Клітинний цикл(cyclus cellularis) - це період від одного до іншого поділу клітини або період від поділу клітини до її загибелі. Клітинний цикл поділяється на 4 періоди.

Перший період – мітотичний;

2-й постмітотичний, або пресинтетичний, він позначається буквою G1;

3-й – синтетичний, він позначається буквою S;

4-й - постсинтетичний, або премітотичний, він позначається буквою G 2

а мітотичний період – літерою М.

Після мітозу настає черговий період G1. У цей період дочірня клітина за своєю масою в 2 рази менша від материнської клітини. У цій клітині в 2 рази менше білка, ДНК та хромосом, тобто в нормі хромосом у ній має бути 2п та ДНК – 2с.

Що відбувається в періоді G1? У цей час на поверхні ДНК відбувається транскрипція РНК, які беруть участь у синтезі білків. За рахунок білків зростає маса дочірньої клітини. У цей час синтезуються попередники ДНК та ферменти, що беруть участь у синтезі ДНК та попередників ДНК. Основні процеси в періоді G1 – синтез білків та рецепторів клітини. Потім настає період S. Протягом цього періоду відбувається реплікація хромосом ДНК. Внаслідок цього до кінця періоду S вміст ДНК становить 4с. Але хромосом буде 2п, хоча фактично їх також буде 4п, але ДНК хромосом у цей період так взаємно переплетені, що кожна сестринська хромосома в материнській хромосомі поки не видно. У міру того, як в результаті синтезу ДНК збільшується їх кількість і підвищується транскрипція рибосомних, інформаційних і транспортних РНК, природно зростає і синтез білків. У цей час може відбуватися подвоєння центріолей у клітинах. Таким чином, клітина з періоду S набуває періоду G 2 . На початку періоду G 2 триває активний процес транскрипції різних РНК та процес синтезу білків, головним чином білків-тубулінів, які необхідні для веретена поділу. Може відбуватись подвоєння центріолей. У мітохондріях інтенсивно синтезується АТФ, яка є джерелом енергії, а енергія необхідна для мітотичного поділу клітини. Після періоду G 2 клітина входить у мітотичний період.

Деякі клітини можуть виходити із клітинного циклу. Вихід клітини із клітинного циклу позначається буквою G0. Клітина, що у цей період, втрачає здатність до мітозу. Причому одні клітини втрачають здатність до мітозу тимчасово, інші – постійно.

У тому випадку, якщо клітина тимчасово втрачає здатність до мітотичного поділу, вона піддається початковому диференціювання. При цьому диференційована клітина спеціалізується на виконання певної функції. Після початкової диференціювання ця клітина здатна повернутися в клітинний цикл і вступити в період Gj і після проходження періоду S і періоду G 2 зазнати мітотичного поділу.

Де в організмі знаходяться клітини в періоді G0? Такі клітини перебувають у печінці. Але у випадку, якщо печінка пошкоджена або частина її видалена оперативним шляхом, тоді всі клітини, що зазнали початкового диференціювання, повертаються в клітинний цикл, і за рахунок їхнього поділу відбувається швидке відновлення паренхімних клітин печінки.

Стовбурові клітини також знаходяться в періоді G 0 але, коли стовбурова клітина починає ділитися, вона проходить всі періоди інтерфази: G1, S, G 2 .

Ті клітини, які остаточно втрачають здатність до мітотичного поділу, піддаються спочатку початкового диференціювання і виконують певні функції, а потім остаточного диференціювання. При остаточній диференціації клітина неспроможна повернутися в клітинний цикл і зрештою гине. Де в організмі є такі клітини? По-перше, це клітини крові. Гранулоцити крові, що зазнали диференціювання, функціонують протягом 8 діб, а потім гинуть. Еритроцити крові функціонують протягом 120 діб, потім також гинуть (у селезінці). По-друге, це клітини епідермісу шкіри. Клітини епідермісу піддаються спочатку початковій, потім остаточної диференціювання, в результаті якої вони перетворюються на рогові лусочки, які потім злущуються з поверхні епідермісу. В епідермісі шкіри клітини можуть перебувати в періоді G0, періоді G1, періоді G2 та в періоді S.

Тканини з клітинами, що часто діляться, уражаються сильніше тканин з клітинами, що рідко діляться, тому що ряд хімічних і фізичних факторів руйнують мікротубули веретена поділу.

Мітоз

Мітоз принципово відрізняється від прямого поділу або амітозу тим, що під час мітозу відбувається рівномірний розподіл хромосомного матеріалу між дочірніми клітинами. Мітоз поділяється на 4 фази. 1-я фаза називається профазою, 2-а - метафазою, 3-тя - анафазою, 4-а - телофазою.

Якщо в клітині є половинний (гаплоїдний) набір хромосом, що становить 23 хромосоми (статеві клітини), такий набір позначається символом In хромосом і 1с ДНК, якщо диплоїдний - 2п хромосом і 2с ДНК (соматичні клітини відразу після мітотичного поділу), анеуплоїдний набір - В аномальних клітинах.

Профаза.Профаза ділиться на ранню та пізню. Під час ранньої профази відбувається спіралізація хромосом, і вони стають помітними у вигляді тонких ниток і утворюють щільний клубок, тобто утворюється фігура щільного клубка. При настанні пізньої профази хромосоми ще більше спіралізуються, внаслідок чого закриваються гени ядерних організаторів хромосом. Тому припиняються транскрипція рРНК та утворення субодиниць хромосом, і ядерце зникає. Одночасно із цим відбувається фрагментація ядерної оболонки. Фрагменти ядерної оболонки згортаються у невеликі вакуолі. У цитоплазмі зменшується кількість гранулярної ЕПС. Цистерни гранулярної ЕПС фрагментуються більш дрібні структури. Кількість рибосом лежить на поверхні мембран ЕПС різко зменшується. Це призводить до зменшення синтезу білків на 75%. На цей момент відбувається подвоєння клітинного центру. 2 клітинних центри, що утворилися, починають розходитися до полюсів. Кожен із новостворених клітинних центрів складається з 2 центріолей: материнської та дочірньої.

За участю клітинних центрів починає формуватися веретено поділу, що складається з мікротубул. Хромосоми продовжують спіралізуватися, і в результаті утворюється пухкий клубок хромосом, розташований у цитоплазмі. Таким чином, пізня профаза характеризується пухким клубком хромосом.

Метафаза.Під час метафази стають видимими хроматиди материнських хромосом. Материнські хромосоми вишиковуються в площині екватора. Якщо дивитися на ці хромосоми з боку екватора клітини, то вони сприймаються як екваторіальна платівка(Lamina equatorialis). У тому випадку, якщо дивитися на цю пластинку з боку полюса, то вона сприймається як материнська зірка(Monastr). Під час метафази завершується формування веретену поділу. У веретені поділу видно два різновиди мікротубул. Одні мікротубули формуються від клітинного центру, тобто від центріолі, і називаються центріолярними мікротубулами(Microtubuli cenriolaris). Інші мікротубули починають формуватися від кінетохор хромосом. Що таке кінетохори? У сфері первинних перетяжок хромосом є звані кинетохори. Ці кінетохори мають здатність індукувати самоскладання мікротубул. Ось звідси і починаються мікротубули, які зростають у бік клітинних центрів. Таким чином, кінці кінетохорних мікротубул заходять між кінцями центріолярних мікротубул.

Анафаза.Під час анафази відбувається одночасне відділення дочірніх хромосом (хроматид), які починають рухатись одні до одного, інші до іншого полюса. У цьому з'являється подвійна зірка, т. е. 2 дочірні зірки (diastr). Рух зірок здійснюється завдяки веретену поділу і тому, що самі полюси клітини дещо віддаляються одна від одної.

Механізм, рух дочірніх зірок.Цей рух забезпечується тим, що кінці кінетохорних мікротубул ковзають уздовж кінців центріолярних мікротубул і тягнуть хроматиди дочірніх зірок у бік полюсів.

Телофаза.Під час телофази відбувається зупинка руху дочірніх зірок та починають формуватися ядра. Хромосоми піддаються деспіралізації, навколо хромосом починає формуватися ядерна оболонка (нуклеолема). Оскільки деспіралізації піддаються фібрили ДНК хромосом, так починається транскрипція.

РНК на генах, що відкрилися. Так як відбувається деспіралізація фібрил ДНК хромосом, в ділянці ядерцевих організаторів починають транскрибуватися рРНК у вигляді тонких ниток, тобто формується фібрилярний апарат ядерця. Потім до фібрил рРНК транспортуються рибосомні білки, які комплексуються з рРНК, в результаті чого формуються субодиниці рибосом, тобто утворюється гранулярний компонент ядерця. Це відбувається вже у пізній телофазі. Цитотомія,т. е. освіту перетяжки. При утворенні перетяжки екватором відбувається вп'ячування цитолеми. Механізм вп'ячування наступний. За екватором розташовуються тонофіламенти, що складаються зі скорочувальних білків. Ось ці тонофіламенти і втягують цітолему. Потім відбувається відділення цитолеми однієї дочірньої клітини від іншої такої ж дочірньої клітини. Так, у результаті мітозу формуються нові дочірні клітини. Дочірні клітини в 2 рази менші за масою порівняно з материнською. Вони також менше кількість ДНК - відповідає 2с, і вдвічі менше кількість хромосом - відповідає 2п. Так, мітотичним розподілом, закінчується клітинний цикл.

Біологічне значення мітозуполягає в тому, що за рахунок розподілу відбувається зростання організму, фізіологічна та репаративна регенерація клітин, тканин та органів.

Фази G1, S та G2 клітинного циклу разом називаються інтерфазою. Клітка, що ділиться, проводить більшу частину свого часу саме в інтерфазі, оскільки при підготовці до поділу вона росте. Фаза мітозу пов'язана з поділом ядерних з наступним цитокінезом (розподіл цитоплазми на дві окремі клітини). Наприкінці мітотичного циклу утворюються дві різні. Кожна клітка містить ідентичний генетичний матеріал.

Час, необхідне завершення поділу клітини залежить від її типу. Наприклад, клітини в кістковому мозку, клітини шкіри, клітини шлунка та кишечника, діляться швидко та постійно. Інші клітини діляться за потреби, замінюючи пошкоджені або мертві клітини. До таких типів клітин відносяться клітини нирок, печінки та легень. Інші, у тому числі нервові клітини, припиняють поділ після дозрівання.

Періоди та фази клітинного циклу

Схема основних фаз клітинного циклу

Два основні періоди клітинного циклу еукаріотів включають інтерфазу та мітоз:

Інтерфаза

Під час цього періоду клітина подвоює свою і синтезує ДНК. За оцінками, клітина, що ділиться, витрачає близько 90-95% свого часу на інтерфазу, яка складається з наступних 3-х фаз:

• Фаза G1:проміжок часу до синтезу ДНК. У цій фазі клітина збільшує свої розміри та кількість, готуючись до поділу. у цій фазі диплоїдні, що означає наявність двох наборів хромосом.
• S-фаза:етап циклу, протягом якого синтезується ДНК У більшості клітин є вузьке часове вікно, протягом якого відбувається синтез ДНК. Зміст хромосом у цій фазі подвоюється.
• Фаза G2:період після синтезу ДНК, але на початок мітозу. Клітина синтезує додаткові білки та продовжує збільшуватися у розмірах.

Фази мітозу

Під час мітозу та цитокінезу вміст материнської клітини рівномірно розподіляється між двома дочірніми клітинами. Мітоз має п'ять фаз: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза та телофаза.

• Профаза:на цій стадії зміни відбуваються як у цитоплазмі, так і в клітині, що ділиться. конденсується у дискретні хромосоми. Хромосоми починають мігрувати до центру клітини. Ядерна оболонка ламається і волокна шпинделя утворюються на протилежних полюсах клітини.
• Прометафаза:фаза мітозу в еукаріотичних соматичних клітинах після профази та попередня метафаза. У прометафазі ядерна мембрана розпадається на численні «мембранні везикули», а хромосоми усередині утворюють білкові структури, які називають кінетохорами.
• Метафаза:на цьому етапі ядерна повністю зникає, формується веретений поділ, а хромосоми розташовуються на метафазній пластині (площина, яка однаково віддалена від двох полюсів клітини).
• Анафаза:на цій стадії парні хромосоми () поділяються і починають рухатися до протилежних кінців (полюсів) клітини. Веретено поділу, не пов'язане з , витягується і подовжує клітину.
• Телофаза:цьому етапі хромосоми досягають нових ядер, а генетичний вміст клітини ділиться порівну на частини. Цитокінез (розподіл еукаріотичної клітини) починається до кінця мітозу і закінчується незабаром після телофази.

Цитокінез

Цитокінез – процес поділу цитоплазми в еукаріотичних клітинах, які продукують різні дочірні клітини. Цитокінез виникає наприкінці клітинного циклу після мітозу або .

При розподілі клітин тварин цитокінез виникає, коли скорочувальне кільце утворює розщеплену борозну, яка затискає клітинну мембрану навпіл. У будується клітинна платівка, яка ділить клітину на дві частини.

Як тільки клітина завершить всі фази клітинного циклу, вона повертається у фазу G1 і весь цикл знову повторюється. Клітини організму також здатні перебувати у стан спокою, який називається фазою Gap 0 (G0) у будь-який момент свого життєвого циклу. Вони можуть залишатися на цій стадії протягом дуже тривалого періоду часу, поки не надійдуть сигнали проходження через клітинний цикл.

Клітини, які містять генетичні мутації, постійно поміщаються у фазу G0, щоб перешкоджати їх реплікуванню. Коли клітинний цикл йде не так, як треба, порушується нормальне зростання клітин. Можуть розвинутись, які отримують контроль над своїми власними сигналами зростання та продовжують розмножуватися безперешкодно.

Клітинний цикл та мейоз

Не всі клітини діляться через процес мітозу. Організми, які розмножуються статевим шляхом, також піддаються типу клітинного поділу, що називається мейозом. Мейоз виникає і аналогічний процесу мітозу. Однак після повного клітинного циклу в мейозі утворюються чотири дочірні клітини. Кожна клітина містить половину числа хромосом вихідної (батьківської) клітини. Це означає, що статеві клітини є . Коли гаплоїдні чоловічі та жіночі статеві клітини об'єднуються в процесі, що називається, вони утворюють одну, яку називають зиготою.

В основі розмноження та розвитку організмів, передачі спадкової інформації, регенерації лежить поділ клітин. Клітина як така існує лише у часовому інтервалі між поділами.

Період існування клітини з моменту початку її утворення шляхом поділу материнської клітини (тобто саме поділ теж включається в цей період) до моменту власного поділу або смерті називають життєвимабо клітинним циклом.

Життєвий цикл клітини поділяють на кілька фаз:

• фаза розподілу (Ця фаза, коли відбувається мітотичний поділ);
• фаза зростання (відразу після поділу починається зростання клітини, вона збільшується в обсязі та досягає якихось певних розмірів);
• фаза спокою (у цій фазі доля клітини надалі поки що не визначена: клітина може розпочати підготовку до поділу, або піти шляхом спеціалізації);
• фаза диференціювання (спеціалізації) (настає після закінчення фази зростання - в цей час клітина отримує певні структурні та функціональні особливості);
• фаза зрілості (період функціонування клітини, виконання тих чи інших функцій залежно від спеціалізації);
• фазу старіння (Період ослаблення життєвих функцій клітини, що закінчується її розподілом або смертю).

Тривалість клітинного циклу та кількість фаз, що входять до нього, у клітин різні. Наприклад, клітини нервової тканини після закінчення ембріонального періоду припиняють ділитися та функціонують протягом усього життя організму, а потім гинуть. Інший приклад, клітини зародка. На стадії дроблення вони, завершивши один поділ, відразу ж переходять до наступного, минаючи, причому всі інші фази.

Існують такі способи поділу клітин:

1. мітоз або каріокінез - Непряме розподіл;
2. мейоз або редукційний поділ - Поділ, який характерний для фази дозрівання статевих клітин або утворення спор у вищих спорових рослин.

Мітоз - безперервний процес, в результаті якого спочатку відбувається подвоєння, а потім рівномірний розподіл спадкового матеріалу між дочірніми клітинами. В результаті мітозу з'являються дві клітини, кожна з них містить стільки ж хромосом, скільки містилося в материнській клітині. Т.к. Хромосоми дочірніх клітин походять від материнських хромосом за допомогою точної реплікації ДНК, їх гени мають однакову спадкову інформацію. Дочірні клітини ідентичні батьківській клітині генетично.
Таким чином, при мітоз відбувається точна передача спадкової інформації від батьківської до дочірніх клітин. Кількість клітин в організмі в результаті мітозу збільшується, що є одним із головних механізмів росту. Слід пам'ятати, що мітоз можуть ділитися клітини з різним хромосомним набором - не тільки диплоїдні (соматичні клітини більшості тварин), але і гаплоїдні (багато водоростей, гаметофіти вищих рослин), триплоїдні (ендосперм покритонасінних) або поліплоїдні.

Існує багато видів рослин та тварин, які розмножуються безстатевим шляхом за допомогою лише одного мітотичного поділу клітин, тобто. Мітоз лежить в основі безстатевого розмноження. Завдяки мітозу відбувається заміщення клітин та регенерація втрачених частин тіла, яке завжди присутнє тією чи іншою мірою у всіх багатоклітинних організмів. Мітотичний поділ клітини протікає під генетичним контролем. Мітоз є центральною подією мітотичного циклу клітини.

Мітотичний цикл — комплекс взаємопов'язаних між собою та хронологічно детермінованих подій, що відбуваються протягом підготовки клітини до поділу та протягом самого поділу клітини. У різних організмів тривалість мітотичного циклу може сильно змінюватись. Найбільш короткі мітотичні цикли зустрічаються у яєць деяких тварин, що дробляться (наприклад, у золотої рибки перші поділу дроблення відбуваються через кожні 20 хвилин). Найпоширеніша тривалість мітотичних циклів – 18-20 годин. Трапляються і цикли тривалістю кілька діб. Навіть у різних органах та тканинах одного організму тривалість мітотичного циклу може бути різною. Так наприклад, у мишей клітини епітеліальної тканини дванадцятипалої кишки діляться кожні 11 годин, худої кишки - кожні 19 годин, а в рогівці ока - кожні 3 доби.

Які саме чинники спонукають клітину до мітозу вченим не відомі. Існує припущення, що головну роль тут грає ядерно-цитоплазматичне співвідношення (співвідношення обсягів ядра та цитоплазми). Є також дані, що клітини, що відмирають, продукують речовини, які можуть стимулювати поділ клітини.

У мітотичному циклі виділяють дві основні події: інтерфазу і власне поділ .

Нові клітини утворюються в ході двох послідовних процесів:

1. мітозу, що призводить до подвоєння ядра;
2. цитокінезу - розділення цитоплазми, при якому з'являються дві дочірні клітини, що містять по одному дочірньому ядру.

На поділ клітини зазвичай йде 1-3 години, отже основна частина життя клітини проходить в інтерфазі. Інтерфазою називається проміжок часу між двома клітинними поділками.Тривалість інтерфази, як правило, становить до 90% від усього клітинного циклу. Інтерфаза складається із трьох періодів: пресинтетичного або G 1 , синтетичного або S, та постсинтетичного або G2.

Пресинтетичний період найтриваліший період інтерфази, його тривалість становить від 10 годин до кількох діб. Відразу після поділу відновлюються риси організації інтерфазної клітини: завершується формування ядерця, відбувається інтенсивний синтез білків у цитоплазмі, що призводить до збільшення маси клітин, утворюється запас попередників ДНК, ферменти, що каталізують реакцію реплікації ДНК і т.д. Тобто. у пресинтетичний період проходять процеси підготовки до наступного періоду інтерфази – синтетичного.

Тривалість синтетичного періоду може відрізнятися: у бактерій - це кілька хвилин, у клітинах ссавців може сягати 6-12 годин. У синтетичний період відбувається подвоєння молекул ДНК – головна подія інтерфази. У цьому кожна хромосома стає двухроматидной, які кількість не змінюється. Одночасно з реплікацією ДНК у цитоплазмі відбувається інтенсивний процес синтезу білків, що входять до складу хромосом.

Незважаючи на те, що період G 2 називають постсинтетичним , Процеси синтезу на цьому етапі інтерфази продовжуються. Постсинтетичним його називають лише тому, що він починається після закінчення процесу синтезу (реплікації) ДНК. Якщо пресинтетичний період здійснюється зростання і підготовка до синтезу ДНК, то постсинтетичний період забезпечується підготовка клітини до поділу, що також характеризується інтенсивними процесами синтезу. У цей час триває процес синтезу білків, які входять до складу хромосом; синтезуються енергетичні речовини та ферменти, які необхідні для забезпечення процесу розподілу клітини; починається спіралізація хромосом, синтезуються білки, необхідні побудови мітотичного апарату клітини (веретена поділу); відбувається зростання маси цитоплазми та сильно збільшується обсяг ядра. Після закінчення постсинтетичного періоду клітина приступає до поділу.

Клітинний цикл

Клітинний цикл - це період існування клітини від моменту її утворення шляхом поділу материнської клітини до власного поділу або смерті.

Тривалість клітинного циклу еукаріотів

Тривалість клітинного циклу в різних клітинах варіюється. Клітини дорослих організмів, що швидко розмножуються, такі як кровотворні або базальні клітини епідермісу і тонкої кишки, можуть входити в клітинний цикл кожні 12-36 год. Короткі клітинні цикли (близько 30 хв) спостерігаються при швидкому дробленні яєць голкошкірих, земноводних та інших тварин. В експериментальних умовах короткий клітинний цикл (близько 20 год) мають багато ліній клітинних культур. У більшості клітин, що активно діляться, тривалість періоду між мітозами становить приблизно 10-24 год.

Фази клітинного циклу еукаріотів

Клітинний цикл еукаріотів складається з двох періодів:

Період клітинного росту, званий «інтерфаза», під час якого йде синтез ДНК та білків та здійснюється підготовка до поділу клітини.

Період клітинного поділу, званий "фаза М" (від слова mitosis - мітоз).

Інтерфаза складається з кількох періодів:

G1-фази (від англ. gap – проміжок), або фази початкового зростання, під час якої йде синтез мРНК, білків, інших клітинних компонентів;

S-фази (від англ. synthesis – синтетична), під час якої йде реплікація ДНК клітинного ядра, також відбувається подвоєння центріолів (якщо вони, звичайно, є).

G2-фази, під час якої відбувається підготовка до мітозу.

У клітин, що диференціюються, більше не діляться, в клітинному циклі може бути відсутній G1 фаза. Такі клітини знаходяться у фазі спокою G0.

Період клітинного поділу (фаза М) включає дві стадії:

мітоз (розподіл клітинного ядра);

цитокінез (розподіл цитоплазми).

У свою чергу мітоз ділиться на п'ять стадій, in vivo ці шість стадій утворюють динамічну послідовність.

Опис клітинного поділу базується на даних світлової мікроскопії у поєднанні з мікрокінозйомкою та на результатах світлової та електронної мікроскопії фіксованих та пофарбованих клітин.

Регулювання клітинного циклу

Закономірна послідовність зміни періодів клітинного циклу здійснюється при взаємодії таких білків, як циклін-залежні кінази та цикліни. Клітини, що знаходяться в фазі G0, можуть вступати в клітинний цикл при дії на них факторів зростання. Різні фактори росту, такі як тромбоцитарний, епідермальний, фактор росту нервів, зв'язуючись зі своїми рецепторами, запускають внутрішньоклітинний сигнальний каскад, що призводить до транскрипції генів циклінів і циклін-залежних кіназ. Циклін-залежні кінази стають активними лише за взаємодії з відповідними циклінами. Зміст різних циклінів у клітині змінюється протягом усього клітинного циклу. Циклін є регуляторною компонентою комплексу циклін-циклін-залежна кіназа. Кіназа є каталітичним компонентом цього комплексу. Кінази не активні без циклінів. На різних стадіях клітинного циклу синтезуються різні цикліни. Так, вміст цикліну B в ооцитах жаби досягає максимуму на момент мітозу, коли запускається весь каскад реакцій фосфорилювання, що каталізуються комплексом циклін-В/циклін-залежна кіназа. До закінчення мітозу циклін швидко руйнується протеїназами.

Контрольні точки клітинного циклу

Для визначення завершення кожної фази клітинного циклу потрібна наявність у ньому контрольних точок. Якщо клітина «проходить» контрольну точку, вона триває «рухатися» по клітинному циклу. Якщо ж будь-які обставини, наприклад пошкодження ДНК, заважають клітині пройти через контрольну точку, яку можна порівняти зі свого роду контрольним пунктом, то клітина зупиняється і іншої фази клітинного циклу не настає принаймні доти, доки не будуть усунені перешкоди, які не дозволяли клітині пройти через контрольний пункт. Існує як мінімум чотири контрольні точки клітинного циклу: точка в G1, де перевіряється інтактність ДНК, перед входженням у S-фазу, звірювальна точка в S-фазі, в якій перевіряється правильність реплікації ДНК, звірювальна точка в G2, в якій перевіряються ушкодження, пропущені при проходженні попередніх точок звіряння, або отримані на наступних стадіях клітинного циклу. У фазі G2 детектується повнота реплікації ДНК і клітини, в яких ДНК недореплікована, не входять до мітозу. У контрольній точці складання веретена поділу перевіряється, чи всі кінетохори прикріплені до мікротрубочок.

Порушення клітинного циклу та утворення пухлин

Збільшення синтезу білка p53 веде до індукції синтезу білка p21 – інгібітора клітинного циклу

Порушення нормальної регуляції клітинного циклу причиною появи більшості твердих пухлин. У клітинному циклі, як уже говорилося, проходження контрольних пунктів його можливе лише у разі нормального завершення попередніх етапів та відсутності поломок. Для пухлинних клітин характерні зміни компонентів звірювальних точок клітинного циклу. При інактивації звірювальних точок клітинного циклу спостерігається дисфункція деяких пухлинних супресорів та протоонкогенів, зокрема p53, pRb, Myc та Ras. Білок p53 є одним з факторів транскрипції, який ініціює синтез білка p21, що є інгібітором комплексу CDK-циклін, що призводить до зупинки клітинного циклу G1 і G2 періоді. Таким чином, клітина, у якої пошкоджена ДНК, не вступає в S-фазу. При мутаціях, що призводять до втрати генів білка p53, або при їх змінах, блокади клітинного циклу не відбувається, клітини вступають у мітоз, що призводить до появи мутантних клітин, більшість з яких є нежиттєздатною, інша - дає початок злоякісним клітинам.

Цикліни - сімейство білків, що є активаторами циклін-залежних протеїнкіназ (CDK) (CDK - cyclin-dependent kinases) - ключових ферментів, що беруть участь у регуляції клітинного циклу еукаріотів. Цикліни отримали свою назву у зв'язку з тим, що їхня внутрішньоклітинна концентрація періодично змінюється в міру проходження клітин через клітинний цикл, досягаючи максимуму на його певних стадіях.

Каталітична субодиниця циклін-залежної протеїнкінази частково активується в результаті взаємодії з молекулою цикліну, яка утворює регуляторну субодиницю ферменту. Утворення цього гетеродимеру стає можливою після досягнення цикліном критичної концентрації. У відповідь зменшення концентрації цикліну відбувається інактивація ферменту. Для повної активації циклін-залежної протеїнкінази має відбутися специфічне фосфорилювання та дефосфорилювання певних амінокислотних залишків у поліпептидних ланцюгах цього комплексу. Одним із ферментів, що здійснюють подібні реакції, є кіназ CAK (CAK - CDK activating kinase).

Циклін-залежна кіназа

Циклін-залежні кінази (англ. cyclin-dependent kinases, CDK) - група білків, що регулюються цикліном та цикліноподібними молекулами. Більшість CDK беруть участь у зміні фаз клітинного циклу; також вони регулюють транскрипцію та процесинг мРНК. CDK є серин\треоніновими кіназами, фосфорилуючи відповідні залишки білків. Відомо кілька CDK, кожна з яких активується одним або більше циклінами та іншими подібними молекулами після досягнення їх критичної концентрації, причому переважно CDK гомологічні, відрізняючись в першу чергу конфігурацією сайту зв'язування циклінів. У відповідь зменшення внутрішньоклітинної концентрації конкретного цикліну відбувається оборотна інактивація відповідної CDK. Якщо CDK активуються групою циклінів, кожен з них як би передаючи протеїнкінази один одному, підтримує CDK в активованому стані тривалий час. Такі хвилі активації CDK виникають протягом G1- та S-фаз клітинного циклу.

Список CDK та їх регуляторів

CDK1; циклін A, циклін B

CDK2; циклін A, циклін E

CDK4; циклін D1, циклін D2, циклін D3

CDK5; CDK5R1, CDK5R2

CDK6; циклін D1, циклін D2, циклін D3

CDK7; циклін H

CDK8; циклін C

CDK9; циклін T1, циклін T2a, циклін T2b, циклін K

CDK11 (CDC2L2); циклін L

Амітоз (або прямий поділ клітини), відбувається в соматичних клітинах еукаріотів рідше, ніж мітоз. Вперше він описаний німецьким біологом Р. Ремаком у 1841 р., термін запропонований гістологом. У. Флеммингом пізніше – 1882г. У більшості випадків амітоз спостерігається в клітинах зі зниженою мітотичною активністю: це старіючі або патологічно змінені клітини, які часто приречені на загибель (клітини зародкових оболонок ссавців, пухлинні клітини та ін.). При амітозі морфологічно зберігається інтерфазний стан ядра, добре видно ядерце та ядерна оболонка. Реплікація ДНК відсутня. Спіралізація хроматину немає, хромосоми не виявляються. Клітина зберігає властиву їй функціональну активність, майже повністю зникає при мітозі. При амітозі ділиться лише ядро, причому без утворення веретена поділу, тому спадковий матеріал розподіляється випадково. Відсутність цитокінезу призводить до утворення двоядерних клітин, які надалі не здатні вступати до нормального мітотичного циклу. При повторних амітоза можуть утворюватися багатоядерні клітини.

Це поняття ще фігурувало у деяких підручниках до 1980-х років. В даний час вважається, що всі явища, що відносяться до амітозу - результат неправильної інтерпретації недостатньо якісно приготовлених мікроскопічних препаратів, або інтерпретації як поділ клітин явищ, що супроводжують руйнування клітин або інші патологічні процеси. У той же час деякі варіанти поділу ядер еукаріотів не можна назвати мітозом або мейозом. Таке, наприклад, розподіл макронуклеусів багатьох інфузорій, де без утворення веретена відбувається сегрегація коротких фрагментів хромосом.