Πώς ελέγχεται ο κυτταρικός κύκλος στα φυσιολογικά κύτταρα

Στα κανονικά κύτταρα, ο έλεγχος των γεγονότων του κυτταρικού κύκλου γίνεται κυρίως με δύο τρόπους:τα σημεία ελέγχου του κυτταρικού κύκλου και τους ρυθμιστές του κυτταρικού κύκλου. Σημεία ελέγχου κυτταρικού κύκλου είναι τα στάδια του ευκαρυωτικού κυτταρικού κύκλου που εξετάζουν τόσο τα εσωτερικά όσο και τα εξωτερικά στοιχεία για να καθορίσουν την εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου στο επόμενο στάδιο. Ρυθμιστές κυτταρικού κύκλου επιτρέπουν την εμφάνιση του κυτταρικού κύκλου με διαδοχικό τρόπο.

Ο κυτταρικός κύκλος είναι η σειρά γεγονότων που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής ενός κυττάρου. Τα τρία διαδοχικά γεγονότα του κυτταρικού κύκλου είναι η μεσόφαση, η μιτωτική φάση και η κυτταροκίνηση. Κατά τη διάρκεια της ενδιάμεσης φάσης, τα οργανίδια, οι πρωτεΐνες και άλλα μόρια που απαιτούνται για την αντιγραφή του DNA διπλασιάζονται στις ποσότητες τους. Κατά τη μιτωτική φάση, λαμβάνει χώρα η διαίρεση του πυρήνα. Κατά τη διάρκεια της κυτταροκίνησης, η διαίρεση του κυτταροπλάσματος που περιβάλλει τους δύο θυγατρικούς πυρήνες προκαλεί το σχηματισμό δύο θυγατρικών κυττάρων. Όλα τα γεγονότα του κυτταρικού κύκλου πρέπει να ελέγχονται αυστηρά για να διασφαλιστεί η σωστή κυτταρική διαίρεση. Επομένως, ένα κελί πρέπει να περάσει από πολλά σημεία ελέγχου για να περάσει στο επόμενο στάδιο. Αυτά τα σημεία ελέγχου περιγράφονται σε αυτό το άρθρο.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι ο Κυτταρικός Κύκλος
     – Ορισμός, Στάδια, Συνάρτηση
2. Πώς ελέγχεται ο κυτταρικός κύκλος στα φυσιολογικά κύτταρα
    – Έλεγχος Κύκλου Κυττάρου μέσω Σημείων Ελέγχου

Βασικοί όροι:Κυτταρικός κύκλος, Σημεία ελέγχου, Κυκλίνες, Κυτοκίνηση, Μεσοφάση, Μιτωτική φάση

Τι είναι ο κυτταρικός κύκλος

Ο κυτταρικός κύκλος είναι η σειρά γεγονότων που λαμβάνουν χώρα εντός του κυττάρου, οδηγώντας στη διαίρεση του κυττάρου σε δύο πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα. Τα τρία στάδια του κυτταρικού κύκλου είναι η μεσοφάση, η μιτωτική φάση και η κυτταροκίνηση. Γενικά, η μίτωση είναι ο τύπος κυτταρικής διαίρεσης που συμβαίνει κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου. Η μίτωση έχει ως αποτέλεσμα δύο θυγατρικά κύτταρα που είναι πανομοιότυπα με το γονικό κύτταρο. Τα θυγατρικά κύτταρα αποτελούνται από την ίδια ποσότητα γενετικού υλικού, οργανιδίων και άλλων μορίων με εκείνη του γονικού κυττάρου. Τα στάδια του κυτταρικού κύκλου φαίνονται στην εικόνα 1 .

Εικόνα 1:Κυτταρικός κύκλος

Interphase

Η πρώτη φάση του κυτταρικού κύκλου είναι η ενδιάμεση φάση. Το κύτταρο προετοιμάζεται για την επερχόμενη πυρηνική διαίρεση κατά τη διάρκεια της ενδιάμεσης φάσης. Οι τρεις φάσεις της ενδιάμεσης φάσης είναι G₁ φάση, φάση S και G₂ φάση. G₀ φάση είναι η φάση ηρεμίας του κυττάρου, που υπάρχει πριν από την είσοδο στον κυτταρικό κύκλο. Ένα κελί στο G₀ η φάση εισέρχεται στο G₁ φάση.

1. G₁ φάση – Κατά τη διάρκεια του G₁ φάση, η πρωτεϊνική σύνθεση λαμβάνει χώρα στο κύτταρο.
2. Φάση S – Κατά τη φάση S, συμβαίνει αντιγραφή DNA και σύνθεση πρωτεϊνών ιστόνης.
3. G₂ φάση – Κατά τη διάρκεια του G₂ φάση, τα οργανίδια διαιρούνται.

Μιτωτική (Μ) Φάση

Η δεύτερη φάση του κυτταρικού κύκλου είναι η μιτωτική φάση στην οποία λαμβάνει χώρα η διαίρεση του πυρήνα. Οι τέσσερις φάσεις της μιτωτικής φάσης είναι η πρόφαση, η μετάφαση, η ανάφαση και η τελόφαση.

1. Πρόφαση – Κατά τη διάρκεια της προφάσης, οι χρωματίδες συμπυκνώνονται σε χρωμοσώματα και ευθυγραμμίζονται στην ισημερινή πλάκα. Ο σχηματισμός της συσκευής της ατράκτου ξεκινά από την πρόφαση και οι μικροσωληνίσκοι συνδέονται με το κεντρομερίδιο.
2. Μεταφάση – Οι μικροσωληνίσκοι που συνδέονται με το κεντρομερίδιο συστέλλονται για να ευθυγραμμίσουν τα ομόλογα χρωμοσώματα στον ισημερινό των κυττάρων.
3. Ανάφαση – Η περαιτέρω συστολή των μικροσωληνίσκων οδηγεί στον διαχωρισμό των ομόλογων χρωμοσωμάτων μεταξύ τους.
4. Τελόφαση – Κατά τη διάρκεια της τελόφασης, τα μεμονωμένα χρωμοσώματα μετακινούνται στους αντίθετους πόλους του κυττάρου. Σχηματίζονται νέες πυρηνικές μεμβράνες που περιβάλλουν τους δύο θυγατρικούς πυρήνες.

Κυτταροκίνηση

Το τρίτο ή το τελευταίο στάδιο του κυτταρικού κύκλου είναι η κυτταροκίνηση. Κατά τη διάρκεια της κυτταροκίνησης, το κυτταρόπλασμα μαζί με τα οργανίδια χωρίζεται στα δύο με περίπου ίσο τρόπο.

Πώς ελέγχεται ο κυτταρικός κύκλος στα φυσιολογικά κύτταρα

Τα συμβάντα του κυτταρικού κύκλου πρέπει να ελέγχονται προκειμένου να διασφαλιστεί η σωστή διαίρεση του γονικού κυττάρου, παράγοντας δύο πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα. Ο έλεγχος των συμβάντων του κυτταρικού κύκλου γίνεται κυρίως με δύο τρόπους:σημεία ελέγχου κυτταρικού κύκλου και ρυθμιστές κυτταρικού κύκλου.

Σημεία ελέγχου κυτταρικού κύκλου

Τα σημεία ελέγχου του κυτταρικού κύκλου είναι τα στάδια του ευκαρυωτικού κυτταρικού κύκλου που εξετάζουν τόσο τα εσωτερικά όσο και τα εξωτερικά στοιχεία για να καθορίσουν την εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου στο επόμενο στάδιο. Οι εσωτερικές ενδείξεις μπορεί να είναι μόρια σήματος και οι εξωτερικές ενδείξεις μπορεί να είναι σήματα βλάβης του DNA. G₁ σημείο ελέγχου, το G₂ Το σημείο ελέγχου και το σημείο ελέγχου συναρμολόγησης άξονα είναι τα τρία πιο σημαντικά σημεία ελέγχου του κυτταρικού κύκλου.

1. G₁ σημείο ελέγχου – G₁ Το σημείο ελέγχου εμφανίζεται στη μετάβαση του G₁ /ΜΙΚΡΟ. Η παρουσία επαρκών πρώτων υλών για την αντιγραφή του DNA ελέγχεται στο G₁ Είναι το βήμα περιορισμού του ρυθμού του κυτταρικού κύκλου που είναι γνωστό ως σημείο περιορισμού. Επομένως, το G₁ Το σημείο ελέγχου χρησιμεύει ως το κύριο σημείο απόφασης για την εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου.
2. G₂ σημείο ελέγχου – G₂ Το σημείο ελέγχου εμφανίζεται στη μετάβαση του G₂ /Μ. Στο G₂ σημείο ελέγχου, ελέγχεται η ακεραιότητα του DNA και η αντιγραφή του DNA.
3. Σημείο ελέγχου συναρμολόγησης ατράκτου – Το σημείο ελέγχου συναρμολόγησης άξονα είναι επίσης γνωστό ως μιτωτικό σημείο ελέγχου. Εδώ, ελέγχεται η σωστή προσάρτηση των μικροσωληνίσκων της ατράκτου στα χρωμοσώματα. Το σημείο ελέγχου συναρμολόγησης ατράκτου εμφανίζεται στη μιτωτική φάση.

Η ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου κατά με σημεία ελέγχου και κυκλίνες φαίνεται στην εικόνα 2 .

Εικόνα 2:Σημεία ελέγχου και κυκλώνες

Ρυθμιστές Κυττάρου Κύκλου

Οι κυκλίνες και οι εξαρτώμενες από κυκλίνη κινάσες (CDK) είναι οι δύο τύποι ρυθμιστικών μορίων που επιτρέπουν την εμφάνιση του κυτταρικού κύκλου με διαδοχικό τρόπο. Τόσο οι κυκλίνες όσο και οι CDK λειτουργούν με διαδραστικό τρόπο. Οι κυκλίνες είναι πρωτεΐνες που παράγουν ρυθμιστικές υπομονάδες ενώ τα CDK είναι τα ένζυμα που παράγουν καταλυτικές υπομονάδες. Το G₁ Το σύμπλεγμα κυκλίνης-CDK παρασκευάζει το G₁ κύτταρο φάσης για S φάση προάγοντας την έκφραση μεταγραφικών παραγόντων που προάγουν τις S κυκλίνες. G₁ Το σύμπλοκο κυκλίνης-CDK αποικοδομεί επίσης τους αναστολείς φάσης S. Οι κυκλίνες που εκφράζονται κατά τη διάρκεια κάθε σταδίου του κυτταρικού κύκλου φαίνονται στο σχήμα 3 .

Εικόνα 3:Κύκλος έκφρασης κυκλινών

Η κυκλίνη D-CDK4/6 ρυθμίζει το χρονισμό του G₁ φάση. Ενεργοποιείται από το G₁ σύμπλοκο κυκλίνης-CDK. Το σύμπλεγμα κυκλίνης E-CDK2 ωθεί το κύτταρο από το G₁ στη φάση S (G₁ /S μετάβαση). Η κυκλίνη A-CDK2 αναστέλλει την αντιγραφή του DNA της φάσης S αποσυναρμολογώντας το σύμπλεγμα αντιγραφής. Μια μεγάλη δεξαμενή κυκλίνης A-CDK2 ενεργοποιεί το G₂ φάση. Το Cyclin B-CDK2 ωθεί το G₂ φάση στη φάση Μ (G₂ /Μ μετάβαση).

Συμπέρασμα

Ο κυτταρικός κύκλος είναι μια σειρά γεγονότων που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής ενός κυττάρου. Τα τρία στάδια του κυτταρικού κύκλου είναι η μεσοφάση, η μιτωτική φάση και η κυτταροκίνηση. Κάθε στάδιο του κυτταρικού κύκλου πρέπει να ελέγχεται για να διασφαλιστεί η σωστή διαίρεση του κυττάρου. Επομένως, κάθε στάδιο ελέγχεται μέσω τριών σημείων ελέγχου και διαφόρων συμπλεγμάτων κυκλίνης-CDK.

Αναφορά:

1. "Σημεία ελέγχου κυτταρικού κύκλου". Khan Academy, Διαθέσιμο εδώ.
2. "Ρυθμιστές Κυττάρου Κύκλου". Khan Academy, Διαθέσιμο εδώ.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. "Animal cell cycle-en" By Kelvinsong – Own work (CC0) via Commons Wikimedia
2. “0332 Cell Cycle With Cyclins and Checkpoints” By OpenStax –  (CC BY 4.0) μέσω Commons Wikimedia
3. "Εικόνα 10 03 02" Από CNX OpenStax – (CC BY 4.0) μέσω Commons Wikimedia