen upptar tiden mellan slutet av telofas och början av nästa profas. Varaktigheten av interfasen varierar från organism till organism och upptar 75-90% av den totala generationstiden.
Perioder av cellcykel:
Cellcykeln är uppdelad i fyra perioder: G 1, S, G 2 och mitos. På grundval av de syntetiska aktiviteterna är interfasen uppdelad i tre delsteg; Gj, S och G 2 (G står för tillväxt och S för syntes).
1. G 1- fas:
G av interfas varierar med tiden som upptar 25 till 50% interfasstid. G 1 är tiden "gap" mellan slutet av mitos och början av DNA-syntesen (S-fas). Det är den mest variabla perioden; beroende på de fysiologiska förhållandena hos cellerna kan det vara dagar, månader eller år. Celler som slutar proliferera blir arresterade vid en specifik punkt av Gl och förblir återtagna från cellcykeln i Gl-tillståndet.
Den viktigaste punkten i regleringen av cellproliferation sker under G,, när det avgörande beslutet om huruvida cellen genomgår en ny delcykel eller går in i G 0- tillståndet tas, men hur detta uppnås är inte känt. G : delstadiet är markerat med ett antal aktiviteter som förberedelser för S-fasen och innefattar syntesen och organisationen av substraten och enzymerna som är nödvändiga för DNA-syntes. Därför markeras G, med syntesen av RNA och protein.
2. S-fas:
Det är perioden med DNA-syntes. Kromosomerna replikerar sig för detta (arv DNA-molekyler fungerar som mall och bildar kolkopior. DNA-innehållet dubblerar och dubbla uppsättningar gener bildas. Samtidigt replikering av DNA bildas nya kromatinfibrer, vilka emellertid förbli fästa i par.
Eftersom kromatinfibrer är långsträckta kromosomer, kommer varje kromosom att ha två systerskromatider som förblir fästa vid centromerer. S-fascellerna innehåller faktorer som inducerar DNA-syntes. Histoner syntetiseras under S-fasen, den period under vilken de blir associerade med det nyligen replikerade DNA.
Sub-scenen har en relativt konstant längd bland liknande celler av en art som upptar 35 till 40% av interfas-tiden.
3. G2-fas:
Denna fas följer DNA-syntes och föregår mitos (M). Det kännetecknas ofta av ökad kärnvolym och i medeltal; Varaktigheten av G2 liknar den hos mitos, 1-4 timmar. Mer signifikant är G 2 den tid då vissa metaboliska och organisatoriska händelser som är förutsättningar för mitos uppträder.
Under denna fas syntetiseras proteiner som krävs för bildandet av spindelfibrer. I tidigt G2 syntetiseras ribosomer och dessa är reserverade för den efterföljande cellcykeln. Messenger RNA (mRNA) görs också i G 2 .
Före DNA-syntesen (i G) framträder varje kromosom vanligen som en enkelsträng och därför är DNA-värdet 2C, men efter S, i G2 framträder kromosomen som tvåsträngade kromatider och DNA-halten har ett 4C-värde.
Under S-scenen har DNA-innehållet ett 4C-värde. När mitos uppstår, återställs DNA-värdet till 2C-värde eller om meiosa uppstår, kommer varje produkt att ha DNA-konstant med 1C-värde. Syntesen av RNA inträffar under interfasen, till skillnad från DNA-syntes, som endast uppträder under S-fasen. Syntesen av RNA är deprimerad vid två år, under S-fas och M-fas.
Kontroll av cellcykel:
1. Kontrollpunkter och deras reglering:
Initieringen av en cellfördelningscykel kräver förekomst av extracellulära tillväxtfaktorer eller mitogener i frånvaro av vilka cellerna drar sig ur cellcykeln i Gl och går in i G0-viloperioden. Poängen i G 1 vid vilken information om cellens miljö bedöms, och cellen bestämmer huruvida man ska ange en annan divisionscykel kallas restriktionspunkten (eller R-punkten). Celler som sväljs av mitogener innan de når R-punkten återinför G 0 och misslyckas 10 genomgår celldelning.
Celler som svälter av mitogener efter att ha passerat R-punkten fortsätter genom cellcykeln för att slutföra celldelning innan de går in i G 0 . I de flesta celltyper förekommer R-punkten några timmar efter mitos. R-punkten är av avgörande betydelse för att förstå cellernas engagemang för att genomgå en celldelningscykel. Intervallet i G, mellan mitos och R-punkten är den period i vilken multipelsignalen sammanfaller och interagerar för att bestämma cellens öde.
De delar av cellcykeln, såsom R-punkten, där processen kan stoppas, är kända som kontrollpunkter. Kontrollpunkterna fungerar under gapfaserna. Dessa säkerställer att cellen är kompetent att genomgå en annan omgång DNA-replikation (vid R-punkten i G, fas) och att replikation av DNA-systemet har genomförts framgångsrikt före celldelning (G 2- faskontrollpunkt).
2. Cykliner och cyklinberoende kinaser:
En viktig mekanism för kontroll av cellcykelprogression är genom reglering av proteinfosforylering. Detta styrs av specifika proteinkinaser som består av en regulatorisk subenhet och en katalytisk underenhet. De regulatoriska subenheterna kallas cykliner och de katalytiska subenheterna kallas cyklinberoende kinaser (CDKs).
CDK: erna har ingen katalytisk aktivitet om de inte är associerade med en cyklin och var och en kan associera sig med mer än en typ av cyklin. CDK och cyklin närvarande i ett specifikt CDK-cyklinkomplex bestämmer gemensamt vilka målproteiner fosforyleras av proteinkinaset.
Det finns tre olika klasser av cyklin-CDK-komplex, vilka är associerade med antingen G1-, S- eller M-faserna i cellcykeln.
(i) G1 CDK-komplexen förbereder cellen för S-fasen genom aktivering av transkriptionsfaktorer som orsakar uttryck av enzymer som erfordras för DNA-syntes och generna som kodar för S-fas-CDK-komplex.
(ii) S-fas-CDK-komplexen stimulerar starten av organiserad DNA-syntes. Maskinen säkerställer att varje kromosom endast replikeras en gång.
(iii) De mitotiska CDK-komplexen inducerar kromosomkondensation och beordrade kromosomseparation i de två dottercellerna.
Aktiviteten hos CDK-komplexen regleras på tre sätt:
(i) Genom kontroll av transkriptionen av CDK-komplexa underenheter.
(ii) Genom hämmare som reducerar aktiviteten hos CDK-komplexen. De mitotiska COK-komplexen syntetiseras till exempel i S- och G.-fasen, men deras aktivitet är undertryckta tills DNA-syntesen är fullständig.
(iii) Genom organiserad proteolys av CDK-komplexen i ett definierat stadium i cellcykeln där de inte längre är nödvändiga.
3. Reglering av E2F och Rb:
Cykelprogression genom G. och in i S-fasen regleras delvis genom aktivering (och i vissa fall inhibering) av gentranskription, medan progression genom de senare cellcykelfaserna förefaller reglera huvudsakligen genom posttranskriptionsmekanismer. Passage genom nyckel G 1 R punkt kritiskt beror på aktiveringen av en transkriptionsfaktor, E2F.
E2F stimulerar transkriptionen och uttrycket av gener som kodar för proteiner som krävs för DNA-replikation och deoxirib-nukleotidsyntes såväl som för cykliner och CDK som erfordras i senare cellcykelfaser. Aktiviteten av E2F hämmas genom bindningen av proteinet Rb (retinoblastom-tumör-suppressorproteinet och besläktade proteiner).
När Rb är hypofosforylerad (underfosforylerad) inhiberas E2F-aktivitet. Fosforyleringen av Rb genom cyklin-CDK-komplex under mitten och sen G 1- fas frigör E2F så att den kan aktivera transkription.
4. Cellcykelaktivering och inhibering:
Små inhibitorproteiner kan fördröja cellcykelprogression genom repression av aktiviteten av cyklin-CDK-komplex. Det finns två klasser av dessa inhibitorer, CIP-proteiner och INK4-proteiner.
