Chu kỳ tế bào: Chu kỳ và kiểm soát chu kỳ sống của tế bào

Đọc bài viết này để tìm hiểu về các giai đoạn và kiểm soát vòng đời của tế bào!

Chu kỳ tế bào (Howard và Pelc, 1953) là một loạt các thay đổi xảy ra trong một tế bào mới được hình thành có sự phát triển và phân chia của nó để tạo thành hai tế bào con.

Nó bao gồm hai trạng thái, một pha I hoặc pha phát triển dài không phân chia và pha phân chia ngắn hoặc pha phân bào. Interphase là một loạt các thay đổi diễn ra trong một tế bào mới được hình thành và nhân của nó trước khi nó có khả năng phân chia trở lại. Do đó, nó còn được gọi là giảm phân. Interphase không thể được liệt kê như là một giai đoạn của quá trình nguyên phân.

Đây là thời điểm quan trọng trong việc chuẩn bị cho sự phân chia tế bào trong giai đoạn này xảy ra sự nhân đôi của nhiễm sắc thể trong các tế bào phân bào và nhân đôi kích thước tế bào. Interphase chiếm thời gian giữa lúc kết thúc telophase và bắt đầu lời tiên tri tiếp theo. Thời gian của interphase thay đổi từ sinh vật này sang sinh vật khác và nó chiếm 75-90% tổng thời gian tạo ra.

Các giai đoạn của chu kỳ tế bào:

Chu trình tế bào được chia thành bốn giai đoạn: G ₁, S, G ₂ và nguyên phân. Trên cơ sở các hoạt động tổng hợp, interphase được chia thành ba giai đoạn phụ; Gj, S và G ₂ (G là viết tắt của tăng trưởng và S là tổng hợp).

1. G ₁ pha:

G của interphase thay đổi theo thời gian chiếm 25 đến 50% thời gian xen kẽ. G ₁ là khoảng thời gian của người khác giữa thời điểm giảm thiểu và bắt đầu tổng hợp DNA (pha S). Đó là thời kỳ thay đổi nhất; tùy thuộc vào điều kiện sinh lý của các tế bào, nó có thể kéo dài vài ngày, vài tháng hoặc nhiều năm. Các tế bào ngừng tăng sinh trở nên bị bắt giữ tại một điểm cụ thể của G ₁ và vẫn bị rút khỏi chu kỳ tế bào ở trạng thái G ₁ .

Điểm quan trọng nhất trong quy định về sự tăng sinh tế bào xảy ra trong G,, khi quyết định quan trọng của việc liệu tế bào có trải qua một chu kỳ phân chia mới hay đi vào trạng thái G _{0 hay không}, nhưng làm thế nào đạt được điều này. G _: giai đoạn phụ được đánh dấu bằng một số hoạt động để chuẩn bị cho pha S và nó bao gồm sự tổng hợp và tổ chức các chất nền và enzyme cần thiết cho quá trình tổng hợp DNA. Do đó G, được đánh dấu bằng sự tổng hợp RNA và protein.

2. Pha S:

Đó là thời kỳ tổng hợp DNA. Các nhiễm sắc thể sao chép tìm thấy điều này (các phân tử DNA của người thừa kế có chức năng như khuôn mẫu và tạo thành các bản sao carbon. Hàm lượng DNA nhân đôi và bộ gen được nhân đôi.

Vì các sợi nhiễm sắc là các nhiễm sắc thể kéo dài, mỗi nhiễm sắc thể có hai nhiễm sắc thể chị em vẫn gắn ở tâm động. Các tế bào pha S chứa các yếu tố gây ra sự tổng hợp DNA. Các histon được tổng hợp trong pha S, giai đoạn mà chúng trở nên liên kết với DNA mới được sao chép.

Giai đoạn phụ có thời gian tương đối ổn định giữa các tế bào tương tự của một loài, chiếm 35 đến 40% thời gian xen kẽ.

3. G ₂ -phase:

Giai đoạn này theo sau quá trình tổng hợp DNA và trước quá trình nguyên phân (M). Nó thường được đặc trưng bởi một khối lượng hạt nhân tăng và trung bình; thời gian của G ₂ tương tự như giảm phân, 1-4 giờ. Quan trọng hơn, G ₂ là thời gian trong đó các sự kiện trao đổi chất và tổ chức nhất định là điều kiện tiên quyết để giảm thiểu, xảy ra.

Trong giai đoạn này, protein cần thiết cho sự hình thành các sợi trục chính được tổng hợp. Vào đầu G ₂, các ribosome được tổng hợp và chúng được dành riêng cho chu kỳ tế bào tiếp theo. Messenger RNA (mRNA) cũng được tạo ra trong G ₂ .

Trước khi tổng hợp DNA (tính bằng G, ), mỗi nhiễm sắc thể thường xuất hiện dưới dạng một chuỗi và do đó giá trị DNA là 2C, nhưng sau S, trong G ₂, nhiễm sắc thể xuất hiện dưới dạng hai nhiễm sắc thể và hàm lượng DNA có giá trị 4C.

Trong giai đoạn S, hàm lượng DNA có giá trị 4C. Khi nguyên phân xảy ra, giá trị DNA được khôi phục về giá trị 2C hoặc nếu xảy ra hiện tượng teo, mỗi sản phẩm sẽ có hằng số DNA là giá trị 1C. Sự tổng hợp RNA xảy ra trong suốt giai đoạn xen kẽ, không giống như tổng hợp DNA, chỉ xảy ra trong pha S. Sự tổng hợp RNA bị suy giảm ở hai giai đoạn, trong pha S và pha M.

Kiểm soát chu kỳ tế bào:

1. Điểm kiểm tra và quy định của họ:

Sự khởi đầu của một chu trình phân chia tế bào đòi hỏi phải có sự hiện diện của các yếu tố tăng trưởng ngoại bào, hoặc các nguyên tố giảm thiểu trong trường hợp các tế bào rút khỏi chu kỳ tế bào trong G ₁ và bước vào giai đoạn nghỉ ngơi G ₀ . Điểm trong G ₁ tại đó thông tin liên quan đến môi trường của ô được đánh giá và ô quyết định có nên nhập chu kỳ phân chia khác hay không được gọi là điểm hạn chế (hoặc điểm R). Các tế bào bị bỏ đói các nguyên tố giảm thiểu trước khi đạt đến điểm R nhập lại G ₀ và thất bại 10 trải qua quá trình phân chia tế bào.

Các tế bào bị bỏ đói của các nguyên tố sau khi đi qua điểm R tiếp tục qua chu kỳ tế bào để hoàn thành phân chia tế bào trước khi vào G ₀ . Trong hầu hết các loại tế bào, điểm R xảy ra vài giờ sau khi nguyên phân. Điểm R có tầm quan trọng quyết định trong việc tìm hiểu sự cam kết của các tế bào trong việc trải qua một chu kỳ phân chia tế bào. Khoảng trong G, giữa nguyên phân và điểm R là khoảng thời gian mà nhiều tín hiệu trùng khớp và tương tác để xác định số phận của tế bào.

Những phần của chu trình tế bào, chẳng hạn như điểm R, nơi quá trình có thể bị dừng được gọi là điểm kiểm tra. Trạm kiểm soát hoạt động trong các giai đoạn khoảng cách. Điều này đảm bảo rằng tế bào có khả năng trải qua một vòng sao chép DNA khác (tại điểm R trong G, pha) và sự sao chép DNA đã được hoàn thành thành công trước khi phân chia tế bào (điểm kiểm tra pha G ₂ ).

2. Cyclin và kinase phụ thuộc cyclin:

Một cơ chế chính để kiểm soát sự tiến triển của chu kỳ tế bào là điều hòa quá trình phosphoryl hóa protein. Điều này được kiểm soát bởi các kinase protein cụ thể được tạo thành từ một tiểu đơn vị điều tiết và một tiểu đơn vị xúc tác. Các tiểu đơn vị điều hòa được gọi là cyclins và tiểu đơn vị xúc tác được gọi là kinase phụ thuộc cyclin (CDK).

Các CDK không có hoạt động xúc tác trừ khi chúng được liên kết với một cyclin và mỗi loại có thể liên kết với nhiều hơn một loại cyclin. CDK và cyclin có trong phức hợp CDK-cyclin cụ thể cùng xác định protein mục tiêu nào bị phosphoryl hóa bởi protein kinase.

Có ba loại phức hợp cyclin-CDK khác nhau, được liên kết với các pha G ₁, S hoặc M của chu kỳ tế bào.

(i) Các phức hợp CDK G ₁ chuẩn bị tế bào cho pha S bằng cách kích hoạt các yếu tố phiên mã gây ra sự biểu hiện của các enzyme cần thiết cho quá trình tổng hợp DNA và các gen mã hóa phức hợp CDK pha S.

(ii) Các phức hợp CDK pha S kích thích sự khởi đầu của quá trình tổng hợp DNA có tổ chức. Máy móc đảm bảo rằng mỗi nhiễm sắc thể chỉ được sao chép một lần.

(iii) Các phức hợp CDK phân bào tạo ra sự ngưng tụ nhiễm sắc thể và ra lệnh tách nhiễm sắc thể vào hai tế bào con.

Hoạt động của các tổ hợp CDK được quy định theo ba cách:

(i) Bằng cách kiểm soát phiên mã các tiểu đơn vị phức tạp CDK.

(ii) Bằng các chất ức chế làm giảm hoạt động của phức hợp CDK. Ví dụ, các phức COK phân bào được tổng hợp ở pha S và G., nhưng hoạt động của chúng bị ức chế cho đến khi quá trình tổng hợp DNA hoàn tất.

(iii) Bằng cách phân giải protein có tổ chức của các phức hợp CDK ở giai đoạn xác định trong chu trình tế bào, nơi chúng không còn cần thiết.

3. Quy định của E2F và Rb:

Sự phát triển chu kỳ tế bào qua giai đoạn G. và vào giai đoạn S một phần được điều chỉnh bởi sự kích hoạt (và trong một số trường hợp ức chế) phiên mã gen, trong khi sự tiến triển qua các giai đoạn chu kỳ tế bào sau đó dường như được điều chỉnh chủ yếu bởi các cơ chế sau phiên mã. Việc đi qua điểm G ₁ R quan trọng phụ thuộc vào việc kích hoạt hệ số phiên mã, E2F.

E2F kích thích sự phiên mã và biểu hiện gen mã hóa protein cần thiết cho quá trình sao chép DNA và tổng hợp deoxyribo-nucleotide cũng như cho cyclins và CDK cần thiết trong các giai đoạn chu kỳ tế bào sau này. Hoạt động của E2F bị ức chế bởi sự liên kết của protein Rb (protein ức chế khối u retinoblastoma và các protein liên quan).

Khi Rb bị khử phospho (dưới phosphoryl hóa) hoạt động của E2F bị ức chế. Sự phosphoryl hóa Rb bằng phức hợp cyclin-CDK trong giai đoạn G ₁ giữa và cuối giải phóng E2F để nó có thể kích hoạt phiên mã.

4. Kích hoạt và ức chế chu kỳ tế bào:

Các protein ức chế nhỏ có thể trì hoãn sự phát triển của chu kỳ tế bào bằng cách ức chế hoạt động của phức hợp cyclin-CDK. Có hai loại chất ức chế này, protein CIP và protein INK4.