Ląstelių ciklas(cyclus cellularis) yra laikotarpis nuo vienos ląstelės dalijimosi iki kitos arba laikotarpis nuo ląstelės dalijimosi iki jos mirties. Ląstelių ciklas yra padalintas į 4 periodus.

Pirmasis laikotarpis yra mitozinis;

2-asis - postmitozinis arba presintetinis, jis žymimas raide G1;

3 - sintetinis, jis žymimas raide S;

4 - postsintetinis arba premitozinis, jis žymimas raide G 2,

o mitozinis laikotarpis žymimas raide M.

Po mitozės prasideda kitas G1 periodas. Šiuo laikotarpiu dukterinės ląstelės masė yra 2 kartus mažesnė nei motininės ląstelės. Šioje ląstelėje yra 2 kartus mažiau baltymų, DNR ir chromosomų, ty paprastai turėtų būti 2p chromosomos ir 2c DNR.

Kas vyksta G1 laikotarpiu? Šiuo metu DNR, dalyvaujančios baltymų sintezėje, paviršiuje vyksta RNR transkripcija. Dėl baltymų didėja dukterinės ląstelės masė. Šiuo metu sintetinami DNR pirmtakai ir fermentai, dalyvaujantys DNR ir DNR pirmtakų sintezėje. Pagrindiniai G1 periodo procesai yra baltymų ir ląstelių receptorių sintezė. Tada ateina S periodas. Šiuo laikotarpiu vyksta chromosomų DNR replikacija. Dėl to iki S laikotarpio pabaigos DNR kiekis yra 4c. Bet chromosomų bus 2n, nors iš tikrųjų bus ir 4n, bet chromosomų DNR šiuo laikotarpiu taip susipynusi, kad kiekvienos sesers chromosomos motininėje chromosomoje dar nesimato. Didėjant jų skaičiui dėl DNR sintezės ir didėjant ribosomų, pasiuntinių ir transportuojančių RNR transkripcijai, natūraliai didėja baltymų sintezė. Šiuo metu ląstelėse centriolių skaičius gali padvigubėti. Taigi, ląstelė iš S periodo patenka į G 2 periodą. G2 periodo pradžioje tęsiasi aktyvus įvairių RNR transkripcijos ir baltymų, daugiausia tubulino baltymų, reikalingų dalijimosi verpstei, sintezės procesas. Gali atsirasti centriolių dubliavimasis. Mitochondrijos intensyviai sintetina ATP, kuris yra energijos šaltinis, o energija reikalinga mitoziniam ląstelių dalijimuisi. Po G2 periodo ląstelė patenka į mitozinį periodą.

Kai kurios ląstelės gali išeiti iš ląstelių ciklo. Ląstelės išėjimas iš ląstelės ciklo žymimas raide G0. Į šį laikotarpį patenkanti ląstelė praranda gebėjimą patirti mitozę. Be to, kai kurios ląstelės praranda gebėjimą mitozuoti laikinai, kitos visam laikui.

Jei ląstelė laikinai praranda gebėjimą mitoziškai dalytis, ji iš pradžių diferencijuojasi. Šiuo atveju diferencijuota ląstelė specializuojasi atlikti tam tikrą funkciją. Po pradinės diferenciacijos ši ląstelė gali grįžti į ląstelių ciklą ir patekti į Gj periodą, o praėjus S ir G2 periodams, vyksta mitozinis dalijimasis.

Kurioje kūno vietoje yra ląstelės G0 laikotarpiu? Tokios ląstelės randamos kepenyse. Bet jei kepenys yra pažeistos ar dalis jų pašalinama chirurginiu būdu, tada visos pradinę diferenciaciją patyrusios ląstelės grįžta į ląstelių ciklą ir dėl jų dalijimosi greitai atsistato kepenų parenchimos ląstelės.

Kamieninės ląstelės taip pat yra G0 periode, bet kai kamieninė ląstelė pradeda dalytis, ji pereina visus tarpfazius: G1, S, G2.

Tos ląstelės, kurios galutinai praranda gebėjimą mitoziškai dalytis, pirmiausiai diferencijuojasi ir atlieka tam tikras funkcijas, o vėliau – galutinę diferenciaciją. Galutinės diferenciacijos metu ląstelė negali grįžti į ląstelės ciklą ir galiausiai miršta. Kurioje kūno vietoje yra šios ląstelės? Pirma, tai yra kraujo ląstelės. Kraujo granulocitai, kuriems buvo atlikta diferenciacija, funkcionuoja 8 dienas ir tada miršta. Raudonieji kraujo kūneliai funkcionuoja 120 dienų, tada jie taip pat miršta (blužnyje). Antra, tai yra odos epidermio ląstelės. Epidermio ląstelės pirmiausia iš pradžių diferencijuojasi, o paskui galutinai, todėl virsta raguotomis žvyneliais, kurios vėliau nulupamos nuo epidermio paviršiaus. Odos epidermyje ląstelės gali būti G0 periodo, G1 periodo, G2 periodo ir S periodo.

Audiniai su dažnai besidalijančiomis ląstelėmis yra labiau paveikti nei audiniai su retai besidalijančiomis ląstelėmis, nes daugybė cheminių ir fizinių veiksnių sunaikina verpstės mikrovamzdelius.

MITOZĖ

Mitozė iš esmės skiriasi nuo tiesioginio dalijimosi arba amitozės tuo, kad mitozės metu tarp dukterinių ląstelių chromosomų medžiaga pasiskirsto tolygiai. Mitozė skirstoma į 4 fazes. 1 fazė vadinama profazė, 2 - metafazė, 3 - anafazė, 4 - telofazė.

Jei ląstelė turi pusę (haploidinį) chromosomų rinkinį, susidedantį iš 23 chromosomų (lytinių ląstelių), tada šis rinkinys žymimas simboliu In chromosomos ir 1c DNR, jei diploidinė - 2p chromosomos ir 2c DNR (somatinės ląstelės iškart po mitozinio dalijimosi). ), aneuploidinis chromosomų rinkinys – nenormaliose ląstelėse.

Profazė. Profazė skirstoma į ankstyvąją ir vėlyvąją. Ankstyvosios fazės metu vyksta chromosomų spiralizacija ir jos tampa matomos plonų siūlų pavidalu ir suformuoja tankų rutulį, t.y. susidaro tanki rutulio figūra. Prasidėjus vėlyvajai profazei, chromosomos dar labiau spiralizuojasi, dėl to nukleolinių chromosomų organizatorių genai užsidaro. Todėl rRNR transkripcija ir chromosomų subvienetų formavimasis sustoja, o branduolys išnyksta. Tuo pačiu metu vyksta branduolinės membranos suskaidymas. Branduolinės membranos fragmentai susilanksto į mažas vakuoles. Granuliuoto EPS kiekis citoplazmoje mažėja. Granuliuotos EPS talpyklos yra suskaidytos į mažesnes struktūras. Ribosomų skaičius ER membranų paviršiuje smarkiai sumažėja. Dėl to baltymų sintezė sumažėja 75%. Šiuo metu ląstelės centras padvigubėja. Susidarę 2 ląstelių centrai pradeda skirtis link polių. Kiekvienas iš naujai suformuotų ląstelių centrų susideda iš 2 centriolių: motinos ir dukters.

Dalyvaujant ląstelių centrams, pradeda formuotis dalijimosi velenas, susidedantis iš mikrotubulių. Chromosomos ir toliau spirale, todėl susidaro laisvas chromosomų rutulys, esantis citoplazmoje. Taigi vėlyvajai profazei būdingas laisvas chromosomų rutulys.

Metafazė. Metafazės metu išryškėja motinos chromosomų chromatidės. Motinos chromosomos išsirikiuoja pusiaujo plokštumoje. Jei pažvelgsite į šias chromosomas iš ląstelės pusiaujo, jos suvokiamos kaip pusiaujo plokštė(lamina equatorialis). Jei žiūrite į tą pačią plokštę iš stulpo pusės, tada ji suvokiama kaip motinos žvaigždė(vienuolynas). Metafazės metu verpstės formavimas baigiamas. Verpstėje matomi dviejų tipų mikrovamzdeliai. Kai kurie mikrovamzdeliai susidaro iš ląstelės centro, t.y., iš centriolės, ir vadinami centrioliniai mikrotubulai(microtubuli cenriolaris). Iš chromosomų kinetochorų pradeda formuotis kiti mikrovamzdeliai. Kas yra kinetochorai? Pirminių chromosomų susiaurėjimų srityje yra vadinamosios kinetochoros. Šie kinetochorai turi savybę sukelti mikrotubulių savaiminį surinkimą. Čia prasideda mikrovamzdeliai, kurie auga link ląstelių centrų. Taigi kinetochorų mikrovamzdelių galai tęsiasi tarp centriolių mikrovamzdelių galų.

Anafazė. Anafazės metu vienu metu atsiskiria dukterinės chromosomos (chromatidės), kurios pradeda judėti vienos į vieną, o kitos į kitą polių. Tokiu atveju atsiranda dviguba žvaigždė, ty 2 dukterinės žvaigždės (diastr). Žvaigždžių judėjimas vyksta dėl veleno ir dėl to, kad patys ląstelės poliai šiek tiek nutolsta vienas nuo kito.

Mechanizmas, dukterinių žvaigždžių judesiai. Tokį judėjimą užtikrina tai, kad kinetochorų mikrovamzdelių galai slenka išilgai centriolių mikrovamzdelių galų ir traukia dukterinių žvaigždžių chromatides link polių.

Telofazė. Telofazės metu dukterinių žvaigždžių judėjimas sustoja ir pradeda formuotis šerdys. Chromosomose vyksta despiralizacija, o aplink chromosomas pradeda formuotis branduolinis apvalkalas (nukleolema). Kadangi chromosomų DNR fibrilės despiralizuojamos, prasideda transkripcija

RNR ant atrastų genų. Kadangi vyksta chromosomų DNR fibrilių despiralizacija, rRNR plonų siūlų pavidalu pradeda transkribuoti branduolio organizatorių srityje, t.y., susidaro fibrilinis branduolio aparatas. Tada ribosominiai baltymai pernešami į rRNR fibriles, kurios susikompleksuoja su rRNR, todėl susidaro ribosominiai subvienetai, t.y., susidaro granuliuotas branduolio komponentas. Tai įvyksta jau vėlyvoje telofazėje. citotomija, y., susiaurėjimo susidarymas. Kai išilgai pusiaujo susidaro susiaurėjimas, citolema įsiskverbia. Invaginacijos mechanizmas yra toks. Tonofilamentai, susidedantys iš susitraukiančių baltymų, yra išilgai pusiaujo. Šie tonofilamentai atitraukia citolemą. Tada vienos dukterinės ląstelės citolema atsiskiria nuo kitos panašios dukterinės ląstelės. Taigi dėl mitozės susidaro naujos dukterinės ląstelės. Dukterinės ląstelės yra 2 kartus mažesnės nei motinos. Jie taip pat turi mažiau DNR – atitinka 2c, o pusė chromosomų skaičiaus – atitinka 2p. Taigi, mitozinis dalijimasis baigia ląstelių ciklą.

Biologinė mitozės reikšmė yra tai, kad dėl dalijimosi vyksta kūno augimas, fiziologinė ir reparacinė ląstelių, audinių ir organų regeneracija.

Ląstelių ciklo G1, S ir G2 fazės bendrai vadinamos tarpfaze. Besidalijanti ląstelė didžiąją laiko dalį praleidžia tarpfazėje, kai auga ruošdamasi dalytis. Mitozės fazė apima branduolio atskyrimą, po kurio vyksta citokinezė (citoplazmos padalijimas į dvi atskiras ląsteles). Mitozinio ciklo pabaigoje susidaro du skirtingi. Kiekvienoje ląstelėje yra identiška genetinė medžiaga.

Laikas, reikalingas ląstelių dalijimuisi užbaigti, priklauso nuo jo tipo. Pavyzdžiui, ląstelės kaulų čiulpuose, odos ląstelėse, skrandžio ir žarnyno ląstelėse dalijasi greitai ir nuolat. Kitos ląstelės dalijasi pagal poreikį, pakeisdamos pažeistas ar negyvas ląsteles. Šios rūšies ląstelės apima ląsteles iš inkstų, kepenų ir plaučių. Kiti, įskaitant nervų ląsteles, nustoja dalytis po brendimo.

Ląstelių ciklo periodai ir fazės

Pagrindinių ląstelių ciklo fazių schema

Du pagrindiniai eukariotinių ląstelių ciklo periodai apima tarpfazę ir mitozę:

Tarpfazė

Per šį laikotarpį ląstelė padvigubėja ir sintetina DNR. Apskaičiuota, kad besidalijanti ląstelė apie 90–95% savo laiko praleidžia tarpfazėje, kurią sudaro šios 3 fazės:

• G1 etapas: laikotarpis iki DNR sintezės. Šios fazės metu ląstelės dydis ir skaičius didėja, kad būtų galima pasidalyti. Šioje fazėje jie yra diploidiniai, tai reiškia, kad jie turi du chromosomų rinkinius.
• S fazė: ciklo etapas, kurio metu sintetinama DNR. Dauguma ląstelių turi siaurą laiko langą, per kurį vyksta DNR sintezė. Šioje fazėje chromosomų kiekis padvigubėja.
• G2 etapas: laikotarpis po DNR sintezės, bet iki mitozės pradžios. Ląstelė sintetina papildomus baltymus ir toliau auga.

Mitozės fazės

Mitozės ir citokinezės metu motininės ląstelės turinys tolygiai pasiskirsto tarp dviejų dukterinių ląstelių. Mitozė turi penkias fazes: profazę, prometafazę, metafazę, anafazę ir telofazę.

• Profazė:šiame etape pakitimai vyksta tiek citoplazmoje, tiek besidalijančioje ląstelėje. kondensuojasi į atskiras chromosomas. Chromosomos pradeda migruoti į ląstelės centrą. Branduolinis apvalkalas suyra ir priešinguose ląstelės poliuose susidaro verpstės pluoštai.
• Prometafazė: eukariotinių somatinių ląstelių mitozės fazė po profazės ir prieš metafazę. Prometafazėje branduolinė membrana skyla į daugybę „membraninių pūslelių“, o viduje esančios chromosomos sudaro baltymų struktūras, vadinamas kinetochoromis.
• Metafazė:šioje stadijoje branduolinis visiškai išnyksta, susidaro verpstė, o chromosomos išsidėsto metafazinėje plokštelėje (plokštumoje, kuri vienodai nutolusi nuo dviejų ląstelės polių).
• Anafazė:šiame etape suporuotos chromosomos () atsiskiria ir pradeda judėti link priešingų ląstelės galų (polių). Skilimo velenas, kuris nėra sujungtas su velenu, išplečia ir pailgina ląstelę.
• Telofazė:Šiame etape chromosomos pasiekia naujus branduolius, o genetinis ląstelės turinys yra padalintas į dvi dalis. Citokinezė (eukariotų ląstelių dalijimasis) prasideda prieš mitozės pabaigą ir baigiasi netrukus po telofazės.

Citokinezė

Citokinezė yra citoplazmos atskyrimo procesas eukariotinėse ląstelėse, kurios gamina įvairias dukterines ląsteles. Citokinezė atsiranda ląstelės ciklo pabaigoje po mitozės arba.

Gyvūnų ląstelių dalijimosi metu citokinezė įvyksta, kai susitraukiantis žiedas sudaro suskilusią vagą, kuri per pusę suspaudžia ląstelės membraną. Sukonstruota ląstelės plokštė, kuri padalija ląstelę į dvi dalis.

Kai ląstelė baigia visas ląstelės ciklo fazes, ji grįžta į G1 fazę ir visas ciklas kartojasi dar kartą. Kūno ląstelės taip pat gali patekti į ramybės būseną, vadinamą Gap 0 (G0) faze, bet kuriuo savo gyvenimo ciklo momentu. Jie gali likti šioje stadijoje labai ilgą laiką, kol bus duoti signalai judėti per ląstelės ciklą.

Ląstelės, kuriose yra genetinių mutacijų, visam laikui patenka į G0 fazę, kad būtų išvengta jų dauginimosi. Kai ląstelių ciklas sutrinka, sutrinka normalus ląstelių augimas. Gali išsivystyti, kad įgyja savo augimo signalų kontrolę ir toliau nekontroliuojamai dauginasi.

Ląstelių ciklas ir mejozė

Ne visos ląstelės dalijasi per mitozės procesą. Lytiškai dauginantys organizmai taip pat patiria ląstelių dalijimąsi, vadinamą mejoze. Mejozė vyksta mitozės procese ir yra panašus į jį. Tačiau po viso ląstelių ciklo mejozė gamina keturias dukterines ląsteles. Kiekvienoje ląstelėje yra pusė pradinės (pagrindinės) ląstelės chromosomų skaičiaus. Tai reiškia, kad lytinės ląstelės yra . Kai haploidinės vyriškos ir moteriškos lyties ląstelės susijungia į procesą, vadinamą , jie sudaro vieną, vadinamą zigota.

Organizmų dauginimasis ir vystymasis, paveldimos informacijos perdavimas ir regeneracija yra pagrįsti ląstelių dalijimusi. Ląstelė kaip tokia egzistuoja tik laiko intervale tarp dalijimų.

Ląstelės egzistavimo laikotarpis nuo jos susiformavimo dalijant motininę ląstelę (t. y. į šį laikotarpį įeina ir pats dalijimasis) iki jos pačios dalijimosi ar mirties momento vadinamas gyvybiškai svarbus arba ląstelių ciklas.

Ląstelės gyvavimo ciklas yra padalintas į keletą fazių:

• dalijimosi fazė (ši fazė, kai vyksta mitozinis dalijimasis);
• augimo fazė (iš karto po dalijimosi prasideda ląstelių augimas, padidėja tūris ir pasiekia tam tikrą dydį);
• poilsio fazė (šioje fazėje ląstelės likimas ateityje dar nenustatytas: ląstelė gali pradėti ruoštis dalinimuisi, arba eiti specializacijos keliu);
• diferenciacijos (specializacijos) fazė (atsiranda augimo fazės pabaigoje – šiuo metu ląstelė gauna tam tikras struktūrines ir funkcines savybes);
• brandos fazė (ląstelių funkcionavimo laikotarpis, tam tikrų funkcijų atlikimas priklausomai nuo specializacijos);
• senėjimo fazė (ląstelės gyvybinių funkcijų susilpnėjimo laikotarpis, kuris baigiasi jos dalijimusi arba mirtimi).

Ląstelių ciklo trukmė ir į jį įtrauktų fazių skaičius skiriasi ląstelėms. Pavyzdžiui, pasibaigus embrioniniam periodui, nervinio audinio ląstelės nustoja dalytis ir funkcionuoja visą organizmo gyvenimą, o vėliau miršta. Kitas pavyzdys yra embrioninės ląstelės. Gniuždymo etape, baigę vieną padalijimą, jie iš karto pereina į kitą, aplenkdami visas kitas fazes.

Yra šie ląstelių dalijimosi būdai:

1. mitozė arba kariokinezė - netiesioginis padalijimas;
2. mejozė arba redukcijos padalijimas - dalijimasis, būdingas gemalo ląstelių brendimo fazei arba sporų susidarymui aukštesniuose sporiniuose augaluose.

Mitozė yra nenutrūkstamas procesas, dėl kurio pirmiausia įvyksta padvigubėjimas, o vėliau paveldima medžiaga tolygiai pasiskirsto tarp dukterinių ląstelių. Dėl mitozės atsiranda dvi ląstelės, kurių kiekvienoje yra tiek pat chromosomų, kiek buvo motininėje ląstelėje. Nes Dukterinių ląstelių chromosomos gaunamos iš motinos chromosomų tikslios DNR replikacijos būdu, o jų genai turi lygiai tokią pačią paveldimos informacijos. Dukterinės ląstelės yra genetiškai identiškos motininei ląstelei.
Taigi mitozės metu tiksliai perduodama paveldima informacija iš tėvų į dukterines ląsteles. Ląstelių skaičius organizme didėja dėl mitozės, kuri yra vienas iš pagrindinių augimo mechanizmų. Reikėtų prisiminti, kad ląstelės, turinčios skirtingus chromosomų rinkinius, gali dalytis mitozės būdu – ne tik diploidinės (daugumos gyvūnų somatinės ląstelės), bet ir haploidinės (daug dumblių, aukštesniųjų augalų gametofitų), triploidinės (augalinių sėklų endospermas) ar poliploidinės.

Yra daug augalų ir gyvūnų rūšių, kurios dauginasi nelytiškai, naudodamos tik vieną mitozinių ląstelių dalijimąsi, t.y. Mitozė yra nelytinio dauginimosi pagrindas. Dėl mitozės vyksta ląstelių pakeitimas ir prarastų kūno dalių regeneracija, kuri vienokiu ar kitokiu laipsniu visada yra visuose daugialąsčiuose organizmuose. Mitozinis ląstelių dalijimasis vyksta visiškai genetiškai kontroliuojant. Mitozė yra pagrindinis ląstelės mitozinio ciklo įvykis.

Mitozinis ciklas - kompleksas tarpusavyje susijusių ir chronologiškai nulemtų įvykių, vykstančių ruošiant ląstelę dalijimuisi ir pačiam dalijantis. Mitozinio ciklo trukmė įvairiuose organizmuose gali labai skirtis. Trumpiausi mitoziniai ciklai randami kai kurių gyvūnų skilimo kiaušinėliuose (pavyzdžiui, auksinei žuvelei pirmieji skilimo pasiskirstymai vyksta kas 20 minučių). Dažniausia mitozinių ciklų trukmė yra 18-20 valandų. Taip pat yra ciklų, trunkančių kelias dienas. Net skirtinguose to paties organizmo organuose ir audiniuose mitozinio ciklo trukmė gali būti skirtinga. Pavyzdžiui, pelėms dvylikapirštės žarnos epitelio ląstelės dalijasi kas 11 valandų, tuščiosios žarnos - kas 19 valandų, o akies ragenoje - kas 3 dienas.

Mokslininkai tiksliai nežino, kokie veiksniai skatina ląsteles patirti mitozę. Daroma prielaida, kad pagrindinį vaidmenį čia vaidina branduolio ir citoplazmos santykis (branduolių ir citoplazmos tūrių santykis). Taip pat yra įrodymų, kad mirštančios ląstelės gamina medžiagas, kurios gali skatinti ląstelių dalijimąsi.

Mitoziniame cikle yra du pagrindiniai įvykiai: tarpfazė o iš tikrųjų pati padalinys .

Naujos ląstelės susidaro dviem nuosekliais procesais:

1. mitozė, sukelianti branduolio dubliavimąsi;
2. citokinezė – citoplazmos atskyrimas, kurio metu atsiranda dvi dukterinės ląstelės, kurių kiekvienoje yra vienas dukterinis branduolys.

Pats ląstelės dalijimasis dažniausiai trunka 1-3 valandas, todėl didžioji ląstelės gyvenimo dalis praleidžiama tarpfazėje. Tarpfazė yra laiko tarpas tarp dviejų ląstelių dalijimosi. Interfazės trukmė paprastai sudaro iki 90% viso ląstelės ciklo. Tarpfazė susideda iš trijų laikotarpių: presintetinis arba G1, sintetinis arba S, ir postsintetinis arba G 2.

Presintetinis laikotarpis yra ilgiausias tarpfazės laikotarpis, jo trukmė svyruoja nuo 10 valandų iki kelių dienų. Iškart po dalijimosi atkuriami organizaciniai tarpfazinės ląstelės bruožai: baigiamas formuotis branduolys, citoplazmoje vyksta intensyvi baltymų sintezė, dėl kurios padidėja ląstelių masė, atsiranda DNR pirmtakų, fermentų, kurie katalizuoja DNR replikaciją. susidaro reakcija ir kt. Tie. Presintetiniu periodu vyksta paruošimo procesai kitam tarpfazės periodui – sintetiniam periodui.

Trukmė sintetinis Laikotarpis gali būti įvairus: bakterijose – kelios minutės, žinduolių ląstelėse – iki 6–12 valandų. Sintetiniu periodu DNR molekulių padvigubėja – pagrindinis tarpfazės įvykis. Tokiu atveju kiekviena chromosoma tampa bichromatidine, o jų skaičius nekinta. Kartu su DNR replikacija citoplazmoje vyksta intensyvus baltymų, sudarančių chromosomas, sintezės procesas.

Nepaisant to, kad laikotarpis G 2 vadinamas postsintetinis , sintezės procesai tęsiasi šiame tarpfazės etape. Jis vadinamas postsintetiniu tik todėl, kad prasideda pasibaigus DNR sintezės (replikacijos) procesui. Jei presintetiniu laikotarpiu vyksta augimas ir pasiruošimas DNR sintezei, tai posintezės laikotarpiu ląstelė ruošiama dalijimuisi, kuriam taip pat būdingi intensyvūs sintezės procesai. Šiuo laikotarpiu tęsiasi baltymų, sudarančių chromosomas, sintezės procesas; sintetinamos energetinės medžiagos ir fermentai, būtini ląstelių dalijimosi procesui užtikrinti; prasideda chromosomų spiralizacija, sintetinami baltymai, būtini ląstelės mitozinio aparato (dalijimosi verpstės) statybai; didėja citoplazmos masė ir labai padidėja branduolio tūris. Pasibaigus postsintetiniam periodui, ląstelė pradeda dalytis.

Ląstelių ciklas

Ląstelės ciklas – tai ląstelės egzistavimo laikotarpis nuo jos susiformavimo dalijantis motininei ląstelei iki jos pačios dalijimosi arba mirties Turinys [rodyti]

Eukariotų ląstelių ciklo trukmė

Ląstelių ciklo trukmė įvairiose ląstelėse skiriasi. Greitai besidauginančios suaugusių organizmų ląstelės, tokios kaip epidermio ir plonosios žarnos kraujodaros ar bazinės ląstelės, gali patekti į ląstelių ciklą kas 12-36 val.. Sparčiai skaidant dygiaodžių, varliagyvių kiaušinėlius stebimi trumpi ląstelių ciklai (apie 30 min.). ir kiti gyvūnai. Eksperimentinėmis sąlygomis daugelis ląstelių kultūros linijų turi trumpą ląstelių ciklą (apie 20 valandų). Daugumos aktyviai besidalijančių ląstelių laikotarpis tarp mitozių yra maždaug 10–24 valandos.

Eukariotinių ląstelių ciklo fazės

Eukariotų ląstelių ciklas susideda iš dviejų laikotarpių:

Ląstelių augimo laikotarpis, vadinamas „tarpfaze“, kurio metu sintetinama DNR ir baltymai bei vyksta pasiruošimas ląstelių dalijimuisi.

Ląstelių dalijimosi laikotarpis, vadinamas „M faze“ (iš žodžio mitozė - mitozė).

Tarpfazė susideda iš kelių laikotarpių:

G1 fazė (iš anglų kalbos gap - gap), arba pradinė augimo fazė, kurios metu vyksta mRNR, baltymų ir kitų ląstelių komponentų sintezė;

S-fazė (iš anglų kalbos sintezė - sintetinė), kurios metu vyksta ląstelės branduolio DNR replikacija, taip pat atsiranda centriolių padvigubėjimas (jei jie yra, žinoma).

G2 fazė, kurios metu vyksta pasiruošimas mitozei.

Diferencijuotose ląstelėse, kurios nebesiskirsto, ląstelių cikle gali nebūti G1 fazės. Tokios ląstelės yra G0 ramybės fazėje.

Ląstelių dalijimosi laikotarpis (M fazė) apima du etapus:

mitozė (ląstelės branduolio dalijimasis);

citokinezė (citoplazmos dalijimasis).

Savo ruožtu mitozė yra padalinta į penkis etapus; in vivo šios šešios stadijos sudaro dinamišką seką.

Ląstelių dalijimosi aprašymas pagrįstas šviesos mikroskopijos duomenimis, kartu su mikrokino fotografija ir fiksuotų bei dažytų ląstelių šviesos ir elektroninės mikroskopijos rezultatais.

Ląstelių ciklo reguliavimas

Reguliari pokyčių seka ląstelių ciklo periodais vyksta sąveikaujant baltymams, tokiems kaip nuo ciklino priklausomos kinazės ir ciklinai. G0 fazės ląstelės gali patekti į ląstelių ciklą, kai yra veikiamos augimo faktorių. Įvairūs augimo faktoriai, tokie kaip trombocitų, epidermio ir nervų augimo faktoriai, jungdamiesi prie savo receptorių, sukelia tarpląstelinę signalizacijos kaskadą, galiausiai vedančią prie ciklino genų ir nuo ciklino priklausomų kinazių transkripcijos. Nuo ciklino priklausomos kinazės suaktyvėja tik sąveikaudamos su atitinkamais ciklinais. Įvairių ciklinų kiekis ląstelėje kinta viso ląstelės ciklo metu. Ciklinas yra reguliuojamasis nuo ciklino ir ciklino priklausomo kinazės komplekso komponentas. Kinazė yra šio komplekso katalizinis komponentas. Kinazės nėra aktyvios be ciklinų. Skirtinguose ląstelių ciklo etapuose sintetinami skirtingi ciklinai. Taigi ciklino B kiekis varlės oocituose pasiekia maksimumą mitozės metu, kai prasideda visa fosforilinimo reakcijų kaskada, katalizuojama ciklino B/ciklino priklausomo kinazės komplekso. Pasibaigus mitozei, cikliną greitai sunaikina proteinazės.

Ląstelių ciklo kontroliniai taškai

Norint nustatyti kiekvienos ląstelės ciklo fazės pabaigą, reikia turėti kontrolinius taškus. Jei ląstelė „praeina“ kontrolinį tašką, ji toliau „juda“ per ląstelės ciklą. Jei tam tikros aplinkybės, pavyzdžiui, DNR pažeidimas, neleidžia ląstelei pereiti per kontrolinį tašką, kurį galima palyginti su savotišku kontroliniu tašku, tada ląstelė sustoja ir nevyksta kita ląstelės ciklo fazė, bent jau tol, kol bus pašalintos kliūtys. , neleidžiant ląstelei praeiti pro patikros tašką. Ląstelių cikle yra mažiausiai keturi kontroliniai taškai: G1 kontrolinis taškas, kuris patikrina, ar nepažeista DNR prieš patenkant į S fazę, S fazės kontrolinis taškas, kuris tikrina teisingą DNR replikaciją, G2 kontrolinis taškas, kuris tikrina, ar nėra pažeidimų praėję ankstesnius patikrinimo taškus arba gauti vėlesniuose ląstelės ciklo etapuose. G2 fazėje aptinkamas DNR replikacijos užbaigtumas, o ląstelės, kuriose DNR per mažai replikuojasi, nepatenka į mitozę. Suklio surinkimo patikros punkte patikrinama, ar visi kinetochorai yra pritvirtinti prie mikrovamzdelių.

Ląstelių ciklo sutrikimai ir naviko formavimasis

Padidėjus p53 baltymo sintezei, sužadinama p21 baltymo, ląstelių ciklo inhibitoriaus, sintezė.

Normalaus ląstelių ciklo reguliavimo sutrikimas yra daugumos solidinių navikų priežastis. Ląstelių cikle, kaip jau minėta, praeiti kontrolinius punktus galima tik tuo atveju, jei ankstesni etapai baigti įprastai ir nėra gedimų. Auglio ląstelėms būdingi ląstelių ciklo kontrolinių taškų komponentų pokyčiai. Kai ląstelių ciklo kontroliniai taškai yra inaktyvuoti, pastebima kelių naviko slopintuvų ir proto-onkogenų, ypač p53, pRb, Myc ir Ras, disfunkcija. P53 baltymas yra vienas iš transkripcijos faktorių, kuris inicijuoja p21 baltymo, kuris yra CDK-ciklino komplekso inhibitorius, sintezę, dėl kurio G1 ir G2 laikotarpiais sustabdomas ląstelių ciklas. Taigi ląstelė, kurios DNR pažeista, nepatenka į S fazę. Su mutacijomis, dėl kurių prarandami p53 baltymo genai, arba pasikeitus jiems, ląstelių ciklas neužblokuojamas, ląstelės patenka į mitozę, dėl kurios atsiranda mutantinių ląstelių, kurių dauguma yra negyvybingos, kitos sukelia į piktybines ląsteles.

Ciklinai yra baltymų šeima, kuri yra nuo ciklino priklausomų proteinkinazių (CDK), pagrindinių fermentų, dalyvaujančių reguliuojant eukariotų ląstelių ciklą, aktyvatoriai. Ciklinai gavo savo pavadinimą dėl to, kad jų intraląstelinė koncentracija periodiškai keičiasi ląstelėms pereinant per ląstelių ciklą ir pasiekia maksimumą tam tikrais ciklo etapais.

Nuo ciklino priklausomos proteinkinazės katalizinis subvienetas iš dalies aktyvuojamas sąveikaujant su ciklino molekule, kuri sudaro fermento reguliavimo subvienetą. Šio heterodimero susidarymas tampa įmanomas, kai ciklinas pasiekia kritinę koncentraciją. Reaguojant į ciklino koncentracijos sumažėjimą, fermentas inaktyvuojamas. Norint visiškai suaktyvinti nuo ciklino priklausomą proteinkinazę, šio komplekso polipeptidinėse grandinėse turi įvykti specifinis tam tikrų aminorūgščių liekanų fosforilinimas ir defosforilinimas. Vienas iš fermentų, vykdančių tokias reakcijas, yra CAK kinazė (CAK – CDK aktyvuojanti kinazė).

Nuo ciklino priklausoma kinazė

Nuo ciklino priklausomos kinazės (CDK) yra baltymų grupė, kurią reguliuoja ciklinas ir į cikliną panašios molekulės. Dauguma CDK dalyvauja ląstelių ciklo fazių perėjimuose; jie taip pat reguliuoja mRNR transkripciją ir apdorojimą. CDK yra serino/treonino kinazės, kurios fosforilina atitinkamas baltymų liekanas. Yra žinomi keli CDK, kurių kiekvieną aktyvuoja vienas ar keli ciklinai ir kitos panašios molekulės, pasiekusios savo kritinę koncentraciją, ir didžioji dalis CDK yra homologiški, pirmiausia skiriasi ciklino surišimo vietos konfigūracija. Reaguojant į tam tikro ciklino intracelulinės koncentracijos sumažėjimą, atitinkamas CDK yra grįžtamai inaktyvuojamas. Jei CDK aktyvuoja ciklinų grupė, kiekvienas iš jų, tarsi perkeldamas viena kitai proteinkinazes, ilgą laiką palaiko CDK aktyvuotą būseną. Tokios CDK aktyvacijos bangos atsiranda ląstelės ciklo G1 ir S fazėse.

CDK ir jų reguliatorių sąrašas

CDK1; ciklinas A, ciklinas B

CDK2; ciklinas A, ciklinas E

CDK4; ciklinas D1, ciklinas D2, ciklinas D3

CDK5; CDK5R1, CDK5R2

CDK6; ciklinas D1, ciklinas D2, ciklinas D3

CDK7; ciklinas H

CDK8; ciklinas C

CDK9; ciklinas T1, ciklinas T2a, ciklinas T2b, ciklinas K

CDK11 (CDC2L2); ciklinas L

Amitozė (arba tiesioginis ląstelių dalijimasis) eukariotų somatinėse ląstelėse vyksta rečiau nei mitozė. Pirmą kartą jį aprašė vokiečių biologas R. Remakas 1841 m., terminą pasiūlė histologas. V. Flemmingas vėliau – 1882 m. Dažniausiai amitozė stebima ląstelėse, kurių mitozinis aktyvumas yra sumažėjęs: tai sensta arba patologiškai pakitusios ląstelės, dažnai pasmerktos mirčiai (žinduolių embrioninės membranos ląstelės, naviko ląstelės ir kt.). Sergant amitoze, morfologiškai išsaugoma tarpfazinė branduolio būsena, aiškiai matomas branduolys ir branduolio apvalkalas. DNR replikacijos nėra. Chromatino spiralizacija nevyksta, chromosomos neaptinkamos. Ląstelė išlaiko jai būdingą funkcinį aktyvumą, kuris beveik visiškai išnyksta mitozės metu. Amitozės metu dalijasi tik branduolys, nesusidarant dalijimosi verpstei, todėl paveldima medžiaga pasiskirsto atsitiktinai. Dėl citokinezės nebuvimo susidaro dvibranduolinės ląstelės, kurios vėliau negali patekti į normalų mitozinį ciklą. Kartojant amitozės gali susidaryti daugiabranduolinės ląstelės.

Ši sąvoka vis dar pasirodė kai kuriuose vadovėliuose iki devintojo dešimtmečio. Šiuo metu manoma, kad visi reiškiniai, priskiriami amitozei, yra netinkamai tinkamai paruoštų mikroskopinių preparatų interpretacijos arba reiškinių, lydinčių ląstelių sunaikinimą ar kitus patologinius procesus, interpretavimo kaip ląstelių dalijimosi rezultatas. Tuo pačiu metu kai kurie eukariotų branduolio dalijimosi variantai negali būti vadinami mitoze ar mejoze. Tai, pavyzdžiui, daugelio blakstienų makrobranduolių dalijimasis, kai trumpi chromosomų fragmentai išsiskiria nesudarant verpstės.