Sejtciklus

A sejtciklus egyes fázisainak sematikus ábrázolása.

A sejtciklus az eukarióta sejtek osztódásai közötti különböző tevékenységi fázisok sorozata . Mivel az osztódás ( mitózis ) során a sejt vagy a sejtmag DNS -tartalma a felére csökken, a következő osztódás előtt újra meg kell duplázni. Ezt a két folyamatot M-fázisnak és S-fázisnak nevezik (a szintézis ). Közöttük úgynevezett Gap fázisok (engl. Gap ): G 1 és G 2 .

Fázisok

A mitózis egyes fázisai

Az anyasejt osztódása után a leánysejtek megkezdik az interfázist . Ebben a két mitózis közötti fázisban az egyes kromoszómákat még festés után sem lehet felismerni egyedi egységekként. A génaktivitás szabályozza a növekvő sejt anyagcseréjét. A sejtmag fejleszti legalább egy nucleolus . A riboszómális RNS tartalma miatt a nukleolusok előfeltételei és jelzései a sejtanyagcserének. Az interfázis során fontos folyamat a kromoszómák megkettőződése.

Sejtciklus séma. M = mitotikus fázis. A következő interfázis G 1 , S és G 2 áll . Egy cella G 1 -ről G 0 állapotra változhat

Ez a szintézis vagy az S fázis során történik . Ezt megelőzi a G 1 fázis. Ennek megfelelően az S fázist a G 2 fázis követi .

G 1 fázis
A G 1 fázis kifejezés résből származik , mivel ez az időszak a sejtosztódás és a DNS -szintézis között. Ebben a (posztmitotikus vagy preszintetikus) fázisban a sejtkomponensek ( citoplazma , sejt organellák ) kiegészülnek. A termelés mRNS-ek a hisztonok és replikációs enzimek ( DNS-polimerázok , ligázok ) van szükség a következő S-fázisban. Ugyanezen okból nő a dezoxiribonukleozid -trifoszfátok ellátása . Az állati sejtek citoplazmájában a két centriol elválik egymástól.
Minden kromoszóma csak egy kromatidból vagy egy DNS -spirálból áll. A G 1 sejt DNS -tartalma DNS -citometria segítségével 2 C -ban határozható meg . A C érték a szervezet (haploid) genomjának méretét jelenti .
  • A sejtek a G 1 fázisból a G 0 fázisba kapcsolnak, ha a sejt várhatóan nem szaporodik tovább ( alvó sejt ). Ezek olyan sejtek lehetnek, amelyek soha többé nem osztódnak, például idegsejtek és a csíkos izmok izomsejtjei . Más sejttípusok a differenciálódásuk után hetekig vagy hónapokig a G 0 -ban maradnak , de különleges események, például sérülés vagy sejtvesztés esetén visszatérhetnek a G 1 állapotba, majd megosztódhatnak. Ilyenek például a májsejtek ( hepatociták ) és a limfociták .
S fázis
a szintézis fázist jelenti, mivel a sejtmagban a DNS megkettőződik . A genetikai jelek által kiváltott minden kromoszómában több eredetben kezdődik , a replikáció , a DNS -hélix megduplázódása. Megfelelő mennyiségű új hiszton jut el a sejtmaghoz a citoplazmából, amely tömöríti a replikált DNS -t. A centriolek is megduplázódnak.
Az S-fázis véget ér, amint a DNS duplázódása befejeződött, és minden kromoszóma két kromatidából áll. Ebben a fázisban a DNS mennyisége 2 C -ról 4 C -ra nő .
G 2 fázis
Ebben a (posztszintetikus vagy premitotikus) intervallumban RNS-molekulákat és sejtosztódás-specifikus fehérjéket szintetizálnak, hogy felkészüljenek a későbbi mitózisra. Az endoplazmatikus retikulum felolvad. A szövetekben a szomszédos sejtekkel való érintkezés feloldódik; a sejt a folyadék felszívódásával lekerekül és megnagyobbodik.
M fázis
vagy mitózis fázis: itt történik a kromoszómák (mitózis), a sejtmag (kariokinézis) és a sejt (citokinézis) felosztása. A mitózis során a következők követik egymást: profázis , prometafázis , metafázis , anafázis és telofázis , a sejtosztódás általában párhuzamosan kezdődik a mitózis utolsó fázisaival. A sejtosztódás felére csökkenti a DNS mennyiségét 4 C -ról 2 C -ra .
  • Ha nem történik sejtosztódás, és a DNS mennyisége tovább megduplázódik, akkor ezt endoreplikációnak nevezzük . Ezt néhány nagyteljesítményű sejtben használják a fokozott fehérjeszintézishez.

időtartama

A sejtciklus időtartama, azaz H. az egymást követő sejtosztódások közötti idő nagyon eltérő lehet:

  • Ez az egyik legrövidebb a hasítási osztódások során az állati embriók legkorábbi fejlődési szakaszában , amelyben egy nagy citoplazmatömeget rövid időn belül sok sejtre osztanak, és egy ciklus alig 10 percig tart. A G 1 és G 2 fázisok szinte teljesen megszűnnek , az S és M fázisok pedig felgyorsulnak.
  • Legtovább azokban a sejtekben tart, amelyek átmenetileg vagy véglegesen nem osztódnak. Ezekben az utolsó mitózis után nem történik több replikáció, a sejt a G 0 fázisban marad .
Szerinti felosztási fázisok időtartama
Cella típusa A fázis időtartama
G 1 S. G 2 M. teljes
Nyálkapenész ( Physarum polycephalum ) nagyon rövid 02 óra, 0 04 óra 00.7 óra 06,7 óra
Bab ( Vicia faba ) gyökércsúcs merisztémája 0004 óra 09 óra 03,5 óra 02 óra 18,5 óra
Egér ( Mus musculus ) tumorsejtek a tenyészetben 0010 óra 09 óra 04 óra 01 óra 24 óra
Humán ( Homo sapiens ) tumorsejtek a tenyészetben 0008 óra 06 óra 04,5 óra 01 óra 19.5 óra

szabályozás

Külső tényezők

A sejtciklust szabályozó tényezők közé tartozik a sejtméret és a tápanyag -ellátás. A szomszédos sejtek jelenléte vagy hiánya szintén szerepet játszik. A sűrűn kinőtt állati sejtek már nem osztódnak, hanem átmennek a G 0 szakaszba. Továbbá a számukra meghatározott növekedési faktorok szabályozzák a ciklus lefolyását a szövetekben .

Bizonyos vegyi anyagok megtarthatják a tenyészetben növekvő sejteket egy bizonyos sejtciklus -szakaszban, és így szinkronizálhatják a tenyészet sejtjeit. Például deoxitimidint és aphidicolint használnak, amelyek a sejteket az S-fázisban tartják.

Belső tényezők és kontrollpontok

A fázisok időtartamát és sorrendjét ellenőrző pontokon ellenőrzik . Biztosítják, hogy a sejtciklus következő lépése csak az előző befejezése után történjen meg. Az ellenőrző pontokon lehetőség van a sejtciklus megszakítására (leállítás) vagy programozott sejthalál ( apoptózis ) kezdeményezésére.

Vannak speciális sejtciklus -fehérjék, például CDK -k ( ciklinfüggő kinázok ) és ciklinek . A ciklus bizonyos időszakaiban ezek a fehérjék egyre inkább expresszálódnak, amíg koncentrációjuk el nem éri a maximumot. Úgy vélik, hogy ez a maximum a kontrollpont. Ezt követően a ciklinok gyorsan lebomlanak. A CDK-k és a kapcsolódó ciklinek komplexeket képeznek, amelynek aktivációja (defoszforilációja Thr14 és Tyr15 által Cdc25 ) vagy deaktiváló ellenőrzött, többek között, a növekedési faktorok és a proto-onkogének . A CDK -k foszforilálnak és aktiválnak számos más fehérjét, és ezáltal szabályozzák a sejtciklust.

Az ellenőrzőpontra példa a

  • Ellenőrzőpont DNS -károsodás szempontjából : Ha hiányoznak a nukleotidok , ha a DNS -anyagcserét más módon megzavarják, vagy ha a DNS -t sugárzás vagy kémiai anyagok ( mutagének ) károsítják , ez jelet generál ( p53 , amely aktiválja a p21 -et ). Ennek hatására a sejt a két G fázis egyikében vagy az S fázisban marad. Ha eléri az S fázist, a DNS szintézis leáll a ciklin D / CDK4 / 6 komplex, a ciklin E / CDK2 komplex és a DNS polimeráz delta alegysége gátlásával. A javító gének aktiválódnak a DNS -károsodás helyreállítására.
  • Az orsó képződésének ellenőrzési pontja: A kromatidák szétválasztását a mitózis anafázisában meg kell akadályozni mindaddig, amíg az összes centromér ( kinetokór ) nem csatlakozik az orsó -berendezés szállítószálaihoz, és a kromoszómák egymás mellé vannak rendezve az egyenlítői lemezen.

A sejtosztódás kezdeményezése

A nukleáris osztódást (mitózis) és végül a sejtosztódást az eukariótákban a mitózist elősegítő faktor ( MPF ) indítja el . Az MPF fehérjekomplex a ciklinfüggő " CDK1 " és " ciklin B " kinázból áll . Aktív formában a komplex különböző fehérjéket - például a H1 hisztont - foszforilez,  és így megkezdődik a mitózis profázisa. Az aktivált hisztonok okozhat egy spirál, az úgynevezett „ szuperspirálosodási ” a DNS-t, amely az egyik alapvető követelményeket az elején a nucleus Division.

Sejtciklus és rák

A daganatos sejtek ( rákos sejtek ) sejtciklusát a szervezet már nem szabályozza. Ezek a sejtek autonóm módon osztódnak. A sejtciklus időtartama eltér a normál sejtekhez képest.

A sejtciklus felfedezése lehetővé tette a rák kialakulásának mélyebb betekintését. A sejtciklus szabálytalanságai ellenőrizetlen sejtekhez és ezáltal szövetnövekedéshez vezethetnek. A fontos szabályozófehérjék (pl. P53 ) a mutáció miatt elvesznek , vagy túlzottan expresszálódnak.

Orvosi Nobel -díj

A tudósok, Leland H. Hartwell ( USA ), Tim Hunt ( Egyesült Királyság ) és Paul M. Nurse (Egyesült Királyság) 2001 -ben orvosi Nobel -díjat kaptak a sejtciklus szabályozásának felfedezéséért .

web Linkek

Commons : Sejtciklus  - képek, videók és hangfájlok gyűjteménye
  • Biológia lexikon: sejtciklus . Spektrum, Heidelberg 1999.

Egyéni bizonyíték

  1. ^ H Lundegård: A nukleáris szerkezetek rögzítése, festése és nómenklatúrája, hozzájárulás a citológiai módszertan elméletéhez. In: Archives for Microscopic Anatomy 80: 223-273, 1912.
  2. ↑ a b A Howard, SR Pelc: A dezoxiribonukleinsav szintézise normál és besugárzott sejtekben és kapcsolata a kromoszóma törésével. In: Öröklődés , 6, 1953, 261-273.
  3. ↑ Swift Hewson Hoyt: A dezoxiribóz -nukleinsav állandósága a növényi magokban. In: Proceedings of the National Academy of Sciences USA , 36, 1950, 643-654.
  4. ↑ a b Renate Huch (szerk.), Klaus D. Jürgens (szerk.): Mensch Body Disease , 6. kiadás, 2011, Urban & Fischer Verlag / Elsevier, ISBN 978-3-437-26792-5 , 34. o.
  5. ↑ Joel A Huberman, Arthur D Riggs: A DNS replikáció mechanizmusáról emlősök kromoszómáiban. In: Journal of Molecular Biology , 32, 1968, 327-341.
  6. ↑ Katharina Munk (szerk.): Alaptanulmányok a biológiában - biokémia, sejtbiológia, ökológia, evolúció. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg / Berlin 2000, ISBN 3-8274-0910-1 , 13-14.
  7. ↑ Katharina Munk (szerk.): Alaptanulmányok a biológiában - biokémia, sejtbiológia, ökológia, evolúció. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg Berlin 2000, ISBN 3-8274-0910-1 , 13-15.
  8. ↑ Pedrali-Noy, G. et al. : HeLa sejtkultúrák szinkronizálása az alfa-polimeráz alfa és aphidicolin gátlásával , in: Nucleic Acids Res. 1980 8 (2): 377-387; PMID 6775308 , PMC 327273 (ingyenes teljes szöveg)
  9. ↑ Hamid Emminger, Christian Benz: Physikum pontos: A teljes vizsgaismeret az 1. Äp. 4. kiadás, Georg Thieme Verlag, 2005, ISBN 978-3-13-107034-0 , 18. o.
  10. ↑ Orvosi és fiziológiai Nobel -díj 2001