Raku elutsükkel, või rakutsükkel, on ajavahemik, mille jooksul see eksisteerib ühikuna, st raku eluea periood. See kestab hetkest, kui rakk ilmub oma ema jagunemise tulemusena ja kuni jagunemise enda lõpuni, mil see "laguneb" kaheks tütreks.

On aegu, mil rakk ei jagune. Siis on selle elutsükkel periood raku ilmumisest surmani. Tavaliselt ei jagune mitmerakuliste organismide kudede rakud. Näiteks närvirakud ja punased verelibled.

Eukarüootsete rakkude elutsüklis on tavaks eristada mitmeid konkreetseid perioode või faase. Need on iseloomulikud kõigile jagunevatele rakkudele. Faasid on tähistatud G 1 , S, G 2 , M. G 1 faasist võib rakk minna G 0 faasi, jäädes sinna, kus ta ei jagune ja paljudel juhtudel diferentseerub. Samal ajal võivad mõned rakud naasta G 0-st G 1-sse ja läbida kõik rakutsükli etapid.

Faasilühendites olevad tähed on ingliskeelsete sõnade esitähed: lünk (lõhe), süntees (süntees), mitoos (mitoos).

Rakud valgustatakse G1 faasis punase fluorestseeruva indikaatoriga. Rakutsükli ülejäänud faasid on rohelised.

Periood G 1 - eelsünteetiline– algab kohe, kui rakk on ilmunud. Praegu on see emast väiksem, selles on vähe aineid, organellide arv ei ole piisav. Seetõttu toimub G 1-s rakkude kasv, RNA, valkude süntees ja organellide ehitus. Tavaliselt on G 1 raku elutsükli pikim faas.

S - sünteetiline periood. Selle kõige olulisem eristav tunnus on DNA dubleerimine replikatsioon. Iga kromosoom koosneb kahest kromatiidist. Sel perioodil on kromosoomid endiselt despiraliseeritud. Kromosoomides on lisaks DNA-le palju histooni valke. Seetõttu sünteesitakse S-faasis histoone suurtes kogustes.

AT postsünteetiline periood - G 2 Rakk valmistub jagunemiseks, tavaliselt mitoosi teel. Rakk kasvab jätkuvalt, ATP süntees toimub aktiivselt, tsentrioolid võivad kahekordistuda.

Järgmisena siseneb rakk raku jagunemise faas - M. Siin toimub raku tuuma jagunemine. mitoos millele järgneb tsütoplasma jagunemine tsütokinees. Tsütokineesi lõppemine tähistab antud raku elutsükli lõppu ja kahe uue rakutsükli algust.

Faas G0 mõnikord nimetatakse seda raku "puhkeperioodiks". Rakk "lahkub" normaalsest tsüklist. Sel perioodil võib rakk hakata diferentseeruma ega pöördu enam tagasi normaalsesse tsüklisse. G0 faas võib hõlmata ka vananevaid rakke.

Tsükli igale järgnevale faasile üleminekut juhivad spetsiaalsed rakulised mehhanismid, nn kontrollpunktid - kontrollpunktid. Et järgmine faas saaks alata, peab rakus selleks kõik valmis olema, DNA-s ei tohi olla jämedaid vigu jne.

Faasid G 0, G 1, S, G 2 koos moodustavad vahefaas - I.

Vikipeediast, vabast entsüklopeediast

Rakutsükkel- see on raku eksisteerimise periood alates selle tekkimise hetkest emaraku jagunemise teel kuni tema enda jagunemiseni või surmani.

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 purustamisel 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:

• G 1 -faas (inglise keelest. lõhe- lünk) ehk esialgse kasvu faas, mille käigus sünteesitakse mRNA, valgud ja muud rakukomponendid;
• S-faasid (inglise keelest. süntees- süntees), mille käigus replitseeritakse raku tuuma DNA, kahekordistuvad ka tsentrioolid (juhul kui need on muidugi olemas).
• G 2 -faas, mille käigus toimub ettevalmistus mitoosiks.

Diferentseerunud rakkudel, mis enam ei jagune, võib rakutsüklis puududa G 1 faas. Sellised rakud on puhkefaasis G 0 .

Rakkude jagunemise periood (faas M) sisaldab kahte etappi:

• karüokinees (tuumade jagunemine);
• tsütokinees (tsütoplasma jagunemine).

Mitoos jaguneb omakorda viieks etapiks.

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

Rakutsükli reguleerimine

Rakutsükli perioodide regulaarne järjestus toimub valkude, näiteks tsükliinist sõltuvate kinaaside ja tsükliinide interaktsiooni ajal. 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 mingid asjaolud, näiteks DNA kahjustus, takistavad raku läbimist kontrollpunktist, mida võib võrrelda teatud tüüpi kontrollpunktiga, siis rakk seiskub ja rakutsükli uut faasi ei toimu, vähemalt seni, kuni ilmnevad takistused, mis takistasid kontrollpunkti läbimise puur eemaldati. 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

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 mitmete 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 .

Kirjutage ülevaade artiklist "Cell Cycle"

Kirjandus

1. Kolman J., Rem K., Wirth Y., (2000). "Visuaalne biokeemia",
2. Tšentsov Yu.S., (2004). "Sissejuhatus rakubioloogiasse". M.: ICC "Akademkniga"
3. Kopnin B.P., "Onkogeenide ja kasvaja supressorite toimemehhanismid"

Lingid

rakutsükkel Faasid Muud faasid Regulaatorid

Rakutsüklit iseloomustav väljavõte

“Moskva kodanikud!
Teie õnnetused on julmad, kuid tema Majesteet keiser ja kuningas tahavad nende kulgu peatada. Kohutavad näited on teile õpetanud, kuidas ta karistab sõnakuulmatuse ja kuritegude eest. Segaduste peatamiseks ja üldise turvalisuse taastamiseks rakendatakse rangeid meetmeid. Teie enda seast valitud isapoolne administratsioon on teie valla- või linnavalitsus. See hoolib sinust, sinu vajadustest ja sinu kasust. Selle liikmeid eristab punane lint, mida kantakse üle õla ja linnapeal on valge vöö. Kuid kui tööaeg välja jätta, on neil ainult punane lint vasaku käe ümber.
Linnapolitsei loodi vastavalt endisele olukorrale ja selle tegevuse kaudu valitseb parem kord. Valitsus määras ametisse kaks kindralkomissari ehk politseiülemat ja kakskümmend komissari ehk erafoogtit, kes määrati ametisse kõigis linnaosades. Te tunnete nad ära valge lindi järgi, mida nad kannavad vasaku käe ümber. Mõned eri konfessioonide kirikud on avatud ja jumalateenistusi peetakse takistusteta. Teie kaaskodanikud naasevad iga päev oma eluruumidesse ja neile on antud korraldus, et nad peaksid ebaõnne järel neist abi ja kaitset leidma. Need on vahendid, mida valitsus on kasutanud korra taastamiseks ja teie olukorra leevendamiseks; kuid selle saavutamiseks on vaja, et ühendaksite oma jõupingutused temaga, et unustaksite võimalusel oma õnnetused, mida olete läbi elanud, lootke end mitte nii julma saatuse lootusele, veenduge, et vältimatu ja häbiväärne surm ootab neid, kes julgevad teie isikutele ja teie allesjäänud varale, ja lõpuks nad ei kahelnud, et need säilivad, sest selline on kõigi monarhide suurima ja õiglaseima tahe. Sõdurid ja elanikud, olenemata rahvusest! Taastage avalik usaldus, riigi õnne allikas, elage nagu vennad, andke üksteisele vastastikust abi ja kaitset, ühinege kurja mõtlemisega inimeste kavatsuste ümberlükkamiseks, kuuletuge sõjaväe- ja tsiviilvõimudele ja peagi lakkavad teie pisarad. voolav.
Vägede toiduga seoses käskis Napoleon kõigil vägedel minna kordamööda Moskvasse a la maraude [saak], et hankida endale toiduaineid, et sel moel oleks sõjavägi edaspidiseks kindlustatud.
Usulise poole pealt käskis Napoleon ramener les popes [preestrid tagasi tuua] ja taasalustada teenistust kirikutes.
Sõjaväe kaubanduse ja toidu osas postitati kõikjale:
Väljakuulutamine
„Teie rahulikud moskvalased, käsitöölised ja töölised, kelle ebaõnne linnast on viinud, ja hajutatud põllumehed, keda põldudel ikka veel pidurdab põhjendamatu hirm, kuulge! Vaikus naaseb sellesse pealinna ja kord taastub selles. Teie kaasmaalased tulevad julgelt oma peidupaikadest välja, nähes, et neid austatakse. Igasugune nende ja nende vara kallal toime pandud vägivald karistatakse koheselt. Tema Majesteet keiser ja kuningas patroneerivad neid ega pea kedagi teie seast oma vaenlasteks, välja arvatud need, kes ei allu tema käskudele. Ta tahab lõpetada teie ebaõnne ja saata teid tagasi teie kohtute ja teie perede juurde. Järgige tema heategevuslikke kavatsusi ja tulge meie juurde ilma igasuguse ohuta. Elanikud! Naaske enesekindlalt oma eluruumidesse: varsti leiate võimalusi oma vajaduste rahuldamiseks! Käsitöölised ja töökad käsitöölised! Tulge tagasi oma näputöö juurde: majad, poed, valvurid ootavad teid ja saate oma töö eest oma tasu! Ja lõpuks teie, talupojad, lahkuge metsadest, kus te õuduse eest varjasite, naaske kartmata oma onnidesse, olles kindlad, et leiate kaitse. Linna rajatakse kuurid, kuhu talupojad saavad oma üleliigsed varud ja taimed maale tuua. Valitsus on nende vaba müügi tagamiseks võtnud kasutusele järgmised abinõud: 1) Arvestades sellest arvust, saavad talupojad, põllumehed ja Moskva ümbruses elavad inimesed oma varud linna tuua, ükskõik missugused, ilma igasuguse ohuta, kahe aja jooksul. määratud laod, st Mokhovayal ja Okhotny Ryadil. 2) Neid toiduaineid ostetakse neilt sellise hinnaga, milles ostja ja müüja omavahel kokku lepivad; kui aga müüja nõutud õiglast hinda ei saa, võib ta need vabalt oma külasse tagasi viia, millesse keegi teda mingil ettekäändel segada ei saa. 3) Iga pühapäev ja kolmapäev on planeeritud iganädalaselt suurteks kauplemispäevadeks; miks pannakse teisipäeviti ja laupäeviti kõikidele suurematele teedele, linnast nii kaugele, piisav arv vägesid nende vankrite kaitseks. 4) Võetakse kasutusele sellised abinõud, et talupojad oma vankrite ja hobustega tagasiteel ei oleks takistatud. 5) Koheselt kasutatakse raha normaalse kauplemise taastamiseks. Linna ja küla elanikud ja teie, töölised ja käsitöölised, ükskõik mis rahvusest te ka poleks! Teid kutsutakse täitma Tema Majesteedi keisri ja kuninga isalikke kavatsusi ning andma koos temaga oma panus üldisesse heaolusse. Kandke tema jalge ees austust ja usaldust ning ärge kõhelge meiega ühinemast!
Vägede ja rahva vaimu tõstmise osas tehti pidevalt ülevaateid, jagati auhindu. Keiser ratsutas mööda tänavaid ja lohutas elanikke; ja vaatamata kogu riigiasjadega tegelemisele külastas ta ise tema käsuga asutatud teatreid.
Mis puudutab heategevust, kroonitud parimat vaprust, siis Napoleon tegi samuti kõike, mis temast sõltus. Heategevusasutustesse käskis ta kirjutada Maison de ma mere [Minu ema maja], ühendades selle teoga õrna pojatunde monarhi vooruslikkusega. Ta külastas lastekodu ja suudelnud oma valgeid käsi orbudele, kelle ta oli päästnud, rääkis ta Tutolminiga armulikult. Seejärel käskis ta Thiersi kõneka esitluse kohaselt jagada oma vägede palgad venelastele, tema valmistatud valeraha. Asjakohane l "emploi de ces moyens par un acte digue de lui et de l" armee Francaise, il fit distribuer des secours aux incendies. Mais les vivres etant trop precieux pour etre donnes a des etrangers la plupart ennemis, Napoleon aima mieux leur fournir de l "argent afin qu" ils se fournissent au dehors, et il leur fit distribuer des rubles papiers. [Tõustades nende meetmete kasutamist tema ja Prantsuse armee väärilise tegevusega, andis ta käsu jaotada hüvitisi põlenud inimestele. Kuid kuna toiduvarud olid võõra maa inimestele andmiseks liiga kallid ja enamasti vaenulikud, pidas Napoleon paremaks neile raha anda, et nad saaksid oma toidu kõrvale; ja ta käskis neil paberrubladega riidesse panna.]

raku pooldumine- protsesside kogum, mille tõttu ühest emarakust moodustub kaks või enam tütarrakku. Rakkude jagunemine on elu bioloogiline alus. Üherakuliste organismide puhul tekivad uued organismid rakkude jagunemise tõttu. Mitmerakulistes organismides seostatakse rakkude jagunemist mittesugulise ja seksuaalse paljunemise, kasvu ja paljude nende struktuuride taastamisega. Rakkude jagunemise esmane ülesanne on päriliku teabe edastamine järgmisele põlvkonnale. Prokarüootsetel rakkudel puudub moodustunud tuum, mistõttu nende rakud jagunevad kaheks väiksemaks tütarrakuks, nn. binaarne eraldamine, tehtud lihtsamaks ja kiiremaks. Eukarüootides on mitut tüüpi rakkude jagunemist:

mitootiline jagunemine- jagunemine, mille käigus ühest emarakust moodustuvad kaks sama kromosoomikomplektiga tütarrakku (somaatiliste rakkude jaoks)

meiootiline jagunemine - jagunemine, mille käigus ühest emarakust moodustub neli tütarrakku poole (haploidse) kromosoomikomplektiga (sugulise paljunemisega organismides)

lootustandev - jagunemine, mille käigus ühest emarakust moodustuvad kaks tütarrakku, millest üks on teisest suurem (näiteks pärmis)

mitmekordne jaotus(skisogoonia) - jagunemine, mille käigus ühest emarakust moodustub palju tütarrakke (näiteks malaaria plasmoodiumis).

Rakkude jagunemine on osa rakutsüklist. rakutsükkel- see on raku eksisteerimise periood ühest jagunemisest teise. Selle perioodi kestus on erinevates organismides erinev (näiteks bakteritel - 20-30 minutit, inimese leukotsüütidel - 4-5 päeva) ja sõltub vanusest, temperatuurist, DNA kogusest, rakutüübist jms. Üherakulistes organismides langeb rakutsükkel kokku indiviidi elueaga ja hulkraksete organismide keharakkudes, mis pidevalt jagunevad, mitootilise tsükliga. Rakutsükli jooksul toimuvad molekulaarsed protsessid on järjestikused. Rakutsüklit on võimatu läbi viia vastupidises suunas. Kõigi eukarüootide oluline tunnus on see, et rakutsükli ristfaasid on täpselt kooskõlastatud. Rakutsükli üks faas asendub rangelt kehtestatud järjekorras teisega ning enne järgmise faasi algust tuleb korralikult läbi viia kõik eelmisele faasile iseloomulikud biokeemilised protsessid. Rakutsükli häired võivad põhjustada kromosomaalseid kõrvalekaldeid. Näiteks võib osa kromosoomidest kaduda, kahe tütarraku vahel ebapiisavalt jaotuda jms. Sarnased kromosoomianomaaliad on iseloomulikud vähirakkudele. Rakutsüklit suunavaid reguleerivaid molekule on kaks peamist klassi. Need on tsükliinid ja tsükliinist sõltuvad ensüümkinaasid. L. Hartwell, R. Hunt ja P. Nurse said 2001. aasta Nobeli meditsiini- ja füsioloogiaauhinna nende kesksete molekulide avastamise eest rakutsükli reguleerimisel.

Rakutsükli peamised perioodid on interfaas, mitoos ja tsütokinees.

rakutsükkel= Interfaas + Mitoos + Tsütokinees

Interfaas (lat. Inter - vahepeal, faas - välimus) - ajavahemik rakkude jagunemise vahel või rakkude jagunemisest kuni selle surmani.

Interfaasi kestus on reeglina kuni 90% kogu rakutsükli ajast. Interfaasirakkude peamine märk on kromatiini despiraliseeritud olek. Rakkudes, mis on kaotanud jagunemisvõime (näiteks neuronid), on interfaas periood viimasest mitoosist kuni rakusurmani.

Interfaas tagab rakkude kasvu, DNA molekulide kahekordistumise, orgaaniliste ühendite sünteesi, mitokondrite paljunemise, akumuleerib ATP-s energiat, mis on vajalik rakkude jagunemise tagamiseks.

Interfaas hõlmab sünteetilisi, sünteetilisi ja postsünteetilisi perioode. Presünteetiline periood(G1-faas) - iseloomustab rakkude kasv. Sellel perioodil, mis on kõige pikem, rakud kasvavad, diferentseeruvad ja täidavad oma ülesandeid. Diferentseerunud rakkudes, mis enam ei jagune, ei ole rakutsüklis G1 faasi. Sellised rakud on puhkeperioodil (G0-faas). Sünteetiline periood(S-faas) on periood, mille peamiseks sündmuseks on DNA dubleerimine. Iga kromosoom muutub sel perioodil kahekromatiidiliseks. Postsünteetiline periood(G2-faas) - mitoosiks kohese ettevalmistuse periood.

Peamised sündmused vahefaasis

periood	Põhiprotsessid
Eelsünteetiline(G1-faas, pikim, 10 tunnist mitme päevani)	■ peamiste organellide moodustumine; ■ tuum toodab mRNA-d, tRNA-d, rRNA-d; ■ intensiivsed biosünteesiprotsessid ja kiirenenud rakkude kasv
Sünteetiline(S-faas, selle kestus on 6-10 tundi)	■ DNA replikatsioon ja histooni süntees ning kromosoomi transformatsioon topeltkromatiidi struktuuriks; ■ tsentrioolide kahekordistumine
Postsünteetiline(G2-faas, selle kestus on 3-4 tundi)	■ jagunemine, peamiste uute organellide moodustumine; ■ tsütoskeleti hävitamine; ■ valkude, lipiidide, süsivesikute, RNA, ATP jne tõhustatud süntees |

Mitoos on eukarüootsete rakkude jagunemise peamine tüüp. See osa koosneb 4 faasist ( profaas, metafaas, anafaas, telofaas) ja kestab mitu minutit kuni 2-3 tundi.

Tsntokinez(või tsütotoomia) - eukarüootse raku tsütoplasma jagunemine, mis toimub pärast seda, kui rakus on toimunud tuuma jagunemine (mitoos). Enamasti jagunevad raku tsütoplasma ja organellid tütarrakkude vahel ligikaudu võrdselt. Erandiks on oogenees, mille käigus tulevane munarakk saab peaaegu kogu tsütoplasma ja organellid, samas kui polaarkehad ei sisalda neist peaaegu ühtegi ja surevad peagi. Juhtudel, kui tuumade jagunemisega ei kaasne tsütokineesi, moodustuvad mitmetuumalised rakud (näiteks ristvilkuvad lihaskiud). Tsütokinees tekib kohe pärast telofaasi. Loomarakkudes hakkab plasmamembraan telofaasi ajal ekvatoriaaltasandil (mikrofilamentide toimel) sissepoole voltuma ja jagab raku pooleks. Ekvaatoril asuvates taimerakkudes moodustub keha mikrofilamentidest - fragmoblast. Sellele liiguvad mitokondrid, ER, Golgi aparaat, ribosoomid. Golgi aparaadi mullid ühinevad ja moodustavad rakuplaadi, mis kasvab ja ühineb emaraku rakuseinaga.

BIOLOOGIA +apoptoos on programmeeritud rakusurma nähtus. Erinevalt teist tüüpi rakusurma - nekroosist- apoptoosi ajal ei toimu tsütoplasma membraani hävimist ja vastavalt sellele ei satu raku sisu rakuvälisesse keskkonda. Iseloomulik tunnus on DNA fragmenteerimine spetsiifilise ensüümi endonukleaasi toimel fragmentideks. Apoptoosiprotsess on vajalik organismi rakkude arvu füsioloogiliseks reguleerimiseks, vanade rakkude hävitamiseks, sügisesteks lehtede langemiseks, tapja lümfotsüütide tsütotoksiliseks toimeks, organismi embrüogeneesiks jne. normaalne raku apoptoos põhjustab rakkude kontrollimatut paljunemist ja kasvaja väljanägemist.

Rakutsükkel on raku eksisteerimise periood alates selle tekkimise hetkest emaraku jagunemise teel kuni tema enda jagunemiseni või surmani.

rakutsükli kestus

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.

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:

G 1 -faas (inglise keelest. lõhe- intervall) ehk esialgse kasvu faas, mille jooksul sünteesitakse mRNA, valgud ja muud rakukomponendid;

S-faasid (inglise keelest. süntees- süntees), mille käigus replitseeritakse raku tuuma DNA, toimub ka tsentrioolide kahekordistumine (kui need muidugi olemas on).

G 2 -faas, mille käigus toimub ettevalmistus mitoosiks.

Diferentseerunud rakkudel, mis enam ei jagune, võib rakutsüklis puududa G 1 faas. Sellised rakud on puhkefaasis G 0 .

Rakkude jagunemise periood (faas M) sisaldab kahte etappi:

karüokinees (tuumade jagunemine);

tsütokinees (tsütoplasma jagunemine).

Mitoos jaguneb omakorda viieks etapiks.

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 lõpuks viib 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.

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 pikka aega aktiveeritud olekus. 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 surmale määratud (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.