Клітинний цикл

Відео: Життєвий цикл клітини. Рішення генетичних задач-4

style = "float: left;" Схематичне зображення клітинного циклу. G1, G0, S, G2 - фази, I - интерфаза, M - мітозу або мейозу Фази мітозу: профази, Прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза. Завершується процес цитокинез - розподілом цитоплазми. Интерфаза значно довше мітоз. Клітинний цикл, або цикл клітинного ділення - це серія подій в еукаріотичної клітці між одним поділом клітини і наступним. Таким чином, це процес, завдяки якому одна клітина (таке як запліднена яйцеклітина) розвивається в сформований організм, і процес, завдяки якому відновлюються волосся, шкіра, клітини крові, а також деякі внутрішні органи. Спеціалізовані форми клітинного ділення відповідні по клітинну диференціація протягом ембріогенезу і морфогенезу, а також за підтримку стовбурових клітин протягом життя дорослого організму.
Клітинний цикл складається з чотирьох фаз: фази G 1, S-фази, G 2-фази (ці три фази також відомі під назвою интерфаза) і М-фази. М-фаза сама по собі складається з двох тісно пов`язаних процесів: мітозу, коли хромосоми клітини розподіляються між двома дочірніми клітинами, і цитокинез, коли цитоплазма клітини фізично розділяється. Клітини, тимчасово припинили ділитися, входять в фазу спокою, так звану G 0 фазу. У той же час клітини, назавжди припинили поділ за віку або через накопичення пошкоджень в ДНК називаються старими. Деякі клітини у дорослому організмі, такі як зміни паренхіми клітини печінки або нирок, що входять в G 0-фазу майже назавжди. Вони можуть почати поділ знову тільки по дуже специфічних обставин, інші типи клітин, такі як клітини епітелію, продовжують ділитися протягом усього життя організму.
Молекулярні процеси, що відбуваються протягом клітинного циклу, послідовні. Неможливо «повернення» клітинного циклу в протилежну сторону. Існує два ключових класи регуляторних молекул, які направляють клітинний цикл: це цикліни і циклін-залежні кінази. Л. Хартуелл (Leland H. Hartwell), Р. Хунт (R. Timothy Hunt) і П. Нерз (Paul M. Nurse) отримали Нобелівську Премію в галузі медицини і фізіології 2001 роки за відкриття цих центральних молекул в регуляції клітинного циклу.
Хоча різні стадії інтерфази не завжди можна розрізнити по морфології клітини, кожна фаза відрізняється від інших набором біохімічних реакцій, які готують клітину до поділу. Термін «пост-мітотичний» часом вживають як для клітин в стадії спокою, так і для старих клітин. Клітини багатоклітинних еукаріот, коли не діляться, зазвичай знаходяться в спокої, в фазі G 0, в яку потрапили з фази G 1, і можуть залишатися в спокої досить довгий час, навіть невизначено довгий (як в основному це відбувається з нейронами). Це досить звичайна картина для клітин, остаточно діфференційовані. Клітинне ж старіння - це відповідь на пошкодження ДНК або деградацію, що робить нащадків клітини нежиттєздатними. Це просто біохімічна альтернатива саморуйнування пошкодженої клітини - апоптозу.
Цикліни і циклін-залежні кінази, Cyclins and cyclin-dependent kinases (CDKs), це два класи молекул, необхідних для регуляції клітинного циклу. Цикліни формують регуляторну субчастіну, а кінази - каталітичну субчастіну активованого гетеродімери. Цикліни не мають ферментативної активності самі по собі, тоді як циклін-залежні кінази не можуть бути активними без взаємодії з цикліни. У стані гетеродімери з цикліни циклин-залежні кінази каталізують звичайну біохімічну реакцію - фосфорилювання. Зазвичай залишок фосфорної кислоти відщеплюється від молекули АТФ (гамма-фосфат в даному випадку) і переноситься на білок-мішень, що призводить до активації або дезактивації цієї мішені. Завдяки цьому направляється прехід клітини до наступної фази клітинного циклу.
Більшість з тих генів, що кодують цикліни і циклін-залежні кінази, є консервативними у всіх еукаріот. Однак, як правило, в більш складного організму і система регуляції клітинного циклу є складною. Більшість генів, пов`язаних з клітинним циклом, була вивчена на дріжджах, особливо на Saccharomyces cerevisiae. Номенклатура генів в цих організмів складалася таким чином: до cdc (тобто цикл клітинного ділення, «cell division cycle"), додавали деякий ідентифікаційний номер. Наприклад, cdc25. Таким чином, одна і та ж молекула може бути представлена у вигляді гомологів в досить різних організмах. При цьому, деякі організми можуть вживати одну і ту ж молекулу для різних цілей, можуть комбінувати різні функції в одній молекулі.
Після отримання про-митотического сигналу ззовні (екстраклітінній сигнал) G 1 комплекс циклін - циклін-залежна кіназа активується і готує клітку до S-фази, забезпечуючи експресію транскрипційних факторів, які, в свою чергу, забезпечують експресію циклінів S-фази і білків, необхідних для реплікації ДНК. G 1 комплекс циклін - циклін-залежна кіназа також забезпечує деградацію білків - інгібіторів переходу до S-фази шляхом убіквітінізаціі. Білки, після приєднання до них молекул убіквітину, стають мішенню для протеасома - комплексу білків, що забезпечує протеолітичну деградацію, або протеоліз. Активоване комплекс циклін - циклін-залежна кіназа також нефосфорілірующіе білки, з яких складається пре-реплікаційний комплекс G 1-фази на Оріджін реплікації ДНК, тобто на тих місцях ДНК, з яких, власне, і починається процес реплікації. Фосфорилювання тут має дві мети: перше - це перетворити неактивний пре-реплікаційний комплекс на активний, і друге - це запобігти формуванню нових пре-реплікаційний комплексів. Завдяки цьому кожна частина генома клітини буде реплицировать (дублікована тим більшу) один і тільки один раз. Останнє дуже важливо для майбутніх поколінь клітин. Звичайно, дочірні клітини, в яких не буде частини геному, швидше за все, помруть. Але і мутації, викликані більш ніж одним поділом якій частині генома, скоріше, будуть шкідливими.
Митотическую комплекси циклин - циклін-залежна кіназа, які були синтезовані протягом S-фази і G 2-фази, але перебували в неактивованої стані до власне стадії мітозу, забезпечують ініціацію мітозу, стимулюючи білки, що відповідають за конденсації хромосом і формування мітотичного веретена. Важливим білковим комплексом, який активується в даний час, є убіквітин-лігаза, відома як комплекс, що забезпечує анафазу (анафаза - одна зі стадій мітозу). Ця убіквітин-лігаза забезпечує, в свою чергу, деградацію структурних білків, пов`язаних з хромосомним кінетохор. Цей убіквітин-лігазну комплекс також забезпечує деградацію мітотичних циклінів, і, таким чином, перехід до телофази мітозу і цитокинез.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!