Bevezetés a G1 és G2 fázisokba

Ebben a bejegyzésben megvitatjuk, mi történik a sejtciklus G1 és G2 fázisában. A sejtosztódás azt jelenti, hogy több sejtet kell létrehozni az egy sejt tartalmának megduplázásával, majd ezt a cellát két egyenlő és azonos cellára kell osztani. Ezek a sejtek azonosak a szülősejtekkel. Így növesztjük és helyettesítjük a sérült sejteket.

A sikeres sejtosztódás kulcsa a keletkező sejtek azonos megtartása. A sejtek és a benne lévő DNS integritásának fenntartása ugyanis központi szerepet játszik a fajok túlélésében. Számos organizmus pusztul el a káros DNS-integritás következtében bekövetkező halálos mutációk miatt.

A DNS integritásának fontossága a minőségellenőrző sejtek számában rejlik, amelyek biztosítják, hogy sikeresen szaporodhassanak, amikor kellene vagy amikor nem kellene. A sejtek átmennek a sejtcikluson és a kapcsolódó ellenőrzéseken, hogy minden létrehozott cella tökéletes állapotban legyen-e. A sejtciklusnak két fő fázisa van, a mitotikus fázis és az interfázis.

Az interfázis a sejtciklus leghosszabb fázisa. A sejtnövekedés központi szerepet játszik a sejtciklusban, és ez az elsődleges célja az interfázisnak. Ennek a fázisnak a végén dupla mennyiségű DNS van, a centriolák replikálódtak, és a sejt elég nagy a sejtosztódáshoz. Az interfázist az első növekedési (G1), a szintézis (S) és a második növekedési (G2) fázisokra osztjuk (1. ábra). A sejtek növekedési fázisai – amint feltételezhetitek – a sejt növekedése szempontjából a szintézis fázisában a DNS-replikáció a második növekedési fázisra való felkészülés során következik be.

Itt megnézzük a Az interfázis G fázisai (első és második növekedés). Megvizsgáljuk, mi történik ezekben a fázisokban, mi következik és miért olyan fontosak a biológia megértése szempontjából.

Mi történik a sejtciklus G1-ben?

Bizonyos esetekben mint például az éhezés, vagy amikor a keletkező szövet eléri a megcélzott méretet, a sejtek kilépnek a sejtciklusból, és a G0 nevű sztázisban maradnak (1. ábra). Ezeknek a sejteknek a többsége képes újra belépni a sejtciklusba a G1-nél, ha erre szükség lenne. Az idegsejtek általában nem regenerálódnak; sztázisban maradnak.

A G1-ben a sejtek növekedésük nagy részét teljesítik; nagyobbak lesznek, és fehérjéket és organellákat állítanak elő, amelyek a DNS-szintézis normális működéséhez szükségesek. Itt fehérjéket és RNS-eket szintetizálnak, és különösen a centromert és a centroszómák egyéb komponenseit állítják elő. A sejtek teljesen működőképesek; amellett, hogy megosztó küldetésben vannak, normális funkcióikat is elláthatják. Gerincesekben és diploid élesztőkben a kromoszómaszám ebben a fázisban 2n, míg haploid élesztőkben a kromoszómaszám 1n.

Röviden: az első növekedési fázis az az idő, amikor közvetlenül a születés után (mitózisban) a sejt DNS-szintézisre készül (S fázisban).

Mi történik a sejtciklus G2-ben?

Megnéztük, hogy mi történik az első növekedési fázisban, és mi történik az S fázis a “Mi történik az S-fázisban” című cikkben található; a DNS-replikáció részleteit a “Mi a DNS” című cikk tartalmazza. Most tegyünk egy gyors utat a második növekedési szakaszon, a G2-en.

A második növekedési szakasz az S fázist követi (szintézis). Az S fázis után a sejt minőségellenőrzési ponton megy keresztül, ahol (mint a ciklus minden átmeneti pontjában) ellenőrizzük a DNS integritását. Ezt követően a sejt belép a második növekedési fázisba, ahol a mag burkoló burkolja a magot. Ebben a fázisban két centroszóma alakult ki (az első növekedési fázis jóvoltából); állati sejtekben ezek a centroszómák két centriollal rendelkeznek.

Fontos megjegyezni, hogy az S fázisban replikált DNS még nem kondenzálódott kromoszómákká. A sejtosztódáshoz szükséges organellumok (M fázisban) szintetizálódnak az S fázisban is. Azok a mikrotubulusok, amelyek a kromoszómák M fázisban történő mobilizálására szolgálnak, a G2-nél állnak össze.

Most a G2 során teljesített összes feladatot csak akkor lehet megfelelően teljesíteni, ha a G2 előtti események a tervek szerint haladtak. A pitstopok, az úgynevezett ellenőrző pontok, kizárólag azzal a céllal vannak jelen, hogy a sejt sikeresen elvégezze az összes feladatot, amelyet minden fázis után el kell érnie.A cellaciklus három ellenőrző pontról áll, nevezetesen M / G1 (Exit M), G1 / S (Enter S) és G2 / M (Enter M).

Checkpoints

Kilépés az M-ből és az S ellenőrzési pontok megadása

Mielőtt a cella belépne az interfázis G1 fázisába, átmegy az Exit M ellenőrző ponton. Itt ellenőrizzük a sejtet, hogy megbizonyosodjon arról, hogy befejezte-e a mitózis fázist és készen áll-e az első növekedési fázisra. Pontosabban, a sejteket ellenőrizzük, hogy meggyőződtek-e arról, hogy befejezték-e a sejtosztódást, és hogy a kromoszómák megfelelően illeszkednek-e egymáshoz, és hogy biztosak legyenek-e az orsókon.

Mielőtt a sejt elkötelezi magát az S fázis mellett, átmegy a G1 / S ellenőrzőpont, más néven Enter S, ahol ellenőrizzük a sejt tápláltsági állapotát és a DNS integritását. Ez egy különösen fontos lépés az egy S-fázisba lépő sejt számára. Élesztőben a sejtméretet használjuk proxyként annak meghatározásához, hogy készen áll-e a következő fázisra való átjutásra.

A sejtek ciklusának előrehaladásának idejét és módját szigorúan szabályozza számos szabályozó fehérje . Ezek a fehérjék két csoportba sorolhatók, ezeket ciklineknek és ciklinfüggő kinázoknak (Cdks) nevezik. A Cdks aktivitása a ciklinekkel együtt ingadozik. A ciklinek olyan fehérjék, amelyek szabályozzák a sejtciklus időzítését. Szintjük ingadozik a sejtciklusban, innen ered a nevük is.

A késői mitózisban a Cdc14 (egy foszfatáz) túszul esik a nukleolusokban; ez megakadályozza az APC-specifitási tényező (Cdh1) aktiválódását, amely szükséges a downstream ciklinek poliubiquitinálásához. Ez megakadályozza az érést elősegítő faktor (egy ciklin / CDK komplex) aktivitásának szükséges csökkenését, amely megállítja a progressziót telofázissá.

A telofázis elég hosszú ideig tart annak ellenőrzésére, hogy a kromoszómák megfelelően elkülönültek-e. Ezt megerősítve a Cdc14 felszabadul. A kapcsolódó downstream kaszkád az MPF alacsonyabb szintjéhez vezet, ami a sejt előrehaladását indítja el a telofázon túl, kilépve a mitózis fázisból és belépve a G1-be. Minden, ami a telofázisban és az ebből eredő citokinézisben történik, a mitózisból való kilépésnek nevezzük.

A mitózis fázis után a sejt belép a G1 fázisba. Belépéskor a DNS pre-replikációs komplexek az S fázisban a DNS replikációra felkészülő origón helyezkednek el. A G1 ciklin-CDK (ciklin D / CDK2) inaktiválja a Cdh1-et, ezáltal aktiválva az S-fázisú ciklin-CDK komponensek (például a ciklin E / CDK2) expresszióját. Az S fázisú ciklin-CDK komplex inhibitora foszforilezett, jelezve, hogy 5 SCF / proteaszóma által lebomlik. Ez a művelet szabadon hagyja a ciklin-CDK komplexet a sejt elindítására vagy mozgatására a ciklus következő fázisába, az S fázisba. Ez a jelátviteli kaszkád önmagában meglehetősen konzervált a csoportok között, de a specifikus ciklinek és CDK-k változhatnak.

Úgy tűnik, hogy a G1 ellenőrző pont a sejt sorsának meghatározója a sejtciklusban. Ha egy sejt zöld lámpát kap a G1 ellenőrző ponton, akkor általában körbejárja (befejezi a ciklust és elosztja). Ellenkező esetben teljesen kilép a ciklusból, belépve a G0 fázisba.

Írja be az M billentyűt és a G2 fázis szabályozása

Az Enter M ellenőrző pont befolyásolja a kilépést a G2 fázisból. A sejtciklus minden átmeneténél a sejteket folyamatosan ellenőrzik a DNS-integritás szempontjából, ahol (az S -ből a G2 -be történő átmenet esetén) az újonnan duplikált DNS-t mutációk szempontjából ellenőrzik és szükség esetén rögzítik. Miután ezt az átmeneti fázist leteltük, a cella készen áll a G2 fázisra. A ciklinek és a ciklin-függő kináz-komplexek (CDK-k) szintén szabályozzák az átmenetet, hasonlóan a G1-hez.

A ciklinek és CDK-k aktivitását foszforilezéssel szabályozzák (egy CDK-t aktiváló kináz; CAK) és a CDK-k ATP-kötő helyének specifikus maradványainak (általában tirozin) defoszforilezése (általában foszfatáz KAP segítségével).

Az Enter M ellenőrzőpont kontrollja többnyire hasonló az eukariótákon, a legtöbb ciklin és ezek csoportja CDK-k, amelyek homológokkal rendelkeznek különböző eukarióta csoportokban. Itt példaként a hasadási élesztőre (Schizosaccharomycespombe) fogunk koncentrálni. Négy fehérje vesz részt a CDK protein kináz aktivitásának szabályozásában hasadó élesztőben a mitózisba való belépés szabályozásában. Mielőtt folytatnánk, érdemes megjegyezni, hogy a hasadási élesztőnek csak egy CDK-ja van, míg a gerinceseknek CDK-családja van. (MPF). A Wee1 nevű protein-tirozin kináz ennek a komplexnek az inhibitoraként működik, mivel a CDK alegység 15 tirozinját foszforilezi. Ezután egy CAK egy aktiváló treonin 161-et foszforilez. Ez a kettős foszforilezés inaktiválja az MPF-et, és késlelteti a sejt progresszióját a G2-ből az M-fázisba. Egy foszfatáz, a Cdc25 jön, és defoszforilálja a tirozint, ezáltal aktiválja az MPF-et. A rendkívül aktív MPF most megkönnyítheti a sejtet, és tovább tudja vinni a mitotikus fázisba.Itt ismét ugyanazt a kérdést teszik fel: “a cella egy újabb sejtciklus-útra szánta-e, vagy ki kell-e lépnie?” A döntés meghozatala után a cella átmegy vagy kijön.

Miben különbözik a G1 a G2-től?

Reméljük, hogy ezt már felmérte a fenti szakaszokból. Itt van a lényeg az egész fázis magában foglalja a sejtnövekedést és a sejtosztódást, ezt tudjuk. A növekedési fázisok egyik lényeges különbsége, hogy az első növekedési fázis a sejtnövekedésről szól, míg a G2 a sejtosztódásról. Fontos, hogy teljes mértékben megismerjük a ezek a hiányosságok (a fentiekben vázoltak).

Miért olyan fontosak az interfázis G1 és G2 fázisai a biológia megértésében?

A sejtciklus elsődleges célja a sejtosztódás. Ha a növekedési fázisok nem töltik be a szerepüket, akkor a sejt minden sejtosztódáskor felére csökken, amíg nincs mit osztani. Ennek oka, hogy a DNS-replikáció nem valósulna meg sikeresen az első növekedési fázisban szintetizált szükséges fehérjék és organellák nélkül.

Hogy hangsúlyozzuk ezeknek a fázisoknak a fontosságát, megnézzük, mi a boldogság ns, ha rosszul mennek. A sejtciklus tévedésének egyik híres példája a rák. Egyszerűen fogalmazva: a rák ellenőrizetlen sejtnövekedés. A rákban a sejtek elveszítik képességüket megmondani, ha megsérültek, és ki kell lépniük a ciklusból, és lehetőleg apoptózison kell átmenniük (programozott sejthalál).

A rák a sejtciklus-kontroll hibáiból származik (tumor szupresszorok és proto-onkogének). Ha a tumorelnyomók nem képesek lassítani a sejtciklust a sejtek integritásának ellenőrzése érdekében, akkor a sejt a DNS szintézisébe léphet, mielőtt készen állna, ami hibás DNS-replikációt eredményezhet.

Ahhoz, hogy egy sejt DNS-replikáción menjen át mielőtt készen állna, katasztrofális lenne. Hogy is, kérdezed? A sejtciklus időzítését szabályozó fehérjéket a DNS kódolja. Tehát, ha valami rosszul megy a replikációban, valószínűleg hibák halmozódnak fel, és sok más kódoló régiót érinthetnek, amelyek között más régiók is lehetnek, amelyek még több szabályozót kódolnak. Ez ahhoz vezetne, hogy a sejtciklus teljesen elromlik, ami szaporodó tumorsejtekhez vezet. Ha ezek a sérült sejtek behatolnak más szervekbe vagy szövetekbe, az érintett egyén halálát okozhatják.

Most, hogy átéltük a komorságot és a végzetet, koncentráljunk egy adott problémára – a G1 kudarcára. Először is, a G1 eldönti, hogy egy sejt mikor tud osztódni a környezeti feltételek, az egészség és a sejtméret alapján. Ha ezt a döntést visszavonnák, a sejt egészségét nem ellenőriznék, és még egyszer károsodott sejtek mennének át az S fázisba, mielőtt készen állnak.

Tegyük fel, hogy a sejt az első növekedési fázison halad át éppen rendben van, de ütközik egy akadálynál a G2-nél. Ez azt jelentené, hogy például a mikrotubulusok nem gyülekeznek itt, vagyis a kromoszómák nincsenek mobilizálva. Ez nagy valószínűséggel diszjunkcióhoz vezet, és ezért egyenlőtlen számú kromoszómával rendelkező sejtekhez vezet.

A rések (1 és 2) elengedhetetlenek a DNS replikáció és a mitózis megőrzéséhez. Hogy is, kérdezed? Térjünk vissza a hibás DNS-replikációhoz, ha a replikáló DNS kondenzációba kerül, mielőtt még készen állna, hogy megszakadna. Ezenkívül, ha a replikáció közvetlenül a mitózis előtt következik be, akkor a genetikai anyag egyenlőtlen elválasztását eredményezi. Ezért fontos, hogy a sejtek előkészítése érdekében a replikációt és a mitózist elkülönítsük a G fázisoktól. A DNS-replikáció és a mitózis olyan fontos esemény, hogy a G-fázisok és az ellenőrzési pontok esélye arra, hogy ellenőrizzék a sejt integritását, mielőtt ezek az események bekövetkeznének, szükséges óvintézkedés.

Ezekben a fázisokban történõ megértés központi jelentõségû a mi annak megértése, hogy mi megy rosszul a rákban.

Következtetés

Ez egy bevezető biológiai áttekintés a sejtciklus G fázisairól; korántsem teljeskörű fedezete ennek a komplex témának. A sejtciklus minden eukarióta létének létfontosságú része. Mint ilyen, fontos, hogy szorosan ellenőrizzék (daganatszuppresszorok és proto-onkogének segítségével).

A növekedési fázisok talán a sejttartás legkritikusabb fázisai. Mi történik a sejtciklus G1-ben? A G1 a szükséges fehérjék és organellák előállításával a mitózisból frissen előkészíti a sejteket egy újabb DNS-replikációs körre. G1 és G2, bár mindkettő növekedési fázis eltérő. Tehát mi történik a sejtciklus G2-ben? A második növekedési fázis az újonnan replikált DNS-sel előkészíti a sejteket a mitózis fázisába való belépéshez, a szükséges organellák elhelyezésével a mitózishoz. és prokarióták.

Biológiai gyakorlatot keres?

Indítsa el biológiai előkészítőjét Alberttel. Kezdje még ma az AP® vizsgafelkészítést.