Raku elutsükkel. Rakutsükkel Rakutsükli etapid ja nende tähendus

Rakutsükli G1, S ja G2 faase nimetatakse ühiselt interfaasideks. Jagunev rakk veedab suurema osa oma ajast interfaasis, kuna ta kasvab jagunemiseks valmistudes. Mitoosi faas on seotud tuuma jagunemisega, millele järgneb tsütokinees (tsütoplasma eraldamine kaheks eraldi rakuks). Mitootilise tsükli lõpus moodustub kaks erinevat. Iga rakk sisaldab identset geneetilist materjali.

Aeg, mis kulub raku jagunemiseks, sõltub selle tüübist. Näiteks rakud luuüdis, naharakud, mao- ja soolerakud jagunevad kiiresti ja pidevalt. Teised rakud jagunevad vastavalt vajadusele, asendades kahjustatud või surnud rakud. Nende rakutüüpide hulka kuuluvad neeru-, maksa- ja kopsurakud. Teised, sealhulgas närvirakud, lõpetavad pärast küpsemist jagunemise.

Rakutsükli perioodid ja faasid

Rakutsükli põhifaaside skeem

Eukarüootse rakutsükli kaks peamist perioodi hõlmavad interfaasi ja mitoosi:

Interfaas

Sel perioodil kahekordistab rakk oma ja sünteesib DNA-d. Arvatakse, et jagunev rakk veedab umbes 90–95% oma ajast interfaasis, mis koosneb järgmisest kolmest faasist:

G1 etapp: ajavahemik enne DNA sünteesi. Selles faasis suurendab rakk oma suurust ja kogust, valmistudes jagunemiseks. selles faasis on nad diploidsed, mis tähendab, et neil on kaks komplekti kromosoome.
S-faas: etapp DNA sünteesimise tsüklis. Enamikul rakkudel on kitsas ajaaken, mille jooksul toimub DNA süntees. Kromosoomide sisaldus selles faasis kahekordistub.
G2 etapp: periood pärast DNA sünteesi, kuid enne mitoosi. Rakk sünteesib täiendavaid valke ja kasvab jätkuvalt.

Mitoosi faasid

Mitoosi ja tsütokineesi ajal jaotub emaraku sisaldus kahe tütarraku vahel ühtlaselt. Mitoosil on viis faasi: profaas, prometafaas, metafaas, anafaas ja telofaas.

Profaas: selles etapis toimuvad muutused nii tsütoplasmas kui ka jagunevas rakus. kondenseerub diskreetseteks kromosoomideks. Kromosoomid hakkavad rändama raku keskme suunas. Tuumaümbris puruneb ja raku vastaspoolustele tekivad spindlikiud.
Prometafaas: eukarüootsete somaatiliste rakkude mitoosi faas pärast profaasi ja sellele eelnevat metafaasi. Prometafaasis laguneb tuumamembraan arvukateks "membraani vesiikuliteks" ja sees olevad kromosoomid moodustavad valgu struktuure, mida nimetatakse kinetokoorideks.
Metafaas: selles etapis kaob tuum täielikult, moodustub spindlijaotus ja kromosoomid paiknevad metafaasiplaadil (tasand, mis on raku kahest poolusest võrdsel kaugusel).
Anafaas: selles etapis eraldatakse paariskromosoomid () ja hakkavad liikuma raku vastasotste (pooluste) suunas. Jaotusvõll, millega ei ole seotud, pikeneb ja pikendab rakku.
Telofaas: selles etapis jõuavad kromosoomid uute tuumadeni ja raku geneetiline sisu jaguneb võrdselt kaheks osaks. Tsütokinees (eukarüootsete rakkude jagunemine) algab enne mitoosi lõppu ja lõpeb vahetult pärast telofaasi.

tsütokinees

Tsütokinees on tsütoplasma jagunemise protsess eukarüootsetes rakkudes, mis toodavad erinevaid tütarrakke. Tsütokinees tekib rakutsükli lõpus pärast mitoosi või.

Loomarakkude jagunemisel toimub tsütokinees, kui kontraktiilne ring moodustab lõhenenud soone, mis lõikab rakumembraani pooleks. Ehitatakse rakuplaat, mis jagab raku kaheks osaks.

Niipea kui rakk lõpetab kõik rakutsükli faasid, naaseb see G1 faasi ja kogu tsükkel kordub uuesti. Keha rakud on samuti võimelised olema puhkeseisundis, mida nimetatakse Gap 0 (G0) faasiks nende elutsükli igal ajal. Nad võivad selles staadiumis jääda väga pikaks ajaks, kuni antakse signaale rakutsükli liikumiseks.

Rakud, mis sisaldavad geneetilisi mutatsioone, paigutatakse püsivalt G0 faasi, et vältida nende paljunemist. Kui rakutsükkel läheb valesti, on normaalne rakkude kasv häiritud. Võib areneda, mis võtab kontrolli oma kasvusignaalide üle ja jätkab takistamatult paljunemist.

Rakutsükkel ja meioos

Mitte kõik rakud ei jagune mitoosi käigus. Sugulisel teel paljunevad organismid läbivad ka teatud tüüpi rakkude jagunemist, mida nimetatakse meioosiks. Meioos esineb mitoosi protsessis ja on sellega sarnane. Pärast täielikku rakutsüklit moodustub meioosis aga neli tütarrakku. Iga rakk sisaldab poole algse (vanema) raku kromosoomide arvust. See tähendab, et sugurakud on. Kui haploidsed isas- ja naissugurakud ühinevad protsessis nimega , moodustavad nad ühe, mida nimetatakse sügoodiks.

inimkeha kasvu rakkude suuruse ja arvu suurenemise tõttu, kusjuures viimane on tingitud jagunemisprotsessist ehk mitoosist. Rakkude proliferatsioon toimub ekstratsellulaarsete kasvufaktorite mõjul ja rakud ise läbivad korduva sündmuste jada, mida nimetatakse rakutsükliks.

Peamisi on neli faasid: G1 (esünteetiline), S (sünteetiline), G2 (postsünteetiline) ja M (mitootiline). Sellele järgneb tsütoplasma ja plasmamembraani eraldamine, mille tulemuseks on kaks identset tütarrakku. Gl-, S- ja G2-faasid on osa interfaasist. Kromosoomi replikatsioon toimub sünteetilises faasis ehk S-faasis.
Enamus rakud ei allu aktiivsele jagunemisele, nende mitootiline aktiivsus surutakse alla GO faasi ajal, mis on osa G1 faasist.

M-faasi kestus on 30-60 minutit, samas kui kogu rakutsükkel võtab aega umbes 20 tundi.Sõltuvalt vanusest läbivad normaalsed (kasvajata) inimese rakud kuni 80 mitootilist tsüklit.

Protsessid rakutsükkel Neid kontrollitakse võtmeensüümide, mida nimetatakse tsükliinsõltuvateks proteiinkinaasideks (CKK) ja ka nende kofaktorite, tsükliinide järjestikuse korduva aktiveerimise ja inaktiveerimisega. Samal ajal toimub fosfokinaaside ja fosfataaside mõjul spetsiifiliste tsükliin-CZK komplekside fosforüülimine ja defosforüülimine, mis vastutavad tsükli teatud faaside alguse eest.

Lisaks vastaval CZK valkudega sarnased etapid põhjustada kromosoomide tihenemist, tuumamembraani rebenemist ja tsütoskeleti mikrotuubulite ümberkorraldamist, et moodustada lõhustumise spindel (mitootiline spindel).

Rakutsükli G1 faas

G1-faas- M- ja S-faasi vaheline vaheetapp, mille jooksul suureneb tsütoplasma hulk. Lisaks asub G1 faasi lõpus esimene kontrollpunkt, kus kontrollitakse DNA parandamist ja keskkonnatingimusi (kas need on piisavalt soodsad S-faasi üleminekuks).

Juhul kui tuumaenergia DNA kahjustatud, suureneb p53 valgu aktiivsus, mis stimuleerib p21 transkriptsiooni. Viimane seondub spetsiifilise tsükliin-CZK kompleksiga, mis vastutab raku S-faasi üleviimise eest ja pärsib selle jagunemist Gl-faasi staadiumis. See võimaldab parandusensüümidel parandada kahjustatud DNA fragmente.

Kui ilmnevad patoloogiad Defektse DNA p53 valgu replikatsioon jätkub, mis võimaldab jagunevatel rakkudel koguda mutatsioone ja aitab kaasa kasvajaprotsesside arengule. Seetõttu nimetatakse p53 valku sageli "genoomi valvuriks".

Rakutsükli G0 faas

Rakkude proliferatsioon imetajatel on võimalik ainult teiste rakkude poolt sekreteeritud rakkude osalusel rakuvälised kasvufaktorid, mis avaldavad oma mõju proto-onkogeenide kaskaadse signaaliülekande kaudu. Kui G1 faasis rakk ei saa vastavaid signaale, siis ta väljub rakutsüklist ja läheb G0 olekusse, mis võib kesta mitu aastat.

G0 blokeerimine toimub valkude - mitoosi supressorite abil, millest üks on retinoblastoomi valk(Rb valk), mida kodeerivad retinoblastoomi geeni normaalsed alleelid. See valk kinnitub spetsiifiliste regulatoorsete valkude külge, blokeerides rakkude proliferatsiooniks vajalike geenide transkriptsiooni stimuleerimise.

Ekstratsellulaarsed kasvufaktorid hävitavad bloki aktiveerides Gl-spetsiifilised tsükliin-CZK-kompleksid, mis fosforüülivad Rb valku ja muudavad selle konformatsiooni, mille tulemusena katkeb side regulatoorsete valkudega. Samal ajal aktiveerivad viimased nende poolt kodeeritavate geenide transkriptsiooni, mis käivitab proliferatsiooniprotsessi.

Rakutsükli S-faas

Standardne kogus DNA kaksikahelad igas rakus, mis vastab üheahelaliste kromosoomide diploidsele komplektile, on tavaks tähistada seda kui 2C. 2C komplekti hoitakse kogu G1 faasis ja uue kromosomaalse DNA sünteesimisel kahekordistub (4C) S-faasis.

Alustades lõpust S-faasid ja kuni M-faasini (kaasa arvatud G2-faas) sisaldab iga nähtav kromosoom kahte tihedalt seotud DNA molekuli, mida nimetatakse sõsarkromatiidideks. Seega on inimese rakkudes S-faasi lõpust kuni M-faasi keskpaigani 23 paari kromosoome (46 nähtavat ühikut), kuid 4C (92) tuuma DNA kaksikheeliksit.

Selle protsessi käigus mitoos identsete kromosoomikomplektide jaotus kahe tütarraku vahel toimub nii, et igaüks neist sisaldab 23 paari 2C DNA molekule. Tuleb märkida, et G1 ja G0 faasid on rakutsükli ainsad faasid, mille jooksul DNA molekulide komplekt 2C vastab rakkudes 46 kromosoomile.

Rakutsükli G2 faas

Teiseks kontrolli punkt, mis kontrollib raku suurust, asub G2 faasi lõpus, S-faasi ja mitoosi vahel. Lisaks kontrollitakse selles etapis, enne mitoosiga jätkamist, replikatsiooni täielikkust ja DNA terviklikkust. Mitoos (M-faas)

1. Profaas. Kromosoomid, millest igaüks koosneb kahest identsest kromatiidist, hakkavad kondenseeruma ja muutuvad tuuma sees nähtavaks. Raku vastaspoolustel hakkab tubuliinikiududest kahe tsentrosoomi ümber moodustuma spindlilaadne aparaat.

2. prometafaas. Tuumamembraan eraldub. Kinetokoorid moodustuvad kromosoomide tsentromeeride ümber. Tubuliini kiud tungivad tuuma ja koonduvad kinetokooride lähedusse, ühendades need tsentrosoomidest lähtuvate kiududega.

3. metafaas. Kiudude pinge põhjustab kromosoomide joondumist spindli pooluste vahelises joones keskel, moodustades seega metafaasiplaadi.

4. Anafaas. Tsentromeeri DNA, mis on jagatud sõsarkromatiidide vahel, dubleeritakse, kromatiidid eralduvad ja lahknevad poolustele lähemale.

5. Telofaas. Eraldatud sõsarkromatiidid (mida edaspidi peetakse kromosoomideks) jõuavad poolustele. Iga rühma ümber areneb tuumamembraan. Tihendatud kromatiin hajub ja moodustuvad nukleoolid.

6. tsütokinees. Rakumembraan tõmbub kokku ja pooluste vahele moodustub keskele lõhenemisvagu, mis lõpuks kaks tütarrakku eraldab.

Tsentrosoomi tsükkel

sisse G1 faasi aeg eraldub iga tsentrosoomiga seotud tsentrioolide paar. S- ja G2-faasi ajal moodustub vanadest tsentrioolidest paremale uus tütartsentriool. M-faasi alguses tsentrosoom eraldub, kaks tütartsentrosoomi lahknevad raku pooluste suunas.

Raku eluperioodi alates sünnihetkest emaraku jagunemise tulemusena kuni järgmise jagunemiseni ehk surmani nimetatakse raku elu(raku)tsükkel.

Paljunemisvõimeliste rakkude rakutsükkel sisaldab kahte etappi: - INTERFAAS (jagunemistevaheline etapp, interkinees); - JAGUMISPERIOOD (mitoos). Interfaasis valmistub rakk jagunemiseks - erinevate ainete sünteesiks, kuid peamine on DNA dubleerimine. Kestuse poolest moodustab see suurema osa elutsüklist. Interfaas koosneb 3 perioodist: 1) Eelsünteetiline - G1 (ji üks) - toimub kohe pärast jagamise lõppu. Rakk kasvab, koguneb erinevaid aineid (energiarikkaid), nukleotiide, aminohappeid, ensüüme. Valmistub DNA sünteesiks. Kromosoom sisaldab 1 DNA molekuli (1 kromatiidi). 2) Sünteetiline – S on materjali kahekordistumine – DNA molekulide replikatsioon. Suurenenud valkude ja RNA süntees. Tsentrioolide arv on kahekordistunud.

3) Postsünteetiline G2 - premitootiline, RNA süntees jätkub. Kromosoomid sisaldavad endas 2 koopiat – kromatiide, millest igaüks kannab 1 DNA molekuli (kaheahelaline). Rakk on pooldumiseks valmis, kromosoom on speraliseerunud.

Amitoos - otsene jagunemine

Mitoos - kaudne jagunemine

Meioos - redutseeriv jagunemine

AMITOOS- haruldane, eriti vananevates rakkudes või patoloogilistes tingimustes (koe parandamine), tuum jääb intefaasi olekusse, kromosoomid ei speralizuyutsya. Tuum jaguneb ahenemise teel. Tsütoplasma ei pruugi jaguneda, siis tekivad kahetuumalised rakud.

MITOOS- universaalne jagamise viis. Elutsüklis on see vaid väike osa. Kassi epiteemiliste soolerakkude tsükkel on 20-22 tundi, mitoos - 1 tund. Mitoos koosneb 4 faasist.

1) PROFAAS - toimub kromosoomide lühenemine ja paksenemine (spiraliseerumine), need on selgelt näha. Kromosoomid koosnevad 2 kromatiidist (interfaasis kahekordistuvad). Tuum ja tuumaümbris lagunevad, tsütoplasma ja karüoplasma segunevad. Jaotatud rakukeskused lahknevad piki raku pikitelge pooluste suunas. Moodustub jagunemisvõll (koosneb elastsetest valgufilamentidest).

2) METOFAAS - kromosoomid paiknevad piki ekvaatorit samas tasapinnas, moodustades metafaasiplaadi. Jagunemisvõll koosneb kahte tüüpi niitidest: üks ühendab rakukeskusi, teine - (nende arv = kromosoomide arv 46) on kinnitatud ühest otsast tsentrosoomi (rakukeskuse) külge, teine tsentromeeri külge. kromosoom. Tsentromeer hakkab samuti jagunema 2. Kromosoomid (lõpus) jagunevad tsentromeeri piirkonnas.

3) ANAFAAS on mitoosi lühim faas. Spindli kiud hakkavad lühenema ja iga kromosoomi kromatiidid eemalduvad üksteisest pooluste suunas. Iga kromosoom koosneb ainult ühest kromatiidist.

4) TELOFAAS - kromosoomid koonduvad vastavatesse rakukeskustesse, despiraliseeruvad. Moodustuvad tuumakesed, tuumaümbris, moodustub membraan, mis eraldab sõsarakud üksteisest. Sõsarakud eralduvad.

Mitoosi bioloogiline tähtsus seisneb selles, et selle tulemusena saab iga tütarrakk täpselt samasuguse kromosoomikomplekti ja sellest tulenevalt täpselt sama geneetilise informatsiooni, mis emarakk omas.

7. MEIOOS - JAGUNEMINE, SUKURAKKUDE KÄPSENEMINE

Seksuaalse paljunemise olemus seisneb seemnerakkude (isaslooma) ja munaraku (emane) sugurakkude (suguraku) 2 tuuma ühinemises. Arengu käigus toimub sugurakkude mitootiline jagunemine ja küpsemise ajal meiootiline jagunemine. Seetõttu sisaldavad küpsed sugurakud haploidset kromosoomide komplekti (p): P + P = 2P (sügoot). Kui sugurakkudel oleks 2n (diploidne), siis järglastel oleks tetraploidne (2n+2n)=4n kromosoome jne. Vanemate ja järglaste kromosoomide arv jääb muutumatuks. Meioosi (gametogeneesi) tõttu väheneb kromosoomide arv poole võrra. See koosneb kahest järjestikusest jaotusest:

vähendamine

Võrdsus (võrdsustamine)

ilma nendevahelise vahefaasita.

PROFAAS 1 ERINEB MITOOSI PROFAASIGA.

1. Leptonema (õhukesed filamendid) tuumas, pikkade õhukeste kromosoomide diploidne komplekt (2p) 46 tk.

2. Zygonema - homoloogsed kromosoomid (paaritud) - 23 paari inimesel konjugaat (tõmblukk) geeni "liitmine" geeniga on ühendatud kogu pikkuses 2n - 23 tk.

3. Pachinema (paksud kiud) homoloog. Kromosoomid on omavahel tihedalt seotud (kahevalentsed). Iga kromosoom koosneb 2 kromatiidist, s.o. kahevalentne - 4 kromatiidist.

4. Diploneem (kaheahelaline) kromosoomikonjugatsioon tõrjub üksteist. Toimub kromosoomide katkiste osade keerdumine ja mõnikord ka vahetus – ristumine (ristumine) – see suurendab järsult pärilikku varieeruvust, uusi geenikombinatsioone.

5. Diakinees (kaugusesse liikumine) - profaas lõpeb; kromosoomid speraliseeritakse, tuumamembraan puruneb ja algab teine faas - esimese jagunemise metafaas.

Metafaas 1 - bivalentsid (tetradid) asuvad piki raku ekvaatorit, moodustub jagunemisspindel (23 paari).

Anafaas 1 - iga pooluse suhtes lahknevad nad mitte esimesel kromatiidil, vaid kahel kromosoomil. Homoloogiliste kromosoomide vaheline side on nõrgenenud. Paaritud kromosoomid eemalduvad üksteisest erinevatele poolustele. Moodustub haploidne komplekt.

Telofaas 1 - spindli poolustele kogutakse üks haploidne kromosoomide komplekt, milles iga kromosoomitüüpi ei esinda mitte paar, vaid 1. kromosoom, mis koosneb 2 kromatiidist, tsütoplasma ei ole alati jagatud.

Meioos 1- jagunemine viib rakkude moodustumiseni, mis kannavad haploidset kromosoomikomplekti, kuid kromosoomid koosnevad 2 kromatiidist, s.t. neil on kaks korda suurem kogus DNA-d. Seetõttu on rakud juba 2. jagunemiseks valmis.

Meioos 2 jaotus (ekvivalent). Kõik etapid: profaas 2, metafaas 2, anafaas 2 ja telofaas 2. Läbib nagu mitoos, aga haploidsed rakud jagunevad.

Jagunemise tulemusena moodustuvad ema kaheahelalised kromosoomid, lõhenedes, üheahelalised tütarkromosoomid. Igal rakul (4) on haploidne kromosoomide komplekt.

SIIS. toimub 2 metoodilise jaotuse tulemusena:

Suurenenud pärilik varieeruvus, mis on tingitud kromosoomide erinevatest kombinatsioonidest lastekomplektides

Kromosoomipaaride võimalike kombinatsioonide arv = 2 astmeni n (kromosoomide arv haploidses komplektis on 23 - inimene).

Meioosi põhieesmärk on luua haploidse kromosoomikomplektiga rakke - see viiakse läbi homoloogsete kromosoomipaaride moodustumise tõttu 1. meiootilise jagunemise alguses ja sellele järgnenud homoloogide lahknemise tõttu erinevatesse tütarrakkudesse. Meeste sugurakkude moodustumine on spermatogenees, naissoost - ovogenees.

rakutsükkel

Rakutsükkel on raku eksisteerimise periood alates selle tekkimise hetkest emaraku jagunemise teel kuni tema enda jagunemiseni või surmani Sisu [näita]

Eukarüootse rakutsükli pikkus

Rakutsükli pikkus on rakuti erinev. Täiskasvanud organismide kiiresti paljunevad rakud, nagu epidermise ja peensoole vereloome- või basaalrakud, võivad siseneda rakutsüklisse iga 12-36 tunni järel.Okasnahksete munade kiirel killustumisel täheldatakse lühikesi rakutsüklit (umbes 30 minutit), kahepaiksed ja muud loomad. Katsetingimustes on paljudel rakukultuuriliinidel lühike rakutsükkel (umbes 20 tundi). Enamikus aktiivselt jagunevates rakkudes on mitooside vaheline periood ligikaudu 10-24 tundi.

Eukarüootse rakutsükli faasid

Eukarüootse raku tsükkel koosneb kahest perioodist:

Rakkude kasvuperiood, mida nimetatakse "interfaasiks", mille jooksul sünteesitakse DNA ja valgud ning valmistatakse ette rakkude jagunemiseks.

Rakkude jagunemise periood, mida nimetatakse "faasiks M" (sõnast mitoos - mitoos).

Interfaas koosneb mitmest perioodist:

G1-faas (inglise keelest gap - gap) või esialgse kasvu faas, mille käigus sünteesitakse mRNA, valgud ja muud rakulised komponendid;

S-faas (ingliskeelsest sünteesist - sünteetiline), mille käigus replitseeritakse raku tuuma DNA, ka tsentrioolid kahekordistuvad (juhul kui need on muidugi olemas).

G2-faas, mille jooksul toimub ettevalmistus mitoosiks.

Diferentseerunud rakkudel, mis enam ei jagune, võib rakutsüklis puududa G1 faas. Sellised rakud on puhkefaasis G0.

Rakkude jagunemise periood (faas M) sisaldab kahte etappi:

mitoos (raku tuuma jagunemine);

tsütokinees (tsütoplasma jagunemine).

Mitoos jaguneb omakorda viieks etapiks, in vivo moodustavad need kuus etappi dünaamilise järjestuse.

Rakkude jagunemise kirjeldus põhineb valgusmikroskoopia andmetel kombineeritult mikrofilmimisega ning fikseeritud ja värvitud rakkude valgus- ja elektronmikroskoopia tulemustel.

Rakutsükli reguleerimine

Rakutsükli muutuvate perioodide loomulik järjestus toimub valkude, näiteks tsükliinist sõltuvate kinaaside ja tsükliinide interaktsiooni kaudu. G0 faasis olevad rakud võivad siseneda rakutsüklisse, kui nad puutuvad kokku kasvufaktoritega. Erinevad kasvufaktorid, nagu trombotsüütide, epidermise ja närvide kasvufaktorid, vallandavad oma retseptoritega seondudes rakusisese signaaliülekande kaskaadi, mis viib lõpuks tsükliinide ja tsükliinsõltuvate kinaaside geenide transkriptsioonini. Tsükliinist sõltuvad kinaasid muutuvad aktiivseks ainult siis, kui nad interakteeruvad vastavate tsükliinidega. Erinevate tsükliinide sisaldus rakus muutub kogu rakutsükli jooksul. Tsükliin on tsükliin-tsükliin-sõltuva kinaasi kompleksi reguleeriv komponent. Kinaas on selle kompleksi katalüütiline komponent. Kinaasid ei ole aktiivsed ilma tsükliinideta. Rakutsükli erinevatel etappidel sünteesitakse erinevaid tsükliine. Seega saavutab tsükliin B sisaldus konna munarakkudes oma maksimumi mitoosi ajaks, mil vallandub kogu tsükliin B/tsükliin-sõltuva kinaasi kompleksi poolt katalüüsitud fosforüülimisreaktsioonide kaskaad. Mitoosi lõpuks laguneb tsükliin kiiresti proteinaaside toimel.

Rakutsükli kontrollpunktid

Rakutsükli iga faasi lõppemise kindlakstegemiseks peavad selles olema kontrollpunktid. Kui rakk "läbib" kontrollpunkti, jätkab ta "liikumist" läbi rakutsükli. Kui mõned asjaolud, näiteks DNA kahjustus, takistavad raku läbimist kontrollpunktist, mida võib võrrelda teatud tüüpi kontrollpunktiga, siis rakk peatub ja rakutsükli uut faasi ei toimu, vähemalt enne takistuste eemaldamist. , takistades puuri läbimist kontrollpunktist. Rakutsükli kontrollpunkte on vähemalt neli: kontrollpunkt G1-s, kus kontrollitakse DNA terviklikkust enne S-faasi sisenemist, kontrollpunkt S-faasis, kus kontrollitakse DNA replikatsiooni õigsust, kontrollpunkt G2-s, kus kontrollitakse vahelejäänud kahjustusi. eelmiste kontrollpunktide läbimisel või rakutsükli järgmistel etappidel. G2 faasis tuvastatakse DNA replikatsiooni täielikkus ja rakud, milles DNA on alapaljunenud, ei sisene mitoosi. Spindli kokkupaneku kontrollpunktis kontrollitakse, kas kõik kinetokoorid on mikrotuubulite külge kinnitatud.

Rakutsükli häired ja kasvaja moodustumine

Valgu p53 sünteesi suurenemine põhjustab rakutsükli inhibiitori p21 valgu sünteesi indutseerimist

Rakutsükli normaalse regulatsiooni rikkumine on enamiku tahkete kasvajate põhjus. Rakutsüklis, nagu juba mainitud, on kontrollpunktide läbimine võimalik ainult siis, kui eelnevad etapid on normaalselt läbitud ja rikkeid ei esine. Kasvajarakke iseloomustavad muutused rakutsükli kontrollpunktide komponentides. Kui rakutsükli kontrollpunktid on inaktiveeritud, täheldatakse mõnede kasvaja supressorite ja protoonkogeenide, eriti p53, pRb, Myc ja Ras, talitlushäireid. Valk p53 on üks transkriptsioonifaktoritest, mis käivitab p21 valgu sünteesi, mis on CDK-tsükliini kompleksi inhibiitor, mis viib rakutsükli seiskumiseni G1 ja G2 perioodidel. Seega rakk, mille DNA on kahjustatud, S-faasi ei sisene. Kui mutatsioonid viivad p53 valgu geenide kadumiseni või kui need muutuvad, rakutsükli blokaadi ei toimu, rakud sisenevad mitoosi, mis viib mutantsete rakkude ilmumiseni, millest enamik ei ole elujõulised, samas kui teised põhjustavad pahaloomulisi rakke .

Tsükliinid on valkude perekond, mis on tsükliinist sõltuvate proteiinkinaaside (CDK) (CDK – tsükliinsõltuvate kinaaside) aktivaatorid – võtmeensüümid, mis osalevad eukarüootse rakutsükli reguleerimises. Tsükliinid said oma nime tänu sellele, et nende rakusisene kontsentratsioon muutub perioodiliselt, kui rakud läbivad rakutsükli, saavutades maksimumi selle teatud etappidel.

Tsükliinist sõltuva proteiinkinaasi katalüütiline alaühik aktiveerub osaliselt interaktsiooni tulemusena tsükliinimolekuliga, mis moodustab ensüümi regulatoorse alaühiku. Selle heterodimeeri moodustumine saab võimalikuks pärast seda, kui tsükliin saavutab kriitilise kontsentratsiooni. Vastuseks tsükliini kontsentratsiooni vähenemisele inaktiveeritakse ensüüm. Tsükliinist sõltuva proteiinkinaasi täielikuks aktiveerimiseks peab selle kompleksi polüpeptiidahelates toimuma teatud aminohappejääkide spetsiifiline fosforüülimine ja defosforüülimine. Üks selliseid reaktsioone läbi viiv ensüüm on CAK kinaas (CAK – CDK aktiveeriv kinaas).

Tsükliinist sõltuv kinaas

Tsükliinist sõltuvad kinaasid (CDK-d) on valkude rühm, mida reguleerivad tsükliin ja tsükliini sarnased molekulid. Enamik CDK-sid osaleb rakutsükli faasides; nad reguleerivad ka transkriptsiooni ja mRNA töötlemist. CDK-d on seriini/treoniini kinaasid, mis fosforüülivad vastavaid valgujääke. Tuntud on mitmeid CDK-sid, millest igaüks aktiveeritakse pärast kriitilise kontsentratsiooni saavutamist ühe või enama tsükliini ja teiste sarnaste molekulide poolt ning enamasti on CDK-d homoloogsed, erinedes peamiselt tsükliini sidumissaidi konfiguratsiooni poolest. Vastuseks konkreetse tsükliini intratsellulaarse kontsentratsiooni vähenemisele toimub vastava CDK pöörduv inaktiveerimine. Kui CDK-sid aktiveerib tsükliinide rühm, hoiab igaüks neist justkui proteiinkinaase üksteisele üle kandes CDK-d aktiveeritud olekus pikka aega. Sellised CDK aktiveerimise lained esinevad rakutsükli G1 ja S faasides.

CDK-de ja nende regulaatorite loetelu

CDK1; tsükliin A, tsükliin B

CDK2; tsükliin A, tsükliin E

CDK4; tsükliin D1, tsükliin D2, tsükliin D3

CDK5; CDK5R1, CDK5R2

CDK6; tsükliin D1, tsükliin D2, tsükliin D3

CDK7; tsükliin H

CDK8; tsükliin C

CDK9; tsükliin T1, tsükliin T2a, tsükliin T2b, tsükliin K

CDK11 (CDC2L2); tsükliin L

Amitoos (või otsene rakkude jagunemine) esineb somaatilistes eukarüootsetes rakkudes harvemini kui mitoosi. Seda kirjeldas esmakordselt saksa bioloog R. Remak 1841. aastal, termini pakkus välja histoloog. W. Flemming hiljem – 1882. aastal. Enamikul juhtudel täheldatakse amitoosi vähenenud mitootilise aktiivsusega rakkudes: need on vananevad või patoloogiliselt muutunud rakud, mis on sageli määratud surmale (imetajate embrüonaalsete membraanide rakud, kasvajarakud jne). Amitoosi ajal säilib tuuma interfaasiline olek morfoloogiliselt, tuum ja tuumamembraan on selgelt nähtavad. DNA replikatsioon puudub. Kromatiini spiraliseerumist ei toimu, kromosoome ei tuvastata. Rakk säilitab oma loomupärase funktsionaalse aktiivsuse, mis mitoosi ajal peaaegu täielikult kaob. Amitoosi ajal jaguneb ainult tuum ja ilma lõhustumisspindli moodustumiseta jaotub pärilik materjal juhuslikult. Tsütokineesi puudumine viib kahetuumaliste rakkude moodustumiseni, mis hiljem ei suuda siseneda normaalsesse mitootilisse tsüklisse. Korduvate amitooside korral võivad moodustuda mitmetuumalised rakud.

See mõiste esines mõnes õpikus kuni 1980. aastateni. Praegu arvatakse, et kõik amitoosile omistatavad nähtused on tingitud ebapiisavalt valmistatud mikroskoopiliste preparaatide ebaõigest tõlgendamisest või rakkude hävimisega kaasnevate nähtuste või muude patoloogiliste protsesside tõlgendamisest raku jagunemisena. Samal ajal ei saa mõnda eukarüootse tuuma lõhustumise varianti nimetada mitoosiks või meioosiks. Selline on näiteks paljude ripslaste makrotuumade jagunemine, kus ilma spindli moodustumiseta toimub kromosoomide lühikeste fragmentide eraldumine.