Introducere în fazele G1 și G2

În această postare, vom discuta ce se întâmplă în fazele G1 și G2 ale ciclului celular. Diviziunea celulară presupune realizarea mai multor celule prin duplicarea conținutului unei celule și apoi împărțirea acestei celule în două celule egale și identice. Aceste celule sunt identice cu celula părinte. Acesta este modul în care creștem și înlocuim celulele rănite.

Cheia unei diviziuni celulare de succes este păstrarea celulelor rezultate identice. Acest lucru se datorează faptului că menținerea integrității celulei și a ADN-ului conținut este esențială pentru supraviețuirea speciilor. Multe organisme pier din cauza mutațiilor letale rezultate din integritatea ADN-ului compromis.

Indiciul asupra importanței integrității ADN-ului constă în numărul de controale de calitate pe care celulele le pun în aplicare pentru a se asigura că pot prolifera cu succes atunci când ar trebui sau când nu ar trebui. Celulele parcurg ciclul celular și verificările asociate pentru a se asigura că fiecare celulă creată este în stare perfectă. Ciclul celular are două faze majore, faza mitotică și interfaza.

Interfaza este cea mai lungă fază a ciclului celular. Creșterea celulară este esențială pentru ciclul celular și acesta este scopul principal al interfazei. La sfârșitul acestei faze, există o cantitate dublă de ADN, centriolii s-au reprodus, iar celula este suficient de mare pentru diviziunea celulară. Interfaza este împărțită în prima fază de creștere (G1), sinteză (S) și a doua fază de creștere (G2) (figura 1). Fazele de creștere sunt, după cum probabil ați bănuit, pentru creșterea celulei, în timpul fazei de sinteză, replicarea ADN are loc în pregătirea celei de-a doua faze de creștere.

Aici vom arunca o privire asupra Fazele G (prima și a doua creștere) ale interfazei. Vom analiza ce se întâmplă în aceste faze, ce urmează și de ce sunt atât de importante pentru înțelegerea noastră a biologiei.

Ce se întâmplă în G1 din ciclul celular?

În unele cazuri, cum ar fi foametea sau când țesutul în curs de generare a atins dimensiunea vizată, celulele vor ieși din ciclul celular și vor rămâne în stază numită G0 (figura 1). Cele mai multe dintre aceste celule sunt capabile să reintră în ciclul celular la G1 dacă ar apărea vreodată nevoia. Celulele nervoase nu se regenerează în mod normal; rămân în stază.

În G1, celulele realizează cea mai mare parte a creșterii lor; devin mai mari ca mărime și produc proteine și organite necesare funcțiilor normale de sinteză a ADN-ului. Aici sunt sintetizate proteinele și ARN-urile și, mai ales, sunt fabricate centromerul și celelalte componente ale centrosomilor. Celulele sunt pe deplin funcționale; pe lângă faptul că se află într-o misiune de divizare, își pot îndeplini și funcțiile normale. La vertebrate și drojdii diploide numărul cromozomilor este de 2n în această fază, în timp ce la drojdiile haploide numărul cromozomului este de 1n.

Pe scurt, prima fază de creștere este momentul în care imediat după naștere (în mitoză) celula se pregătește pentru sinteza ADN-ului (în faza S).

Ce se întâmplă în G2 al ciclului celular?

Am analizat ce se întâmplă în prima fază de creștere și ce se întâmplă în faza S se află articolul „Ce se întâmplă în faza S”; detaliile replicării ADN sunt furnizate în „Ce este ADN”. Acum să facem o călătorie rapidă prin a doua fază de creștere, G2.

A doua fază de creștere urmează faza S (sinteză). După faza S, celula trece printr-un punct de control al calității în care (ca în fiecare punct de tranziție al ciclului) este verificată integritatea ADN-ului. După aceasta, celula intră în a doua fază de creștere în care anvelopa nucleară învelește nucleul. În această fază s-au format doi centrosomi (datorită primei faze de creștere); în celulele animale, acești centrosomi au doi centrioli.

Este important de menționat că ADN-ul replicat în faza S nu s-a condensat încă în cromozomi. Organele necesare diviziunii celulare (în faza M) sunt sintetizate și în faza S. Microtubulii care vor fi utilizați pentru mobilizarea cromozomilor în faza M sunt asamblate la G2.

Acum, toate sarcinile îndeplinite în timpul G2 pot fi realizate în mod corespunzător numai dacă evenimentele dinaintea G2 au decurs conform planului. Punctele de verificare denumite opriri în groapă sunt prezente cu singurul scop de a se asigura că celula a terminat cu succes toate sarcinile pe care ar trebui să le îndeplinească după fiecare fază.Ciclul celulei cuprinde trei puncte de control, și anume, M / G1 (Exit M), G1 / S (Enter S) și G2 / M (Enter M).

Checkpoints

Ieșiți M și introduceți punctele de control S

Înainte ca celula să intre în faza G1 a interfazei, trece prin punctul de control Ieșire M. Aici celula este verificată pentru a se asigura că a finalizat faza de mitoză și că este pregătită pentru prima fază de creștere. Mai exact, celulele sunt verificate pentru a vedea dacă au finalizat diviziunea celulară și dacă cromozomii s-au aliniat corect și pentru a se asigura că sunt atașați la fusuri.

Înainte ca celula să se angajeze în faza S, trece prin punctul de control G1 / S, numit și Enter S, unde se verifică starea nutrițională a celulei și integritatea ADN-ului. Acesta este un pas deosebit de important pentru o celulă pe cale să intre în faza S. În drojdie, dimensiunea celulei este utilizată ca un proxy pentru a determina dacă este gata să treacă la faza următoare.

Când și cum progresează celulele prin ciclul celular este strict controlat de o mulțime de proteine reglatoare. . Aceste proteine se încadrează în două grupe numite cicline și kinaze dependente de ciclină (Cdks). Activitatea Cdks fluctuează odată cu ciclinele. Ciclinele sunt proteine care reglează momentul ciclului celular. Nivelurile lor fluctuează în ciclul celular, de unde și numele lor.

Târziu în mitoză, Cdc14 (o fosfatază) este ținută ostatică în nucleoli; acest lucru împiedică activarea factorului de specificitate APC (Cdh1) care este necesar pentru a polubiquitina ciclinele din aval. Acest lucru previne scăderea necesară a activității factorului de promovare a maturizării (un complex ciclinic / CDK) care oprește progresia în telofază.

Telofaza este prelungită suficient de mult timp pentru a verifica dacă cromozomii s-au separat separat. Odată confirmat acest lucru, Cdc14 este lansat. Cascada în aval asociată duce la niveluri scăzute ale MPF care determină progresia celulei trecând prin telofaza, ieșind din faza de mitoză și intrând în G1. Tot ceea ce se întâmplă în telofază și citokineza rezultată este ceea ce ne referim la o ieșire din mitoză.

După faza de mitoză, celula intră în faza G1. La intrare, complexele de pre-replicare a ADN-ului se poziționează la origini care se pregătesc pentru replicarea ADN în faza S. G1 ciclină-CDK (ciclină D / CDK2) dezactivează Cdh1, activând astfel expresia componentelor ciclinei-CDK în fază S (de exemplu, ciclină E / CDK2). Inhibitorul complexului ciclină-CDK în faza S este fosforilat, marcându-l pentru degradare cu 5 SCF / proteazom. Această acțiune lasă complexul ciclină-CDK liber să inițieze sau să mute celula de-a lungul fazei următoare a ciclului, faza S. Această cascadă de semnalizare în sine este destul de conservată între grupuri, dar ciclinele specifice și CDK-urile lor pot varia.

Punctul de control G1 pare a fi determinantul destinului celulei în ciclul celular. Dacă o celulă primește lumină verde la punctul de control G1, de obicei face runde (completând ciclul și împărțind). În caz contrar, iese complet din ciclu, intrând în faza G0.

Introduceți M și Regulamentul fazei G2

Punctul de control Enter M influențează ieșirea din faza G2. La fiecare tranziție a ciclului celular, celulele sunt verificate continuu pentru integritatea ADN-ului, unde (în cazul tranziției S în G2) ADN-ul nou duplicat este verificat pentru mutații și fixat, dacă este necesar. Odată ce această fază de tranziție este trecută, celula este gata pentru faza G2. Ciclinele și complexele kinazelor dependente de ciclină (CDK) controlează, de asemenea, tranzițiile aici, la fel ca în G1.

Activitatea ciclinelor și a CDK-urilor lor este reglată prin fosforilare (printr-o kinază care activează CDK; CAK) și defosforilarea (de către o fosfatază KAP) a reziduurilor specifice (de obicei tirozină) ale situsului de legare ATP al CDK-urilor.

Controlul punctului de control Enter M este în mare parte similar între eucariote, cu majoritatea ciclinelor și a acestora CDK care au omologi în diferite grupuri eucariote. Aici ne vom concentra pe drojdia de fisiune (Schizosaccharomycespombe) ca exemplu. Patru proteine sunt implicate în reglarea activității protein kinazei CDK în drojdia de fisiune în controlul intrării în mitoză. Înainte de a continua, merită menționat faptul că drojdia de fisiune are un singur CDK, în timp ce vertebratele au o familie de CDK.

În drojdia de fisiune, ciclina mitotică, Cdc13, formează un complex cu CDK pentru a forma factorul de promovare a maturării. (MPF). Proteina-tirozin kinază numită Wee1 acționează ca un inhibitor al acestui complex prin fosforilarea tirozinei 15 a subunității CDK. Apoi, un CAK fosforilează o treonină activatoare 161. Această fosforilare dublă inactivează MPF, întârziind progresia celulei de la G2 în faza M. O fosfatază, Cdc25, apare și defosforilează tirozina, activând astfel MPF. MPF extrem de activ poate acum ameliora celula și o poate muta de-a lungul fazei mitotice.

Din nou, celula intră în mitoză, scufundându-se și apoi intrând în G1.Aici, se pune din nou aceeași întrebare, „este celula destinată pentru o altă excursie cu ciclul celular sau ar trebui să iasă?” Odată luată decizia, celula trece sau iese.

În ce este diferit G1 de G2?

Sperăm că ați evaluat deja acest lucru din secțiunile de mai sus. Iată esențialul O diferență semnificativă între fazele de creștere este că prima fază de creștere este legată de creșterea celulară, în timp ce G2 este legată de diviziunea celulară. Este important să înțelegem pe deplin rolurile aceste lacune (prezentate mai sus).

De ce sunt atât de importante fazele G1 și G2 ale interfazei în Înțelegerea noastră despre biologie?

Scopul principal al ciclului celular este divizarea celulară. Dacă fazele de creștere nu își îndeplinesc rolurile, atunci celula ar fi înjumătățită la fiecare diviziune celulară până când nu va mai fi nimic de divizat. Acest lucru se datorează faptului că replicarea ADN nu ar fi realizată cu succes fără proteinele și organitele necesare sintetizate în prima fază de creștere.

Pentru a sublinia cât de importante sunt aceste faze, vom arunca o privire la ce se întâmplă ns dacă greșesc. Un exemplu celebru al ciclului celular greșit este cancerul. Pur și simplu, cancerul este o creștere necontrolată a celulelor. În cancer, celulele își pierd capacitatea de a spune când sunt deteriorate și ar trebui să iasă din ciclu și, de preferință, să treacă prin apoptoză (moarte celulară programată).

Cancerul rezultă din defecte ale controlului ciclului celular (tumoră supresoare și proto-oncogene). Dacă supresoarele tumorale nu reușesc să încetinească ciclul celular pentru verificarea integrității celulare, atunci celula poate continua sinteza ADN înainte de a fi gata, rezultând o replicare defectuoasă a ADN-ului.

Pentru ca o celulă să treacă prin replicarea ADN înainte este gata ar fi dezastruos. Cum da, întrebi? Proteinele care controlează momentul ciclului celular sunt codificate de ADN. Astfel, dacă ceva nu merge bine în replicare, este posibil ca greșelile să se acumuleze și să afecteze multe alte regiuni de codificare, printre care pot fi și alte regiuni care codifică și mai multe regulatoare. Acest lucru ar duce la eliminarea completă a ciclului celular, ducând la proliferarea celulelor tumorale. Dacă aceste celule deteriorate invadează alte organe sau țesuturi, acestea pot duce la moartea individului afectat.

Acum că am trecut prin întunericul general și pericol, să ne concentrăm pe o problemă specifică – eșecul G1. În primul rând, G1 decide când o celulă se poate diviza în funcție de condițiile de mediu, de sănătate și de dimensiunea celulei. Dacă această decizie va fi eliminată, starea de sănătate a celulei ar rămâne necontrolată și, încă o dată, celulele deteriorate trec în faza S înainte ca acestea să fie gata.

Să presupunem că celula trece prin prima fază de creștere doar bine, dar se loveste de un obstacol la G2. Acest lucru ar însemna că microtubulii, de exemplu, nu se adună aici, ceea ce înseamnă că cromozomii nu sunt mobilizați. Acest lucru ar duce cel mai probabil la non-disjuncție și, prin urmare, la celule cu un număr inegal de cromozomi.

Lacunele (1 și 2) sunt esențiale pentru protejarea replicării ADN și a mitozei. Cum da, întrebi? Să ne întoarcem la replicarea ADN greșită dacă ADN-ul de replicare intră în condens înainte de a fi gata să se rupă. De asemenea, dacă replicarea are loc chiar înainte de mitoză, atunci veți obține o separare inegală a materialului genetic. Astfel, este important să păstrăm replicarea și mitoza separate de fazele G pentru a pregăti celulele. Replicarea ADN-ului și mitoza sunt evenimente atât de importante, încât a avea șansa fazelor G și a punctelor de control) de a verifica integritatea celulei înainte ca aceste evenimente să se întâmple este o măsură de precauție necesară. înțelegerea a ceea ce nu merge în cancer.

Concluzie

Aceasta este o prezentare introductivă a biologiei a fazelor G ale ciclului celular; nu este în niciun caz o acoperire exhaustivă a acestui subiect complex. Ciclul celular este o parte atât de vitală a existenței tuturor eucariotelor. Ca atare, este important ca acesta să fie bine controlat (de supresori tumorali și proto-oncogeni).

Fazele de creștere sunt, probabil, cele mai critice faze ale ciclului celular. Ce se întâmplă în G1 al ciclului celular? G1 pregătește celulele proaspete din mitoză pentru o altă rundă de replicare a ADN-ului, realizând proteinele și organitele necesare. G1 și G2, deși ambele sunt faze de creștere sunt diferite. Deci, ce se întâmplă în G2 al ciclului celular? A doua fază de creștere începe să pregătească celulele cu ADN nou replicat pentru intrarea în faza de mitoză prin punerea în funcțiune a organelor necesare pentru mitoză.

Ciclul celular este o parte vitală a persistenței continue a tuturor eucariotelor. și procariote.

Căutați practică de biologie?

Începeți pregătirea de biologie cu Albert. Începeți pregătirea pentru examenul AP® astăzi.