Из 24 часов клеточного цикла g1 фаза составляет
G1-фа́за (от англ. Gap 1 phase) – первая из четырёх фаз клеточного цикла эукариотических клеток. На этом этапе интерфазы клетка увеличивается в размерах и синтезирует мРНК и белки, готовясь к последующему после интерфазы митозу. G1-фаза завершается с началом S-фазы интерфазы.
Общая характеристика[править | править код]
G1-фаза вместе с S-фазой и G2-фазой составляет длинный период роста клетки – интерфазу, которая предшествует клеточному делению – митозу (М-фаза)[1].
В течение G1-фазы клетка увеличивается в размерах и синтезирует мРНК и белки, необходимые для синтеза ДНК. Когда клетка достигает необходимых размеров, а необходимые белки уже синтезированы, клетка вступает в следующую фазу клеточного цикла – S-фазу. Продолжительность каждой фазы, в том числе и G1-фазы, отличается в разных типах клеток. В соматических клетках человека клеточный цикл длится около 18 часов, и на G1-фазу приходится около трети этого времени[2]. Однако у зародышей шпорцевой лягушки (Xenopus), морских ежей (Echinoidea) и дрозофилы (Drosophila) G1-фаза слабо выражена и представляет промежуток, если и он есть, между окончанием митоза и S-фазой[2].
G1-фаза и другие фазы клеточного цикла могут зависеть от факторов роста, таких как питательные вещества, температура и пространства для роста. Для синтеза мРНК и белков должно присутствовать достаточное количество аминокислот. Для роста клеток оптимальны физиологические температуры. У человека нормальная физиологическая температура составляет около 36,5 °C (под мышкой)[1].
G1-фаза особенно важна для клеточного цикла, потому что в этот период клетка определяет, будет ли она делиться или покинет клеточный цикл[2]. Если клетка остаётся неделящейся вместо перехода в S-фазу, она покидает G1-фазу и переходит в состояние покоя, называемое G0-фазой. Вновь вернуться в G1-фазу из G0-фазы сложно, но возможно[1].
На протяжении G1-фазы клетка остаётся диплоидной (2n). Это означает, что клетка содержит двойной набор хромосом, специфических для данного вида, а ДНК ещё не была реплицирована перед клеточным делением. Генетический материал находится в виде хроматина или слабо спирализованных цепей ДНК. Гаплоидные эукариотические организмы, например, некоторые дрожжи, имеют только один набор хромосом (1n). В течение G1-фазы клетка ещё только готовится к репликации ДНК, и её генетический материал ещё не копирован (это происходит в S-фазе)[1].
Регуляция G1-фазы[править | править код]
В клеточном цикле существует чёткий набор инструкций, известный как контрольная система клеточного цикла, которая контролирует продолжительность и координацию фаз клеточного цикла, чтобы обеспечить правильный порядок их протекания. Биохимические пусковые устройства, известные как циклин-зависимые киназы, запускают этапы клеточного типа в нужное время и обеспечивают правильный порядок, чтобы предотвратить ошибки[2].
В клеточном цикле есть три контрольные точки: G1/S-контрольная точка (переход из G1-фазы в S-фазу) или стартовая точка у дрожжей, G2/M-контрольная точка и точка веретена[1].
Биохимические регуляторы G1-фазы[править | править код]
В течение G1-фазы активность G1/S-циклинов значительно повышается к концу G1-фазы. Эти циклины инициируют некоторые ранние процессы, связанные с клеточным делением, как, например, удвоение центросом у позвоночных, формирование веретена у дрожжей, однако по большей части они ответственны за активацию комплексов S-циклинов[2].
Комплексы циклинов, активных в другие фазы клеточного цикла, находятся в эту фазу в неактивном состоянии, чтобы соответствующие клеточные процессы не проходили в неправильном порядке. В G1-фазе существует три способа подавления активности циклинзависимых киназ: гены-ингибиторы при помощи регуляторных белков подавляют трансляцию главных циклиновых генов; активируется комплекс стимуляции анафазы, который направленно подавляет S- и M-циклины (но не G1/S-циклинов) и, наконец, высокая концентрация ингибиторов циклинзависимых киназ[2].
Точка рестрикции[править | править код]
В G1-фазе точка рестрикции (R) отличается от остальных контрольных точек, поскольку она не определяет специальное состояние клетки, идеальное для перехода в следующую фазу, а меняет дальнейшее направление жизни клетки. У позвоночных после того, как клетка пробыла в G1-фазе около трёх часов, она вступает в точку рестрикции, где клетка решает, пойдёт ли она дальше по клеточному циклу или же перейдёт в стадию покоя – G0-фазу[3].
Эта точка также разделяет G1-фазу на две половины: премитотическую и постмитотическую. Между началом G1-фазы (которая начинается в новой клетке после митоза) и R клетка находится в G1-постмитотической подфазе или постмитотической фазе. После R и перед S-фазой клетку называют находящейся в G1-пресинтетической подфазе или пресинтетической фазе G1-фазы[4].
Чтобы клетка прошла через G1-постмитотическую фазу, необходимо высокое содержание факторов роста и стабильный уровень синтеза белков, иначе клетка перейдёт в G0-фазу[4].
Некоторые авторы утверждают, что точка рестрикции и G1/S-точка есть одно и то же[1][2], но в более новых работах выяснилось, что это – две различные точки G1-фазы, в которых отмечается прогресс клетки. Первая, точка рестрикции, зависит от факторов роста и определяет, уходить ли клетке в G0-фазу, в то время как вторая контрольная точка зависит от питательных веществ и определяет, уходить ли клетке в S-фазу[3][4]. Некоторые разногласия между исследователями приписывают тому, что одни из них изучали клетки млекопитающих, а другие – дрожжей[3].
G1/S-контрольная точка[править | править код]
G1/S-контрольная точка находится между началом G1-фазы и S-фазы, в которой определяется переход клетки в S-фазу. Факторами, из-за которых клетка может не вступить в S-фазу, могут быть недостаток факторов роста, повреждения ДНК и другие особые обстоятельства.
В этой точке образование комплексом G1/S-циклинов и циклинзависимых киназ (ЦЗК) подводит клетку к вступлению в новый цикл деления. Потом эти комплексы активируют S-ЦЗК комплексы, которые подводят клетку к репликации ДНК в S-фазе. Одновременно с этим активность комплекса стимуляции анафазы значительно уменьшается, что позволяет активироваться S- и М-циклинам.
Если клетка не может перейти в S-фазу, она вступает в покоящуюся G0-фазу, где нет ни клеточного роста, ни деления[1].
G1-фаза и рак[править | править код]
Во многих источниках подтверждается, что нарушения в G1-фазе и G1/S-контрольной точке приводят к неконтролируемому росту опухолей. В случаях, когда нарушения затрагивают G1-фазу, это происходит главным образом потому, что гены, кодирующие регуляторные белки, семейства E2F приобретают неограниченную активность и увеличивают экспрессию генов G1/S-циклинов, в результате чего клетка неконтролируемо вновь и вновь вступает в клеточный цикл[2].
Однако лекарства против некоторых форм рака также действуют на G1-фазу клеточного цикла. При многих видах рака, в том числе рака молочной железы[5] и рака кожи[6], можно предотвратить разрастание опухоли, не давая опухолевым клеткам вступать в G1-фазу, предотвращая деление и распространение клеток.
Примечания[править | править код]
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Lodish, Harvey, et al. Molecular Cell Biology. 6th. New York City: W.H. Freeman and Company, 2008. .
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Morgan, David. The Cell Cycle: Principals of Control. London: New Science Press LTD, 2007. .
- ↑ 1 2 3 Foster, David A., Paige Yellen, et al. “Genes Cancer.”Genes Cancer. 1.11 (2010): 1124-1131. Web. 19 Nov. 2012. doi=10.1177/1947601910392989.
- ↑ 1 2 3 Zetterberg, A., O. Larrsen, and K.G. Wilman. «Current Opinion in Cellular Biology.» Current Opinion in Cellular Biology. 7.6 (1995): 835-42. .
- ↑ Wali, Vikram B.; Bachawal, Sunitha V., Sylvester, Paul W. Combined Treatment of γ-Tocotrienol with ins Induce Mammary Tumor Cell Cycle Arrest in G1 (англ.) // Experimental Biology and Medicine : journal. – 2009. – June (vol. 234, no. 6). – P. 639-650. – doi:10.3181/0810-RM-300.
- ↑ Ye, Yan; et alia. Atractylenolide II induces G1 cell-cycle arrest and apoptosis in B16 melanoma cells (англ.) // Journal of Ethnopharmacology (англ.)русск. : journal. – 2011. – June (vol. 136, no. 1). – P. 279-282. – doi:10.1016/j.jep.2011.04.020.
Источник
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 мая 2020; проверки требуют 6 правок.
Кле́точный цикл – период существования клетки от момента её образования путём деления материнской клетки до собственного деления или гибели.
Длительность клеточного цикла эукариот[править | править код]
Длительность клеточного цикла у разных клеток разная. Быстро размножающиеся клетки взрослых организмов, такие как кроветворные или базальные клетки эпидермиса и тонкой кишки, могут входить в клеточный цикл каждые 12-36 ч. Короткие клеточные циклы (около 30 мин) наблюдаются при быстром дроблении яиц иглокожих, земноводных и других животных. В экспериментальных условиях короткий клеточный цикл (около 20 ч) имеют многие линии клеточных культур. У большинства активно делящихся клеток длительность периода между митозами составляет примерно 10-24 ч.
Фазы клеточного цикла эукариот[править | править код]
Клеточный цикл эукариот состоит из двух периодов:
- период клеточного роста (интерфаза), во время которого идет синтез ДНК и белков и осуществляется подготовка к делению клетки. Состоит из нескольких стадий:
- G1-фазы (от англ. gap – промежуток), или фазы начального роста, во время которой идет синтез мРНК, белков, других клеточных компонентов;
- S-фазы (от англ. synthesis – синтез), во время которой идет репликация ДНК клеточного ядра, также происходит удвоение центриолей (если есть).
- G2-фазы, во время которой идет подготовка к митозу.
Дифференцировавшиеся клетки, которые более не делятся, находятся в фазе покоя G0 (имея столько же ДНК, как в G1);
- период клеточного деления (фаза М, от слова mitosis – митоз). Включает две стадии:
- кариокинез (деление клеточного ядра). Митоз, в свою очередь, делится на пять стадий.
- цитокинез (деление цитоплазмы).
Описание клеточного деления базируется на данных световой микроскопии в сочетании с микрокиносъемкой и на результатах световой и электронной микроскопии фиксированных и окрашенных клеток.
Регуляция клеточного цикла[править | править код]
Закономерная последовательность смены периодов клеточного цикла осуществляется при взаимодействии таких белков, как циклин-зависимые киназы и циклины. Клетки, находящиеся в фазе G0, могут вступать в клеточный цикл при действии на них факторов роста. Разные факторы роста, такие как тромбоцитарный, эпидермальный, фактор роста нервов, связываясь со своими рецепторами, запускают внутриклеточный сигнальный каскад, приводящий в итоге к транскрипции генов циклинов и циклин-зависимых киназ. Циклин-зависимые киназы становятся активными лишь при взаимодействии с соответствующими циклинами. Содержание различных циклинов в клетке меняется на протяжении всего клеточного цикла. Циклин является регуляторной компонентой комплекса циклин-циклин-зависимая киназа. Киназа же является каталитическим компонентом этого комплекса. Киназы не активны без циклинов. На разных стадиях клеточного цикла синтезируются разные циклины. Так, содержание циклина B в ооцитах лягушки достигает максимума к моменту митоза, когда запускается весь каскад реакций фосфорилирования, катализируемых комплексом циклин-В/циклин-зависимая киназа. К окончанию митоза циклин быстро разрушается протеиназами.
Контрольные точки клеточного цикла[править | править код]
Для определения завершения каждой фазы клеточного цикла необходимо наличие в нем контрольных точек. Если клетка «проходит» контрольную точку, то она продолжает «двигаться» по клеточному циклу. Если же какие-либо обстоятельства, например, повреждение ДНК, мешают клетке пройти через контрольную точку, которую можно сравнить со своего рода контрольным пунктом, то клетка останавливается и другой фазы клеточного цикла не наступает, по крайней мере, до тех пор, пока не будут устранены препятствия, не позволявшие клетке пройти через контрольный пункт. Существует как минимум четыре контрольных точки клеточного цикла: точка в G1, где проверяется интактность ДНК, перед вхождением в S-фазу, сверочная точка в S-фазе, в которой проверяется правильность репликации ДНК, сверочная точка в G2, в которой проверяются повреждения, пропущенные при прохождении предыдущих сверочных точек, либо полученные на последующих стадиях клеточного цикла. В G2-фазе детектируется полнота репликации ДНК, и клетки, в которых ДНК недореплицирована, не входят в митоз. В контрольной точке сборки веретена деления проверяется, все ли кинетохоры прикреплены к микротрубочкам.
Нарушения клеточного цикла и образование опухолей[править | править код]
Увеличение синтеза белка p53 ведет к индукции синтеза белка p21 – ингибитора клеточного цикла
Нарушение нормальной регуляции клеточного цикла является причиной появления большинства твердых опухолей. В клеточном цикле, как уже говорилось, прохождение контрольных пунктов его возможно только в случае нормального завершения предыдущих этапов и отсутствия поломок. Для опухолевых клеток характерны изменения компонентов сверочных точек клеточного цикла. При инактивации сверочных точек клеточного цикла наблюдается дисфункция некоторых опухолевых супрессоров и протоонкогенов, в частности p53, pRb, Myc и Ras. Белок p53 является одним из факторов транскрипции, который инициирует синтез белка p21, являющегося ингибитором комплекса CDK-циклин, что приводит к остановке клеточного цикла в периоде G1 и G2. Таким образом клетка, у которой повреждена ДНК, не вступает в S-фазу. При мутациях, приводящих к потере генов белка p53, или при их изменениях, блокады клеточного цикла не происходит, клетки вступают в митоз, что приводит к появлению мутантных клеток, большая часть из которых нежизнеспособна, другая – дает начало злокачественным клеткам.
Литература[править | править код]
- Кольман Я., Рем К., Вирт Ю. (2000). ‘Наглядная биохимия’,
- Ченцов Ю. С. (2004). ‘Введение в клеточную биологию’. М.: ИКЦ «Академкнига»
- Копнин Б. П. ‘Механизмы действия онкогенов и опухолевых супрессоров’
Ссылки[править | править код]
- действия онкогенов и опухолевых супрессоров – обзор (недоступная ссылка)
- [www.xumuk.ru/biochem/380.html/наглядная биохимия]
Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист. Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым). Список проблемных доменов |
((“Клеточный цикл- это время появления в результате деления до оброзования дочерних клеток”
))
Источник
Краткое описание:
Библиографическая ссылка для цитирования: Сазонов В.Ф. Клеточный цикл [Электронный ресурс] // Кинезиолог, 2009-2020: [сайт]. Дата обновления: 14.10.2020. URL: https://kineziolog.su/content/kletochnyy-cikl (дата обращения: __.__.20___). _Клеточный цикл, или жизненный цикл клетки (включает в себя митотический цикл), его периоды (фазы) и регуляция.
Введение
Для того чтобы клетка смогла полноценно разделиться, она должна увеличиться в размерах и создать достаточное количество органоидов. А для того чтобы не растерять наследственную информацию при делении пополам, она должна изготовить копии своих хромосом. И, наконец, для того чтобы распределить наследственную информацию строго поровну между двумя дочерними клеткам, она должна в правильном порядке расположить хромосомы перед их распределением по дочерним клеткам. Все эти важные задачи решаются в процессе клеточного цикла.
Клеточный цикл имеет важное значение, т.к. он демонстрирует важнейшие свойства клетки: способность к размножению, росту и дифференцировке. Обмен тоже идёт, но его не рассматривают при изучении клеточного цикла.
Определение понятия
Клеточный цикл (синоним: жизненный цикл клетки) – это период жизни клетки от её рождения до образования дочерних клеток или смерти.
У животных клеток клеточный цикл, как промежуток времени между двумя делениями (митозами), длится в среднем от 10 до 24 часов.
Клеточный цикл состоит из нескольких периодов (синоним: фазы), которые закономерно сменяют друг друга. В совокупности первые фазы клеточного цикла (G1, G0, S и G2) носят название интерфазы, а последняя фаза называется митозом.
Рис. 1. Клеточный цикл.
Периоды (фазы) клеточного цикла
1. Период первого роста G1 (от английского Growth – рост), составляет 30-40% цикла, и период покоя G0
Синонимы: постмитотический (наступает после митоза) период, пресинтетический (проходит перед синтезом ДНК) период.
Клеточный цикл начинается от рождения клетки в результате митоза. Дочерние клетки, появившиеся в результате деления материнской клетки, уменьшены в размерах и в них меньше органоидов, чем в норме. Поэтому “новорожденная” маленькая клетка в первом периоде (фазе) клеточного цкла (G1) растёт и увеличивается в размерах, а также формирует недостающие органоиды. Идёт активный синтез белков, необходимых для ввсего этого. В результате клетка становится полноценной, можно сказать, “взрослой”.
Чем обычно заканчивается для клетки период роста G1?
- Вступллением клетки в процесс дифференцировки. За счёт дифференцировки клетка приобретает специальные особенности для выполнения функций, необходимых всему органу и организму. Запускается дифференцировка управляющими веществами (гормонами), воздействующими на соответствующие молекулярные рецепторы клетки. Клетка, завершившая свою дифференцировку, выпадает из круговорота делений и находится в периоде покоя G0. Требуется воздействие активирующих веществ (митогенов) для того, чтобы она претерпела дедифференцировку и вновь вернулась в клеточный цикл.
- Гибелью (смертью) клетки.
- Вступлением в следующий период клеточного цикла -синтетический.
2. Синтетический период S (от английского Synthesis – синтез), составляет 30-50% цикла
Понятие синтеза в названии этого периода относится к синтезу (репликации) ДНК, а не к каким-либо другим процессам синтеза. Достигнув определенного размера в результате прохождения периода первого роста, клетка вступает в синтетический период, или фазу, S, в котором происходит синтез ДНК. За счёт репликации ДНК клетка удваивает свой генетический материал (хромосомы), т.к. в ядре образуется точная копия каждой хромосомы. Каждая хроммосома становится двойной и весь хромосомный набор становится двойным, или диплоидным. В результате клетка теперь готова поделить наследственный материал поровну между двумя дочерними клетками, не потеряв при этом ни одного гена.
3. Период второго роста G2 (от английского Growth – рост), составляет 10-20% цикла
Синонимы: премитотический (проходит перед митозом) период, постсинтетический (наступает после синтетического) период.
Период G2 является подготовительным к очередному делению клетки. Во время второго периода роста G2 клетка производит белки, требующиеся для митоза, в частности, тубулин для веретена деления; создаёт запас энергии в виде АТФ; проверяет, закончена ли репликация ДНК, и готовится к делению.
4. Период митотического деления M (от английского Mitosis – митоз), составляет 5-10% цикла
Митоз M (синоним: митотический цикл), заключается в том, что клетка правильно делится на две дочерние клетки. Благодаря механизмам комплементарного синтеза при репликации ДНК в синтетическом периоде и механизму распределения хроматид в митозе каждая дочерняя клетка получает идентичный набор хромосом, являющийся точной копией хромосомного набора материнской клетки. Короче говоря, за счёт танцевв хромосом, они расределяются пополам и поровну между двумя дочерними клетками, образовавшимися в результате деления. Подробнее о митозе…
После деления клетка оказывается в новой фазе G1, и клеточный цикл завершается.
Рис. 2. Клеточный цикл. Источник изображения: https://pisum.bionet.nsc.ru/kosterin/lectures/lecture9/lecture9.htm
Рис. 3. Клеточный цикл растительных клеток. Источник изображения: https://fizrast.ru/razvitie/rost/osobennosti.html
Регуляция клеточного цикла
На молекулярном уровне переход от одной фазы цикла к другой регулируют два белка – циклин и циклинзависимая киназа (CDK).
Для регуляции клеточного цикла используется процесс обратимого фосфорилирования/дефосфорилирования регуляторных белков, т.е. присоединение к ним фосфатов с последующим отщеплением. Ключевым веществом, регулирующим вступление клетки в митоз (т.е. её переход от фазы G2 к фазе M), является специфическая серин/треонин-протеинкиназа, которая носит название фактор созревания – ФС, или MPF, от английского maturation ting factor. В активной форме этот белковый фермент катализирует фосфорилирование многих белков, принимающих участие в митозе. Это, например, входящий в состав хроматина гистон H1, ламин (компонент цитоскелета, находящийся в ядерной мембране), факторы транскрипции, белки митотического веретена, а также ряд ферментов. Фосфорилирование этих белков фактором созревания MPF активирует их и запускает процесс митоза. После завершения митоза регуляторная субъединица ФС, циклин, маркируется убиквитином и подвергается распаду (протеолизу). Теперь наступает очередь протеинфосфатаз, которые дефосфорилируют белки, принимавшие участие в митозе, чем переводят их в неактивное состояние. В итоге клетка возвращается в состояние интерфазы.
ФС (MPF) – это гетеродимерный фермент, включающий в себя регуляторную субъединицу, а именно циклин, и каталитическую субъединицу, а именно циклинзависимую киназу ЦЗК (CDK от англ. cyclin dependent kinase), она же p34cdc2; 34 кДа. Активной формой этого фермента является лишь димер ЦЗК+циклин. Кроме того, активность ЦЗК регулируется путем обратимого фосфорилирования самого фермента. Циклины получили такое название потому, что их концентрация циклически изменяется в соответствии с периодами клеточного цикла, в частности, она снижается перед началом деления клетки.
В клетках позвоночных присутствует ряд различных циклинов и циклинзависимых киназ. Разнообразные сочетания двух субъединиц фермента регулируют запуск митоза, начало процесса транскрипции в G1-фазе, переход критической точки после завершения транскрипции, начало процесса репликации ДНК в S-периоде интерфазы (стартовый переход) и другие ключевые переходы клеточного цикла (на схеме не приведены).
В ооцитах лягушки вступление в митоз (G2/M-переход) регулируется путем изменения концентрации циклина. Циклин непрерывно синтезируется в интерфазе до достижения максимальной концентрации в фазе М, когда запускается весь каскад фосфорилирования белков, катализируемый ФС. К окончанию митоза циклин быстро разрушается протеиназами, также активируемыми ФС. В других клеточных системах активность ФС регулируется за счет различной степени фосфорилирования самого фермента.
Источник