Клітинний цикл

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Кліт́инний цикл[ред.ред. код]

Схематичне зображення клітинного циклу. G1, G0, S, G2 — фази, I — інтерфаза, M — Мітоз чи Мейоз
Фази мітозу: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза. Завершується процес цитокінезом — поділом цитоплазми. Інтерфаза значно довша за мітоз.

Клітинний цикл, або Цикл клітинного поділу — це серія подій в еукаріотичній клітині між одним поділом клітини і наступним. Таким чином, це процес, завдяки якому одна клітина (така як запліднена яйцеклітина) розвивається у сформований організм, і процес, завдяки якому відновлюються волосся, шкіра, клітини крові, а також деякі внутрішні органи. Спеціалізовані форми клітинного поділу відповідні за клітинну дифференціацію протягом ембріогенезу і морфогенезу, а також за підтримку стовбурових клітин протягом життя дорослого організму.

Клітинний цикл складається з чотирьох фаз: фази G1, S-фази, G2-фази (ці три фази також відомі під назвою інтерфаза) і М-фази. М-фаза сама по собі складається з двох тісно пов'язанах процесів: мітозу, коли хромосоми клітини розподіляються між двома дочірніми клітинами, і цитокінезу, коли цитоплазма клітини фізично розділяється. Клітини, що тимчасово припинили ділитися, входять у фазу спокою, так звану G0 фазу. У той самий час клітини, що назавжди припинили поділ через вік або через накопичення пошкоджень у ДНК, називаються старими. Деякі клітини у дорослому організмі, такі як паренхімальні клітини печінки чи нирок, входять у G0-фазу майже назавжди. Вони можуть почати поділ знову тільки за дуже специфічних обставин; інші типи клітин, такі як клітини епітелію, продовжують ділитися протягом усього життя організму.

Молекулярні процеси, що відбуваються протягом клітинного циклу, є послідовними. Неможливе «повернення» клітинного циклу у протилежний бік. Існує два ключові класи регуляторних молекул, що спрямовують 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 року за відкриття цих центральних молекул у регуляції клітинного циклу.

Фази клітинного циклу[ред.ред. код]

Хоча різні стадії інтерфази не завжди можна розрізнити за морфологією клітини, кожна фаза відрізняється від інших набором біохімічних реакцій, які готують клітину до поділу. Термін «пост-мітотичний» часом уживають як для клітин у стадії спокою, так і для старих клітин. Клітини багатоклітинних еукаріот, коли не діляться, звичайно знаходяться у спокої, у фазі G0, у яку потрапили з фази G1, і можуть залишатися у спокої досить довгий час, навіть невизначено довгий (як здебільшого це відбувається з нейронами). Це досить звична картина для клітин, що остаточно дифференційовані. Клітинне ж старіння — це відповідь на пошкодження ДНК або деградацію, що робить нащадків клітини нежиттєздатними. Це просто біохімічна альтернатива саморуйнуванню пошкодженої клітини — апоптозу.

Цикліни і циклін-залежні кінази[ред.ред. код]

Цикліни і циклін-залежні кінази, Cyclins and cyclin-dependent kinases (CDKs), це два класи молекул, необхідних для регуляції клітинного циклу. Цикліни формують регуляторну субчастину, а кінази — каталітичну субчастину активованого гетеродимеру. Цикліни не мають ферментативної активності самі по собі, тоді як циклін-залежні кінази не можуть бути активними без взаємодії з циклінами. У стані гетеродимеру з циклінами циклін-залежні кінази каталізують звичайну біохімічну реакцію — фосфорилювання. Зазвичай, залишок фосфорної кислоти відщеплюється від молекули АТФ (гамма-фосфат у цьому випадку) і переноситься на білок-мішень, що призводить до активації чи дезактивації цієї мішені. Завдяки цьому направляється прехід клітини до наступної фази клітинного циклу.

Більшість із тих генів, що кодують цикліни і циклін-залежні кінази, є консервативними у всіх еукаріотів. Проте, як правило, у складнішого організму і система регуляції клітинного циклу є складнішою. Більшість генів, пов'язаних із клітинним циклом, була вивчена на дріжджах, особливо на Saccharomyces cerevisiae. Номенклатура генів у цих організмів складалася таким чином: до cdc (тобто цикл клітинного поділу, «cell division cycle»), додавали якийсь ідентифікаційний номер. Наприклад, cdc25. Таким чином, одна і та ж молекула може бути представлена у вигляді гомологів у досить різних організмах. При цьому, деякі організми можуть уживати одну й ту ж молекулу для різних цілей, можуть комбінувати різні функції у одній молекулі.

Після одержання про-мітотичного сигналу ззовні (екстраклітинний сигнал) G1 комплекс циклін — циклін-залежна кіназа активується і готує клітину до S-фази, забезпечуючи експресію транскрипційних факторів, які, у свою чергу, забезпечують експресію циклінів S-фази і білків, необхідних для реплікації ДНК. G1 комплекс циклін — циклін-залежна кіназа також забезпечує деградацію білків — інгібіторів переходу до S-фази шляхом убіквітинізації. Білки, після приєднання до них молекул убіквітину, стають мішенню для протеосоми — комплексу білків, що забезпечує протеолітичну деградацію, або протеоліз. Активований комплекс циклін — циклін-залежна кіназа також фосфорилює білки, з яких складається пре-реплікаційний комплекс G1-фази на оріджинах 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-реплікаційних комплексів. Завдяки цьому кожна частина геному клітини буде реплікована (дублікована, розмножена) один і тільки один раз. Останнє є дуже важливим для наступних поколінь клітин. Звичайно, дочірні клітини, у яких не буде частини геному, скоріше за все, помруть. Але й мутації, викликані більш ніж одним поділом якоїсь частини геному, скоріше, будуть шкідливими.

Мітотичні комплекси циклін — циклін-залежна кіназа, які були синтезовані протягом S-фази і G2-фази, але знаходилися у неактивованому стані до власне стадії мітозу, забезпечують ініціацію мітозу, стимулюючи білки, які відповідають за конденсацію хромосом і формування мітотичного веретена. Важливим білковим комплексом, що активується у цей час, є убіквітин-лігаза, відома як комплекс, що забезпечує анафазу (анафаза — одна зі стадій мітозу). Ця убіквітин-лігаза забезпечує, у свою чергу, деградацію структурних білків, які пов'язані з хромосомним кінетохором. Цей убіквітин-лігазний комплекс також забезпечує деградацію мітотичних циклінів, і, таким чином, переход до телофази мітозу і цитокінезу.

Посилання[ред.ред. код]