Inligting

8.3: Beheer van die selsiklus - Biologie

8.3: Beheer van die selsiklus - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Leerdoelwitte

Identifiseer belangrike kontrolepunte in seldeling

Die lengte van die selsiklus is hoogs veranderlik, selfs binne die selle van 'n enkele organisme. By mense wissel die frekwensie van selomset van 'n paar uur in vroeë embrioniese ontwikkeling, tot 'n gemiddeld van twee tot vyf dae vir epiteelselle, en tot 'n hele menslike leeftyd wat in G deurgebring word.0 deur gespesialiseerde selle, soos kortikale neurone of hartspierselle. Daar is ook variasie in die tyd wat 'n sel in elke fase van die selsiklus spandeer. Wanneer vinnig-verdelende soogdierselle in kultuur gekweek word (buite die liggaam onder optimale groeitoestande), is die lengte van die siklus ongeveer 24 uur. In vinnig verdelende menslike selle met 'n 24-uur selsiklus, het die G1 fase duur ongeveer nege uur, die S-fase duur 10 uur, die G2 fase duur ongeveer vier en 'n half uur, en die M-fase duur ongeveer 'n halfuur. By vroeë embrio's van vrugtevlieë word die selsiklus in ongeveer agt minute voltooi. Die tydsberekening van gebeure in die selsiklus word beheer deur meganismes wat beide intern en ekstern tot die sel is.

Regulering van die selsiklus deur eksterne gebeurtenisse

Beide die aanvang en inhibisie van seldeling word veroorsaak deur gebeure buite die sel wanneer dit op die punt staan ​​om die replikasieproses te begin. 'n Gebeurtenis kan so eenvoudig wees soos die dood van 'n nabygeleë sel of so ingrypend soos die vrystelling van groeibevorderende hormone, soos menslike groeihormoon (HGH). 'n Gebrek aan HGH kan seldeling inhibeer, wat lei tot dwerggroei, terwyl te veel HGH tot gigantisme kan lei. Ophoping van selle kan ook seldeling inhibeer. Nog 'n faktor wat seldeling kan inisieer, is die grootte van die sel; soos 'n sel groei, word dit ondoeltreffend as gevolg van sy dalende oppervlak-tot-volume verhouding. Die oplossing vir hierdie probleem is om te verdeel.

Wat ook al die bron van die boodskap is, die sel ontvang die sein, en 'n reeks gebeurtenisse binne die sel laat dit toe om in mitose te gaan. As ons vorentoe beweeg vanaf hierdie beginpunt, moet elke parameter wat tydens elke selsiklusfase vereis word, nagekom word anders kan die siklus nie vorder nie.

Regulering by interne kontrolepunte

Dit is noodsaaklik dat die dogterselle wat geproduseer word, presiese duplikate van die ouersel is. Foute in die duplisering of verspreiding van die chromosome lei tot mutasies wat oorgedra kan word na elke nuwe sel wat uit 'n abnormale sel geproduseer word. Om te verhoed dat 'n gekompromitteerde sel aanhou verdeel, is daar interne beheermeganismes wat by drie hoofselsikluskontrolepunte werk. 'n Kontrolepunt is een van verskeie punte in die eukariotiese selsiklus waar die vordering van 'n sel na die volgende stadium in die siklus gestop kan word totdat toestande gunstig is. Hierdie kontrolepunte kom naby die einde van G voor1, by die G2/M-oorgang, en tydens metafase (Figuur 1).

Leerdoelwitte

Elke stap van die selsiklus word gemonitor deur interne kontroles wat kontrolepunte genoem word. Daar is drie hoofkontrolepunte in die selsiklus: een naby die einde van G1, 'n sekonde by die G2/M-oorgang, en die derde tydens metafase. Positiewe reguleerdermolekules laat die selsiklus na die volgende stadium vorder. Negatiewe reguleerdermolekules monitor sellulêre toestande en kan die siklus stop totdat aan spesifieke vereistes voldoen word.


9.3 & # 8211 Beheer van die selsiklus

Aan die einde van hierdie afdeling sal jy die volgende kan doen:

  • Verstaan ​​hoe die selsiklus beheer word deur meganismes wat beide intern en ekstern tot die sel is
  • Verduidelik hoe die drie interne "beheerkontrolepunte" aan die einde van G voorkom1, by die G2/M oorgang, en tydens metafase
  • Beskryf die molekules wat die selsiklus beheer deur positiewe en negatiewe regulering

Die lengte van die selsiklus is hoogs veranderlik, selfs binne die selle van 'n enkele organisme. By mense wissel die frekwensie van selomset van 'n paar uur in vroeë embrioniese ontwikkeling, tot 'n gemiddeld van twee tot vyf dae vir epiteelselle, en tot 'n hele menslike leeftyd wat in G deurgebring word.0 deur gespesialiseerde selle, soos kortikale neurone of hartspierselle.

Daar is ook variasie in die tyd wat 'n sel in elke fase van die selsiklus spandeer. Wanneer vinnig-delende soogdierselle in 'n kultuur gekweek word (buite die liggaam onder optimale groeitoestande), is die lengte van die selsiklus ongeveer 24 uur. In vinnig verdelende menslike selle met 'n 24-uur selsiklus, het die G1 fase duur ongeveer nege uur, die S-fase duur 10 uur, die G2 fase duur ongeveer vier en 'n half uur, en die M-fase duur ongeveer 'n halfuur. Ter vergelyking, in bevrugte eiers (en vroeë embrio's) van vrugtevlieë word die selsiklus in ongeveer agt minute voltooi. Dit is omdat die kern van die bevrugte eiersel baie keer deur mitose verdeel, maar nie deur sitokinese gaan voordat 'n meerkernige "sigoot" geproduseer is, met baie kerne wat langs die periferie van die selmembraan geleë is, en sodoende die tyd van die seldeling verkort siklus. Die tydsberekening van gebeure in die selsiklus van beide "invertebrate" en "vertebrate" word beheer deur meganismes wat beide intern en ekstern tot die sel is.


Regulering van die selsiklus deur eksterne gebeurtenisse

Beide die aanvang en inhibisie van seldeling word veroorsaak deur gebeure buite die sel wanneer dit op die punt staan ​​om die replikasieproses te begin. 'n Gebeurtenis kan so eenvoudig wees soos die dood van 'n nabygeleë sel of so ingrypend soos die vrystelling van groeibevorderende hormone, soos menslike groeihormoon (HGH). 'n Gebrek aan HGH kan seldeling inhibeer, wat lei tot dwerggroei, terwyl te veel HGH tot gigantisme kan lei. Ophoping van selle kan ook seldeling inhibeer. Nog 'n faktor wat seldeling kan inisieer, is die grootte van die sel soos 'n sel groei, dit word ondoeltreffend as gevolg van sy dalende oppervlak-tot-volume verhouding. Die oplossing vir hierdie probleem is om te verdeel.

Wat ook al die bron van die boodskap is, die sel ontvang die sein, en 'n reeks gebeurtenisse binne die sel laat dit toe om in interfase voort te gaan. As ons vorentoe beweeg vanaf hierdie beginpunt, moet elke parameter wat tydens elke selsiklusfase vereis word, nagekom word anders kan die siklus nie vorder nie.


Afdeling 8.3 Beheer van die selsiklus - PowerPoint PPT-aanbieding

PowerShow.com is 'n toonaangewende webwerf om aanbiedings/skyfievertonings te deel. Of jou aansoek besigheid, hoe-om, onderwys, medisyne, skool, kerk, verkope, bemarking, aanlyn opleiding of net vir die pret is, PowerShow.com is 'n wonderlike hulpbron. En, die beste van alles, die meeste van sy cool kenmerke is gratis en maklik om te gebruik.

Jy kan PowerShow.com gebruik om voorbeeld aanlyn PowerPoint ppt-aanbiedings te vind en af ​​te laai oor omtrent enige onderwerp wat jy jou kan voorstel sodat jy kan leer hoe om jou eie skyfies en aanbiedings gratis te verbeter. Of gebruik dit om hoëgehalte-hoe-om PowerPoint-ppt-aanbiedings te vind en af ​​te laai met geïllustreerde of geanimeerde skyfies wat jou sal leer hoe om iets nuuts te doen, ook gratis. Of gebruik dit om jou eie PowerPoint-skyfies op te laai sodat jy dit met jou onderwysers, klas, studente, base, werknemers, kliënte, potensiële beleggers of die wêreld kan deel. Of gebruik dit om baie oulike foto-skyfievertonings te skep - met 2D- en 3D-oorgange, animasie en jou keuse van musiek - wat jy met jou Facebook-vriende of Google+-kringe kan deel. Dit is ook alles gratis!

Vir 'n klein fooi kan jy die bedryf se beste aanlyn privaatheid kry of jou aanbiedings en skyfievertonings in die openbaar bevorder met topranglys. Maar afgesien daarvan is dit gratis. Ons sal selfs jou aanbiedings en skyfievertonings omskep in die universele Flash-formaat met al hul oorspronklike multimedia-glorie, insluitend animasie, 2D- en 3D-oorgangseffekte, ingebedde musiek of ander oudio, of selfs video wat in skyfies ingebed is. Alles gratis. Die meeste van die aanbiedings en skyfievertonings op PowerShow.com is gratis om te sien, baie is selfs gratis om af te laai. (Jy kan kies of jy mense sal toelaat om jou oorspronklike PowerPoint-aanbiedings en foto-skyfievertonings af te laai teen 'n fooi of gratis of glad nie.) Kyk vandag na PowerShow.com - GRATIS. Daar is werklik iets vir almal!

aanbiedings gratis. Of gebruik dit om hoëgehalte-hoe-om PowerPoint-ppt-aanbiedings te vind en af ​​te laai met geïllustreerde of geanimeerde skyfies wat jou sal leer hoe om iets nuuts te doen, ook gratis. Of gebruik dit om jou eie PowerPoint-skyfies op te laai sodat jy dit met jou onderwysers, klas, studente, base, werknemers, kliënte, potensiële beleggers of die wêreld kan deel. Of gebruik dit om baie oulike foto-skyfievertonings te skep - met 2D- en 3D-oorgange, animasie en jou keuse van musiek - wat jy met jou Facebook-vriende of Google+-kringe kan deel. Dit is ook alles gratis!


8.3: Beheer van die selsiklus - Biologie

In hierdie afdeling gaan jy die volgende vrae ondersoek:

  • Wat is voorbeelde van interne en eksterne meganismes wat die selsiklus beheer?
  • Watter molekules is betrokke by die beheer van die selsiklus deur positiewe en negatiewe regulering?

Verbinding vir AP ® kursusse

Elke stap van die selsiklus word noukeurig gemonitor deur eksterne seine en interne kontroles wat kontrolepunte genoem word. Daar is drie hoofkontrolepunte in die selsiklus: een naby die einde van G1, 'n sekonde by die G2/M-oorgang, en die derde tydens metafase. Groeifaktorproteïene wat by die delende sel se plasmamembraan aankom, kan die sel veroorsaak om te begin verdeel. Sikliene en siklienafhanklike kinases (Cdk's) is interne molekulêre seine wat seloorgange deur die verskillende kontrolepunte reguleer. Deurgang deur die G1 kontrolepunt maak seker dat die sel gereed is vir DNA-replikasie in die S-stadium van interfase deurgang deur die G2 kontrolepunt veroorsaak die skeiding van chromatiede tydens mitose. Positiewe reguleerdermolekules soos die sikliene en Cdks laat die selsiklus toe om na die volgende stadium te vorder. negatiewe reguleerdermolekules, soos tumoronderdrukkerproteïene, monitor sellulêre toestande en kan die siklus stop totdat aan spesifieke vereistes voldoen word. Foute in die regulering van die selsiklus kan kanker veroorsaak, wat gekenmerk word deur onbeheerde seldeling.

Inligting aangebied en die voorbeelde wat in die afdeling uitgelig word, ondersteun konsepte en leerdoelwitte wat in Big Idea 3 van die AP ® Biologie Kurrikulumraamwerk uiteengesit word, soos in die tabelle getoon. Die leerdoelwitte wat in die Kurrikulumraamwerk gelys word, bied 'n deursigtige grondslag vir die AP ® Biologiekursus, 'n ondersoekgebaseerde laboratoriumervaring, onderrigaktiwiteite en AP ® eksamenvrae. 'n Leerdoelwit voeg vereiste inhoud saam met een of meer van die sewe Wetenskappraktyke.

Groot idee 3 Lewende stelsels stoor, haal, versend en reageer op inligting wat noodsaaklik is vir lewensprosesse.
Blywende begrip 3.A Oorerflike inligting maak voorsiening vir kontinuïteit van die lewe.
Noodsaaklike kennis 3.A.2 By eukariote word oorerflike inligting aan die volgende generasie oorgedra via prosesse wat die selsiklus en mitose of meiose plus bevrugting insluit.
Wetenskappraktyk 6.4 Die student kan aansprake en voorspellings maak oor natuurverskynsels gebaseer op wetenskaplike teorieë en modelle.
Leerdoelwit 3.7 Die student kan voorspellings maak oor natuurlike verskynsels wat tydens die selsiklus voorkom.
Noodsaaklike kennis 3.A.2 In eukariote word oorerflike inligting aan die volgende generasie oorgedra via prosesse wat die selsiklus en mitose of meiose plus bevrugting insluit.
Wetenskappraktyk 1.2 Die student kan voorstellings en modelle van natuurlike of mensgemaakte verskynsels en sisteme in die domein beskryf.
Leerdoelwit 3.8 Die student kan die gebeure wat in die selsiklus plaasvind beskryf.

Die lengte van die selsiklus is hoogs veranderlik, selfs binne die selle van 'n enkele organisme. By mense wissel die frekwensie van selomset van 'n paar uur in vroeë embrioniese ontwikkeling, tot 'n gemiddeld van twee tot vyf dae vir epiteelselle, en tot 'n hele menslike leeftyd wat in G deurgebring word.0 deur gespesialiseerde selle, soos kortikale neurone of hartspierselle. Daar is ook variasie in die tyd wat 'n sel in elke fase van die selsiklus spandeer. Wanneer vinnig-verdelende soogdierselle in kultuur gekweek word (buite die liggaam onder optimale groeitoestande), is die lengte van die siklus ongeveer 24 uur. In vinnig verdelende menslike selle met 'n 24-uur selsiklus, het die G1 fase duur ongeveer nege uur, die S-fase duur 10 uur, die G2 fase duur ongeveer vier en 'n half uur, en die M-fase duur ongeveer 'n halfuur. By vroeë embrio's van vrugtevlieë word die selsiklus in ongeveer agt minute voltooi. Die tydsberekening van gebeure in die selsiklus word beheer deur meganismes wat beide intern en ekstern tot die sel is.

Regulering van die selsiklus deur eksterne gebeurtenisse

Beide die aanvang en inhibisie van seldeling word veroorsaak deur gebeure buite die sel wanneer dit op die punt staan ​​om die replikasieproses te begin. 'n Gebeurtenis kan so eenvoudig wees soos die dood van 'n nabygeleë sel of so ingrypend soos die vrystelling van groeibevorderende hormone, soos menslike groeihormoon (HGH). 'n Gebrek aan HGH kan seldeling inhibeer, wat lei tot dwerggroei, terwyl te veel HGH tot gigantisme kan lei. Ophoping van selle kan ook seldeling inhibeer. Nog 'n faktor wat seldeling kan inisieer, is die grootte van die sel soos 'n sel groei, dit word ondoeltreffend as gevolg van sy dalende oppervlak-tot-volume verhouding. Die oplossing vir hierdie probleem is om te verdeel.

Wat ook al die bron van die boodskap is, die sel ontvang die sein, en 'n reeks gebeurtenisse binne die sel laat dit toe om in interfase voort te gaan. As ons vorentoe beweeg vanaf hierdie beginpunt, moet elke parameter wat tydens elke selsiklusfase vereis word, nagekom word anders kan die siklus nie vorder nie.

Regulering by interne kontrolepunte

Dit is noodsaaklik dat die dogterselle wat geproduseer word, presiese duplikate van die ouersel is. Foute in die duplisering of verspreiding van die chromosome lei tot mutasies wat oorgedra kan word na elke nuwe sel wat uit 'n abnormale sel geproduseer word. Om te verhoed dat 'n gekompromitteerde sel aanhou verdeel, is daar interne beheermeganismes wat by drie hoofselsikluskontrolepunte werk. 'n Kontrolepunt is een van verskeie punte in die eukariotiese selsiklus waar die vordering van 'n sel na die volgende stadium in die siklus gestop kan word totdat toestande gunstig is. Hierdie kontrolepunte kom naby die einde van G voor1, by die G2/M-oorgang, en tydens metafase (Figuur 10.11).

Die G1 Kontrolepunt

Die G1 kontrolepunt bepaal of alle toestande gunstig is vir seldeling om voort te gaan. Die G1 kontrolepunt, ook genoem die beperkingspunt (in gis), is 'n punt waar die sel hom tot die seldelingsproses verbind. Eksterne invloede, soos groeifaktore, speel 'n groot rol om die sel verby die G te dra1 kontrolepunt. Benewens voldoende reserwes en selgrootte, is daar 'n ondersoek vir genomiese DNA-skade by die G1 kontrolepunt. ’n Sel wat nie aan al die vereistes voldoen nie, sal nie toegelaat word om in die S-fase te vorder nie. Die sel kan die siklus stop en probeer om die problematiese toestand reg te stel, of die sel kan in G beweeg0 en wag vir verdere seine wanneer toestande verbeter.

Die G2 Kontrolepunt

Die G2 kontrolepunt strepies toetrede tot die mitotiese fase indien sekere voorwaardes nie nagekom word nie. Soos by die G1 kontrolepunt, selgrootte en proteïenreserwes word beoordeel. Die belangrikste rol van die G2 kontrolepunt is om te verseker dat al die chromosome gerepliseer is en dat die gerepliseerde DNA nie beskadig is nie. As die kontrolepuntmeganismes probleme met die DNS opspoor, word die selsiklus gestop, en die sel probeer om óf DNS-replikasie te voltooi óf die beskadigde DNS te herstel.

Die M Kontrolepunt

Die M-kontrolepunt vind plaas naby die einde van die metafasestadium van karyokinese. Die M-kontrolepunt staan ​​ook bekend as die spilkontrolepunt, want dit bepaal of al die susterchromatiede korrek aan die spilmikrotubuli geheg is. Omdat die skeiding van die susterchromatiede tydens anafase 'n onomkeerbare stap is, sal die siklus nie voortgaan voordat die kinetochore van elke paar susterchromatiede stewig geanker is aan ten minste twee spilvesels wat uit teenoorgestelde pole van die sel ontstaan ​​nie.

SKAKEL NA LEER

Kyk wat gebeur by die G1, G2, en M kontrolepunte deur hierdie webwerf te besoek om 'n animasie van die selsiklus te sien.

  1. Mislukking in spilkontrolepunt lei tot die vorming van een gameetsel met twee ekstra chromosome en 'n ander gameetsel wat nie chromosome het nie.
  2. Mislukking in spilkontrolepunt lewer dieselfde aantal chromosome in elke gameetsel.
  3. Versuim in spilkontrolepunt sal twee gameetselle sonder enige chromosome vorm.
  4. Mislukking in spilkontrolepunt lei tot die vorming van een gameetsel met 'n ekstra chromosoom en 'n ander gameetsel wat nie 'n chromosoom het nie.

Reguleerdermolekules van die selsiklus

Benewens die intern beheerde kontrolepunte, is daar twee groepe intrasellulêre molekules wat die selsiklus reguleer. Hierdie regulatoriese molekules bevorder óf die vordering van die sel na die volgende fase (positiewe regulering) óf stop die siklus (negatiewe regulering). Reguleerdermolekules kan individueel optree, of hulle kan die aktiwiteit of produksie van ander regulerende proteïene beïnvloed. Daarom kan die mislukking van 'n enkele reguleerder amper geen effek op die selsiklus hê nie, veral as meer as een meganisme dieselfde gebeurtenis beheer. Omgekeerd kan die effek van 'n gebrekkige of nie-funksionele reguleerder wydverspreid wees en moontlik dodelik vir die sel wees as verskeie prosesse geraak word.

Positiewe regulering van die selsiklus

Twee groepe proteïene, genoem sikliene en siklienafhanklike kinases (Cdks), is verantwoordelik vir die vordering van die sel deur die verskillende kontrolepunte. Die vlakke van die vier siklienproteïene fluktueer deur die selsiklus in 'n voorspelbare patroon (Figuur 10.12). Toenames in die konsentrasie van siklienproteïene word veroorsaak deur beide eksterne en interne seine. Nadat die sel na die volgende stadium van die selsiklus beweeg het, word die sikliene wat in die vorige stadium aktief was, afgebreek.

Sikliene reguleer die selsiklus slegs wanneer hulle styf aan Cdk's gebind is. Om ten volle aktief te wees, moet die Cdk/siklien-kompleks ook op spesifieke plekke gefosforileer word. Soos alle kinases, is Cdk's ensieme (kinases) wat ander proteïene fosforileer. Fosforilering aktiveer die proteïen deur sy vorm te verander. Die proteïene wat deur Cdk's gefosforileer word, is betrokke by die bevordering van die sel na die volgende fase. (Figuur 10.13). Die vlakke van Cdk-proteïene is relatief stabiel regdeur die selsiklus, maar die konsentrasies van siklien fluktueer en bepaal wanneer Cdk/siklien komplekse vorm. Die verskillende sikliene en Cdk's bind op spesifieke punte in die selsiklus en reguleer dus verskillende kontrolepunte.

Aangesien die sikliese fluktuasies van siklienvlakke gebaseer is op die tydsberekening van die selsiklus en nie op spesifieke gebeurtenisse nie, vind regulering van die selsiklus gewoonlik plaas deur óf die Cdk-molekules alleen óf die Cdk/siklien-komplekse. Sonder 'n spesifieke konsentrasie van ten volle geaktiveerde siklien/Cdk-komplekse kan die selsiklus nie deur die kontrolepunte voortgaan nie.

Alhoewel die sikliene die belangrikste regulatoriese molekules is wat die voorwaartse momentum van die selsiklus bepaal, is daar verskeie ander meganismes wat die vordering van die siklus fyn instel met negatiewe, eerder as positiewe, effekte. Hierdie meganismes blokkeer in wese die vordering van die selsiklus totdat problematiese toestande opgelos is. Molekules wat die volle aktivering van Cdk's voorkom, word Cdk-inhibeerders genoem. Baie van hierdie inhibeerdermolekules monitor direk of indirek 'n bepaalde selsiklusgebeurtenis. Die blok wat deur inhibeerdermolekules op Cdk's geplaas is, sal nie verwyder word voordat die spesifieke gebeurtenis wat die inhibeerder moniteer voltooi is nie.

Negatiewe regulering van die selsiklus

Die tweede groep selliklus regulerende molekules is negatiewe reguleerders. Negatiewe reguleerders stop die selsiklus. Onthou dat aktiewe molekules in positiewe regulering die siklus laat vorder.

Die mees verstaanbare negatiewe regulatoriese molekules is retinoblastoomproteïen (Rb), p53 en p21. Retinoblastoomproteïene is 'n groep tumoronderdrukkerproteïene wat algemeen in baie selle voorkom. Die 53 en 21 benamings verwys na die funksionele molekulêre massas van die proteïene (p) in kilodalton. Baie van wat bekend is oor selsiklusregulering kom van navorsing wat uitgevoer is met selle wat regulatoriese beheer verloor het. Daar is ontdek dat al drie hierdie regulatoriese proteïene beskadig of nie-funksioneel is in selle wat onbeheerbaar begin repliseer het (kankeragtig geword het). In elke geval was die hoofoorsaak van die ongekontroleerde vordering deur die selsiklus 'n foutiewe kopie van die regulatoriese proteïen.

Rb, p53 en p21 tree hoofsaaklik op by die G1 kontrolepunt. p53 is 'n multifunksionele proteïen wat 'n groot impak het op die verbintenis van 'n sel tot deling omdat dit optree wanneer daar beskadigde DNA in selle is wat die voorbereidingsprosesse tydens G ondergaan.1. As beskadigde DNA opgespoor word, stop p53 die selsiklus en werf ensieme om die DNA te herstel. As die DNA nie herstel kan word nie, kan p53 apoptose, of seldood, veroorsaak om die duplisering van beskadigde chromosome te voorkom. Soos p53-vlakke styg, word die produksie van p21 geaktiveer. p21 dwing die stilstand in die siklus gedikteer deur p53 af deur te bind aan en die aktiwiteit van die Cdk/siklien-komplekse te inhibeer. Soos 'n sel aan meer stres blootgestel word, akkumuleer hoër vlakke van p53 en p21, wat dit minder waarskynlik maak dat die sel in die S-fase sal beweeg.

Rb oefen sy regulerende invloed op ander positiewe reguleerderproteïene uit. Hoofsaaklik monitor Rb selgrootte. In die aktiewe, gedefosforileerde toestand bind Rb aan proteïene wat transkripsiefaktore genoem word, meestal E2F (Figuur 10.14). Transkripsiefaktore "skakel" spesifieke gene aan, wat die produksie van proteïene moontlik maak wat deur daardie geen gekodeer word. Wanneer Rb aan E2F gebind is, produksie van proteïene wat nodig is vir die G1/S-oorgang is geblokkeer. Soos die sel groter word, word Rb stadig gefosforileer totdat dit geïnaktiveer word. Rb stel E2F vry, wat nou die geen kan aanskakel wat die oorgangsproteïen produseer, en hierdie spesifieke blok word verwyder. Vir die sel om verby elk van die kontrolepunte te beweeg, moet alle positiewe reguleerders "aangeskakel" wees en alle negatiewe reguleerders moet "afgeskakel" wees.


Molekulêre Meganismes van Selsiklusbeheer

Selsiklusgebeurtenisse word beheer deur 'n netwerk van molekulêre seine, waarvan die sentrale komponente siklienafhanklike proteïenkinases (Cdk's) is. Cdk's, wanneer dit met geskikte siklienvennote gepaar word, fosforileer baie teikenproteïene wat betrokke is by selsiklusgebeure (Figuur 10.2A). Deur byvoorbeeld proteïene wat aan chromosome gebind is by "oorspronge van replikasie" (spesifieke nukleotiedvolgordes, waar DNA-replikasie kan begin) te fosforileer, kan Cdks

Figuur 10.2 Siklien-afhanklike kinase. (A) Die rol van 'n siklienafhanklike kinase (Cdk) is om sekere teikenproteïene te fosforyleer deur ATP as die fosfaatskenker te gebruik. Cdk benodig 'n siklienvennoot om aktief te wees en behoorlike teikens te herken. Cdk-teikens sluit proteïene in wat betrokke is by DNA-replikasie, chromosoomkondensasie, spilvorming en ander belangrike gebeurtenisse van die selsiklus. (B) Cdk-aktiwiteit kan op drie maniere gereguleer word: Deur beskikbaarheid van sikliensubeenhede, deur fosforilering van die Cdk-subeenheid en deur stoïgiometriese binding aan inhibeerders (CKI = siklienafhanklike kinase-inhibeerder).

Figuur 10.2 Siklien-afhanklike kinase. (A) Die rol van 'n siklienafhanklike kinase (Cdk) is om sekere teikenproteïene te fosforyleer deur ATP as die fosfaatskenker te gebruik. Cdk benodig 'n siklienvennoot om aktief te wees en behoorlike teikens te herken. Cdk-teikens sluit in proteïene wat betrokke is by DNA-replikasie, chromosoomkondensasie, spilvorming en ander belangrike gebeurtenisse van die selsiklus. (B) Cdk-aktiwiteit kan op drie maniere gereguleer word: Deur beskikbaarheid van sikliensubeenhede, deur fosforilering van die Cdk-subeenheid en deur stoïgiometriese binding aan inhibeerders (CKI = siklienafhanklike kinase-inhibeerder).

die aanvang van DNA-sintese veroorsaak. Deur histone (proteïene betrokke by DNA-verpakking) te fosforileer, begin Cdk's chromosoomkondensasie by die G2-M-oorgang. Dit is duidelik dat om die tydsberekening van hierdie basiese selsiklusgebeure te verstaan, moet 'n mens die patrone van aktivering en inaktivering van Cdk's verstaan.

Cdk-aktiwiteite kan op baie maniere regdeur die selsiklus gereguleer word (Figuur 10.2B). In beginsel kan selle die beskikbaarheid van Cdk-subeenhede reguleer, maar dit is ongewoon dat die meeste Cdk's in konstante oorvloed deur die selsiklus teenwoordig is. Hul aktiwiteit word eerder gereguleer deur die beskikbaarheid van siklienvennote. Siklienoorvloed word bepaal deur die tempo van sikliensintese en -afbraak, wat albei tydens die selsiklus gereguleer kan word, soos ons sal sien. Tweedens kan Cdk/sikliendimere buite gebruik gestel word deur 'n derde vennoot, 'n stoïgiometriese inhibeerder, wat algemeen na verwys word as 'n CKI (siklienafhanklike kinase-inhibeerder) te bind. CKI's kom en gaan, want hul sintese en degradasietempo's word ook selsiklus gereguleer. Laastens kan Cdk-aktiwiteit geïnhibeer word deur fosforilering van 'n spesifieke tirosienresidu, en die fosforieringstoestand van Cdk wissel gedurende die selsiklus namate die aktiwiteite van die tirosienkinase (Weel) en tirosienfosfatase (Cdc25) fluktueer.

Omdat selle van hoër eukariote baie verskillende Cdk's en sikliene bevat, kan "kombinatorika" 'n groot rol speel in selsiklusprogressie, aangesien die Cdk en sikliensubeenhede van vennote verander. Laer eukariote verrig egter dieselfde basiese take met baie minder komponente (een Cdk en 2-4 belangrike sikliene), wat aandui dat een Cdk voldoende is en dat Cdk/siklien-holoënsieme mekaar in 'n groot mate kan vervang. Vordering deur die selsiklus is dus nie net 'n " vierkantige dans" nie, met Cdk's en sikliene wat vennote na 'n bestendige ritme ruil, soos sommige handboekdiagramme kan voorstel, maar eerder 'n komplekse, nie-lineêre, dinamiese stelsel van interaksies tussen Cdk/siklien dimere en hul regulatoriese middels: transkripsiefaktore, afbraakmasjinerie, CKI's en tirosien-modifiserende ensieme. Ons taak sal wees om die basiese beginsels van hierdie dinamiese stelsel te verstaan, maar eers het ons 'n paar meer meganistiese besonderhede nodig.

Nasmyth se twee selsiklustoestande wat in Figuur 10.1 getoon word, G1 en S-G2-M, word onderskeidelik met lae en hoë Cdk-aktiwiteit gekorreleer. Cdk-aktiwiteit is laag in G1 omdat sy verpligte siklienvennote ontbreek. Siklienvlakke is laag in G1 omdat siklien mRNA sintese geïnhibeer word en siklienproteïen vinnig afgebreek word. By Start word sikliensintese geïnduseer en siklienafbraak geïnhibeer, wat 'n dramatiese styging in Cdk-aktiwiteit veroorsaak, wat regdeur S, G2 en M voortduur. Die aanvanklike styging in Cdk-aktiwiteit is voldoende om DNA-replikasie te inisieer, maar verdere toename is nodig om te bestuur selle in mitose in [Stern en Nurse, 1996].

By Finish word 'n groep proteïene, wat die anafase-bevorderende kompleks (APC) vorm, geaktiveer. Die APC heg 'n " vernietigingsetiket" aan spesifieke teikenproteïene, wat daarna deur die sel se proteolitiese masjinerie afgebreek word. Die APC bestaan ​​uit 'n kernkompleks van ongeveer 'n dosyn polipeptiede plus twee hulpproteïene, Cdc20 en Cdh1, wie se oënskynlike rolle (wanneer aktief) is om spesifieke teikenproteïene te herken en aan die kernkompleks aan te bied vir etikettering. Aktivering van Cdc20 by Finish is nodig vir degradasie van kohesiene by anafase, en vir aktivering van Cdh1. Saam merk Cdc20 en Cdh1 sikliene vir degradasie by telofase, wat die beheerstelsel toelaat om na G1 terug te keer. Ons moet tussen hierdie twee verskillende hulpproteïene onderskei, want Cdc20 en Cdh1 word verskillend beheer deur siklien/Cdk, wat Cdc20 aktiveer en Cdh1 inhibeer.


Biologie 171

Aan die einde van hierdie afdeling sal jy die volgende kan doen:

  • Verstaan ​​hoe die selsiklus beheer word deur meganismes wat beide intern en ekstern tot die sel is
  • Verduidelik hoe die drie interne "beheerkontrolepunte" aan die einde van G voorkom1, by die G2/M oorgang, en tydens metafase
  • Beskryf die molekules wat die selsiklus beheer deur positiewe en negatiewe regulering

Die lengte van die selsiklus is hoogs veranderlik, selfs binne die selle van 'n enkele organisme. By mense wissel die frekwensie van selomset van 'n paar uur in vroeë embrioniese ontwikkeling, tot 'n gemiddeld van twee tot vyf dae vir epiteelselle, en tot 'n hele menslike leeftyd wat in G deurgebring word.0 deur gespesialiseerde selle, soos kortikale neurone of hartspierselle.

Daar is ook variasie in die tyd wat 'n sel in elke fase van die selsiklus spandeer. Wanneer vinnig-delende soogdierselle in 'n kultuur gekweek word (buite die liggaam onder optimale groeitoestande), is die lengte van die selsiklus ongeveer 24 uur. In vinnig verdelende menslike selle met 'n 24-uur selsiklus, het die G1 fase duur ongeveer nege uur, die S-fase duur 10 uur, die G2 fase duur ongeveer vier en 'n half uur, en die M-fase duur ongeveer 'n halfuur. Ter vergelyking, in bevrugte eiers (en vroeë embrio's) van vrugtevlieë word die selsiklus in ongeveer agt minute voltooi. Dit is omdat die kern van die bevrugte eiersel baie keer deur mitose verdeel, maar nie deur sitokinese gaan voordat 'n meerkernige "sigoot" geproduseer is, met baie kerne wat langs die periferie van die selmembraan geleë is, en sodoende die tyd van die seldeling verkort siklus. Die tydsberekening van gebeure in die selsiklus van beide "invertebrate" en "vertebrate" word beheer deur meganismes wat beide intern en ekstern tot die sel is.

Regulering van die selsiklus deur eksterne gebeurtenisse

Beide die aanvang en inhibisie van seldeling word veroorsaak deur gebeure buite die sel wanneer dit op die punt staan ​​om die replikasieproses te begin. 'n Gebeurtenis kan so eenvoudig wees soos die dood van nabygeleë selle of so ingrypend soos die vrystelling van groeibevorderende hormone, soos menslike groeihormoon (HGH of hGH). 'n Gebrek aan HGH kan inhibeer seldeling, wat lei tot dwerggroei, terwyl te veel HGH tot gigantisme kan lei. Ophoping van selle kan ook seldeling inhibeer. Daarteenoor is 'n faktor wat seldeling kan inisieer die grootte van die sel: Soos 'n sel groei, word dit fisiologies ondoeltreffend as gevolg van sy dalende oppervlak-tot-volume verhouding. Die oplossing vir hierdie probleem is om te verdeel.

Wat ook al die bron van die boodskap is, die sel ontvang die sein, en 'n reeks gebeurtenisse binne die sel laat dit toe om in interfase voort te gaan. As ons vorentoe beweeg vanaf hierdie beginpunt, moet elke parameter wat tydens elke selsiklusfase vereis word, nagekom word anders kan die siklus nie vorder nie.

Regulering by interne kontrolepunte

Dit is noodsaaklik dat die dogterselle wat geproduseer word, presiese duplikate van die ouersel is. Foute in die duplisering of verspreiding van die chromosome lei tot mutasies wat oorgedra kan word na elke nuwe sel wat uit 'n abnormale sel geproduseer word. Om te verhoed dat 'n gekompromitteerde sel aanhou verdeel, is daar interne beheermeganismes wat by drie hoofsel-sikluskontrolepunte werk: 'n Kontrolepunt is een van verskeie punte in die eukariotiese selsiklus waar die vordering van 'n sel na die volgende stadium in die siklus kan gestaak word totdat toestande gunstig is. Hierdie kontrolepunte kom naby die einde van G voor1, by die G2/M-oorgang, en tydens metafase ((Figuur)).


Die G1 Kontrolepunt

Die G1 kontrolepunt bepaal of alle toestande gunstig is vir seldeling om voort te gaan. Die G1 kontrolepunt, ook genoem die beperkingspunt (in gis), is 'n punt waarop die sel onomkeerbaar tot die seldelingsproses verbind. Eksterne invloede, soos groeifaktore, speel 'n groot rol om die sel verby die G te dra1 kontrolepunt. Benewens voldoende reserwes en selgrootte, is daar 'n ondersoek vir genomiese DNA-skade by die G1 kontrolepunt. ’n Sel wat nie aan al die vereistes voldoen nie, sal nie toegelaat word om in die S-fase te vorder nie. Die sel kan die siklus stop en probeer om die problematiese toestand reg te stel, of die sel kan in G beweeg0 en wag vir verdere seine wanneer toestande verbeter.

Die G2 Kontrolepunt

Die G2 kontrolepunt strepies toetrede tot die mitotiese fase indien sekere voorwaardes nie nagekom word nie. Soos by die G1 kontrolepunt, selgrootte en proteïenreserwes word beoordeel. Die belangrikste rol van die G2 kontrolepunt is om te verseker dat al die chromosome gerepliseer is en dat die gerepliseerde DNA nie beskadig is nie. As die kontrolepuntmeganismes probleme met die DNS opspoor, word die selsiklus gestop, en die sel probeer om óf DNS-replikasie te voltooi óf die beskadigde DNS te herstel.

Die M Kontrolepunt

Die M-kontrolepunt vind plaas naby die einde van die metafasestadium van karyokinese. Die M-kontrolepunt staan ​​ook bekend as die spilkontrolepunt, want dit bepaal of al die susterchromatiede korrek aan die spilmikrotubuli geheg is. Omdat die skeiding van die susterchromatiede tydens anafase 'n onomkeerbare stap is, sal die siklus nie voortgaan voordat die kinetochore van elke paar susterchromatiede stewig geanker is aan ten minste twee spilvesels wat uit teenoorgestelde pole van die sel ontstaan ​​nie.

Kyk wat gebeur by die G1, G2, en M kontrolepunte deur hierdie webwerf te besoek om 'n animasie van die selsiklus te sien.

Reguleerdermolekules van die selsiklus

Benewens die intern beheerde kontrolepunte, is daar twee groepe intrasellulêre molekules wat die selsiklus reguleer. Hierdie regulatoriese molekules bevorder óf die vordering van die sel na die volgende fase (positiewe regulering) óf stop die siklus (negatiewe regulering). Reguleerdermolekules kan individueel optree, of hulle kan die aktiwiteit of produksie van ander regulerende proteïene beïnvloed. Daarom kan die mislukking van 'n enkele reguleerder amper geen effek op die selsiklus hê nie, veral as meer as een meganisme dieselfde gebeurtenis beheer. Die effek van 'n gebrekkige of nie-funksionele reguleerder kan egter wydverspreid wees en moontlik dodelik vir die sel wees as verskeie prosesse geraak word.

Positiewe regulering van die selsiklus

Twee groepe proteïene, genoem sikliene en siklienafhanklike kinases (Cdk's), word positiewe reguleerders genoem. Hulle is verantwoordelik vir die vordering van die sel deur die verskillende kontrolepunte. Die vlakke van die vier siklienproteïene fluktueer deur die selsiklus in 'n voorspelbare patroon ((Figuur)). Toenames in die konsentrasie van siklienproteïene word veroorsaak deur beide eksterne en interne seine. Nadat die sel na die volgende stadium van die selsiklus beweeg het, word die sikliene wat in die vorige stadium aktief was deur sitoplasmiese ensieme afgebreek, soos in (Figuur) hieronder getoon.


Sikliene reguleer die selsiklus slegs wanneer hulle styf aan Cdk's gebind is. Om ten volle aktief te wees, moet die Cdk/siklien-kompleks ook op spesifieke plekke gefosforileer word om die kompleks te aktiveer. Soos alle kinases, is Cdk's ensieme (kinases) wat weer ander proteïene fosforileer. Fosforilering aktiveer die proteïen deur sy vorm te verander. Die proteïene wat deur Cdk's gefosforileer word, is betrokke by die bevordering van die sel na die volgende fase. ((Figuur)). Die vlakke van Cdk-proteïene is relatief stabiel regdeur die selsiklus, maar die konsentrasies van siklien fluktueer en bepaal wanneer Cdk/siklien komplekse vorm. Die verskillende sikliene en Cdk's bind op spesifieke punte in die selsiklus en reguleer dus verskillende kontrolepunte.


Omdat die sikliese skommelinge van siklienvlakke grootliks gebaseer is op die tydsberekening van die selsiklus en nie op spesifieke gebeurtenisse nie, vind regulering van die selsiklus gewoonlik plaas deur óf die Cdk-molekules alleen óf die Cdk/siklien-komplekse. Sonder 'n spesifieke konsentrasie van ten volle geaktiveerde siklien/Cdk-komplekse kan die selsiklus nie deur die kontrolepunte voortgaan nie.

Alhoewel die sikliene die belangrikste regulatoriese molekules is wat die voorwaartse momentum van die selsiklus bepaal, is daar verskeie ander meganismes wat die vordering van die siklus fyn instel met negatiewe, eerder as positiewe, effekte. Hierdie meganismes blokkeer in wese die vordering van die selsiklus totdat problematiese toestande opgelos is. Molekules wat die volle aktivering van Cdk's voorkom, word Cdk-inhibeerders genoem. Baie van hierdie inhibeerdermolekules monitor direk of indirek 'n bepaalde selsiklusgebeurtenis. Die blok wat deur inhibeerdermolekules op Cdk's geplaas is, sal nie verwyder word voordat die spesifieke gebeurtenis wat die inhibeerder moniteer voltooi is nie.

Negatiewe regulering van die selsiklus

Die tweede groep sel-siklus regulerende molekules is negatiewe reguleerders, wat die selsiklus stop. Onthou dat aktiewe molekules in positiewe regulering die siklus laat vorder.

Die mees verstaanbare negatiewe regulatoriese molekules is retinoblastoomproteïen (Rb), p53 en p21. Retinoblastoom proteïene is 'n groep van tumor-onderdrukker proteïene algemeen in baie selle. Ons moet hier daarop let dat die 53 en 21 benamings verwys na die funksionele molekulêre massas van die proteïene (p) in kilodaltons ('n dalton is gelyk aan 'n atoommassa-eenheid, wat gelyk is aan een proton of een neutron of 1 g/mol). Baie van wat bekend is oor selsiklusregulering kom van navorsing wat uitgevoer is met selle wat het regulatoriese beheer verloor. Daar is ontdek dat al drie hierdie regulatoriese proteïene beskadig of nie-funksioneel is in selle wat onbeheerbaar begin repliseer het (d.w.s. kankeragtig geword het). In elke geval was die hoofoorsaak van die ongekontroleerde vordering deur die selsiklus 'n foutiewe kopie van die regulatoriese proteïen.

Rb, p53 en p21 tree hoofsaaklik op by die G1 kontrolepunt. p53 is 'n multifunksionele proteïen wat 'n groot impak het op die verbintenis van 'n sel tot deling omdat dit optree wanneer daar beskadigde DNA in selle is wat die voorbereidingsprosesse tydens G ondergaan.1. As beskadigde DNA opgespoor word, stop p53 die selsiklus en werf dan spesifieke ensieme om die DNA te herstel. As die DNA nie herstel kan word nie, kan p53 apoptose, of selselfmoord, veroorsaak om die duplisering van beskadigde chromosome te voorkom. Soos p53-vlakke styg, word die produksie van p21 geaktiveer. p21 dwing die stilstand in die siklus gedikteer deur p53 af deur te bind aan en die aktiwiteit van die Cdk/siklien-komplekse te inhibeer. Soos 'n sel aan meer stres blootgestel word, akkumuleer hoër vlakke van p53 en p21, wat dit minder waarskynlik maak dat die sel in die S-fase sal beweeg.

Rb, wat grootliks selgrootte monitor, oefen sy regulerende invloed op ander positiewe reguleerderproteïene uit. In die aktief, gedefosforileerde toestand, Rb bind aan proteïene genoem transkripsie faktore, mees algemeen, E2F ((Figuur)). Transkripsiefaktore "skakel" spesifieke gene aan, wat die produksie van proteïene moontlik maak wat deur daardie geen gekodeer word. Wanneer Rb aan E2F gebind is, produksie van proteïene wat nodig is vir die G1/S-oorgang is geblokkeer. Soos die sel groter word, word Rb stadig gefosforileer totdat dit word geïnaktiveer. Rb stel E2F vry, wat nou die geen kan aanskakel wat die oorgangsproteïen produseer, en hierdie spesifieke blok word verwyder. Vir die sel om verby elk van die kontrolepunte te beweeg, moet alle positiewe reguleerders "aangeskakel" wees en alle negatiewe reguleerders moet "afgeskakel" wees.


Rb en ​​ander proteïene wat die selsiklus negatief reguleer, word soms tumoronderdrukkers genoem. Hoekom dink jy is die naam tumoronderdrukker dalk geskik vir hierdie proteïene?

Afdeling Opsomming

Elke stap van die selsiklus word gemonitor deur interne kontroles wat kontrolepunte genoem word. Daar is drie hoofkontrolepunte in die selsiklus: een naby die einde van G1, 'n sekonde by die G2/M-oorgang, en die derde tydens metafase. Positiewe reguleerdermolekules laat die selsiklus toe om na die volgende stadium van seldeling te vorder. Negatiewe reguleerdermolekules monitor sellulêre toestande en kan die siklus stop totdat aan spesifieke vereistes voldoen word.

Kunsverbindings

(Figuur) Rb en ​​ander proteïene wat die selsiklus negatief reguleer, word soms tumoronderdrukkers genoem. Hoekom dink jy is die naam tumoronderdrukker dalk geskik vir hierdie proteïene?

(Figuur) Rb en ​​ander negatiewe regulatoriese proteïene beheer seldeling en voorkom dus die vorming van gewasse. Mutasies wat verhoed dat hierdie proteïene hul funksie verrig, kan kanker tot gevolg hê.

Gratis reaksie

Beskryf die algemene voorwaardes waaraan by elk van die drie hoofselsikluskontrolepunte voldoen moet word.

Die G1 kontrolepunt monitor voldoende selgroei, die toestand van die genomiese DNA, voldoende berge van energie en materiale vir S-fase. By die G2 kontrolepunt, word DNS nagegaan om te verseker dat alle chromosome gedupliseer is en dat daar geen foute in nuut gesintetiseerde DNS is nie. Daarbenewens word selgrootte en energiereserwes geëvalueer. Die M-kontrolepunt bevestig die korrekte hegting van die mitotiese spilvesels aan die kinetochore.

Vergelyk en kontrasteer die rolle van die positiewe selsiklusreguleerders negatiewe reguleerders.

Positiewe selreguleerders soos siklien en Cdk voer take uit wat die selsiklus na die volgende stadium bevorder. Negatiewe reguleerders soos Rb, p53 en p21 blokkeer die vordering van die selsiklus totdat sekere gebeurtenisse plaasgevind het.

Watter stappe is nodig vir Cdk om ten volle aktief te word?

Cdk moet aan 'n siklien bind, en dit moet in die regte posisie gefosforileer word om ten volle aktief te word.

Rb is 'n negatiewe reguleerder wat die selsiklus by die G blokkeer1 kontrolepunt totdat die sel 'n vereiste grootte bereik. Watter molekulêre meganisme gebruik Rb om die selsiklus te stop?

Rb is aktief wanneer dit gedefosforileer word. In hierdie toestand bind Rb aan E2F, wat 'n transkripsiefaktor is wat nodig is vir die transkripsie en uiteindelike vertaling van molekules wat vir die G benodig word.1/S oorgang. E2F kan sekere gene nie transkribeer wanneer dit aan Rb gebind is nie. Soos die sel in grootte toeneem, word Rb gefosforileer, geïnaktiveer en stel E2F vry. E2F kan dan die transkripsie van die gene wat dit beheer bevorder, en die oorgangsproteïene sal geproduseer word.

Woordelys


Beheer van die selsiklus

Die lengte van die selsiklus is hoogs veranderlik, selfs binne die selle van 'n enkele organisme. By mense wissel die frekwensie van selomset van 'n paar uur in vroeë embrioniese ontwikkeling, tot 'n gemiddeld van twee tot vyf dae vir epiteelselle, en tot 'n hele menslike leeftyd wat in G deurgebring word.0 deur gespesialiseerde selle, soos kortikale neurone of hartspierselle. Daar is ook variasie in die tyd wat 'n sel in elke fase van die selsiklus spandeer. Wanneer vinnig-verdelende soogdierselle in kultuur gekweek word (buite die liggaam onder optimale groeitoestande), is die lengte van die siklus ongeveer 24 uur. In vinnig verdelende menslike selle met 'n 24-uur selsiklus, het die G1 fase duur ongeveer nege uur, die S-fase duur 10 uur, die G2 fase duur ongeveer vier en 'n half uur, en die M-fase duur ongeveer 'n halfuur. By vroeë embrio's van vrugtevlieë word die selsiklus in ongeveer agt minute voltooi. Die tydsberekening van gebeure in die selsiklus word beheer deur meganismes wat beide intern en ekstern tot die sel is.

Regulering van die selsiklus deur eksterne gebeurtenisse

Beide die aanvang en inhibisie van seldeling word veroorsaak deur gebeure buite die sel wanneer dit op die punt staan ​​om die replikasieproses te begin. 'n Gebeurtenis kan so eenvoudig wees soos die dood van 'n nabygeleë sel of so ingrypend soos die vrystelling van groeibevorderende hormone, soos menslike groeihormoon (HGH). 'n Gebrek aan HGH kan seldeling inhibeer, wat lei tot dwerggroei, terwyl te veel HGH tot gigantisme kan lei. Ophoping van selle kan ook seldeling inhibeer. Nog 'n faktor wat seldeling kan inisieer, is die grootte van die sel soos 'n sel groei, dit word ondoeltreffend as gevolg van sy dalende oppervlak-tot-volume verhouding. Die oplossing vir hierdie probleem is om te verdeel.

Wat ook al die bron van die boodskap is, die sel ontvang die sein, en 'n reeks gebeurtenisse binne die sel laat dit toe om in interfase voort te gaan. As ons vorentoe beweeg vanaf hierdie beginpunt, moet elke parameter wat tydens elke selsiklusfase vereis word, nagekom word anders kan die siklus nie vorder nie.

Regulering by interne kontrolepunte

Dit is noodsaaklik dat die dogterselle wat geproduseer word, presiese duplikate van die ouersel is. Foute in die duplisering of verspreiding van die chromosome lei tot mutasies wat oorgedra kan word na elke nuwe sel wat uit 'n abnormale sel geproduseer word. Om te verhoed dat 'n gekompromitteerde sel voortgaan om te verdeel, is daar interne beheermeganismes wat op drie hoof werk selfiklus kontrolepunte. 'n Kontrolepunt is een van verskeie punte in die eukariotiese selsiklus waar die vordering van 'n sel na die volgende stadium in die siklus gestop kan word totdat toestande gunstig is. Hierdie kontrolepunte kom naby die einde van G voor1, by die G2/M-oorgang, en tydens metafase ([skakel]).

Die G1 Kontrolepunt

Die G1 kontrolepunt bepaal of alle toestande gunstig is vir seldeling om voort te gaan. Die G1 kontrolepunt, ook genoem die beperkingspunt (in gis), is 'n punt waarop die sel onomkeerbaar tot die seldelingsproses verbind. Eksterne invloede, soos groeifaktore, speel 'n groot rol om die sel verby die G te dra1 kontrolepunt. Benewens voldoende reserwes en selgrootte, is daar 'n ondersoek vir genomiese DNA-skade by die G1 kontrolepunt. ’n Sel wat nie aan al die vereistes voldoen nie, sal nie toegelaat word om in die S-fase te vorder nie. Die sel kan die siklus stop en probeer om die problematiese toestand reg te stel, of die sel kan in G beweeg0 en wag vir verdere seine wanneer toestande verbeter.

Die G2 Kontrolepunt

Die G2 kontrolepunt strepies toetrede tot die mitotiese fase indien sekere voorwaardes nie nagekom word nie. Soos by die G1 kontrolepunt, selgrootte en proteïenreserwes word beoordeel. Die belangrikste rol van die G2 kontrolepunt is om te verseker dat al die chromosome gerepliseer is en dat die gerepliseerde DNA nie beskadig is nie. As die kontrolepuntmeganismes probleme met die DNS opspoor, word die selsiklus gestop, en die sel probeer om óf DNS-replikasie te voltooi óf die beskadigde DNS te herstel.

Die M Kontrolepunt

Die M-kontrolepunt vind plaas naby die einde van die metafasestadium van karyokinese. Die M-kontrolepunt staan ​​ook bekend as die spilkontrolepunt, want dit bepaal of al die susterchromatiede korrek aan die spilmikrotubuli geheg is. Omdat die skeiding van die susterchromatiede tydens anafase 'n onomkeerbare stap is, sal die siklus nie voortgaan voordat die kinetochore van elke paar susterchromatiede stewig geanker is aan ten minste twee spilvesels wat uit teenoorgestelde pole van die sel ontstaan ​​nie.

Kyk wat gebeur by die G1, G2, en M kontrolepunte deur hierdie webwerf te besoek om 'n animasie van die selsiklus te sien.

Reguleerdermolekules van die selsiklus

Benewens die intern beheerde kontrolepunte, is daar twee groepe intrasellulêre molekules wat die selsiklus reguleer. Hierdie regulatoriese molekules bevorder óf die vordering van die sel na die volgende fase (positiewe regulering) óf stop die siklus (negatiewe regulering). Reguleerdermolekules kan individueel optree, of hulle kan die aktiwiteit of produksie van ander regulerende proteïene beïnvloed. Daarom kan die mislukking van 'n enkele reguleerder amper geen effek op die selsiklus hê nie, veral as meer as een meganisme dieselfde gebeurtenis beheer. Omgekeerd kan die effek van 'n gebrekkige of nie-funksionele reguleerder wydverspreid wees en moontlik dodelik vir die sel wees as verskeie prosesse geraak word.

Positiewe regulering van die selsiklus

Twee groepe proteïene, genoem cyclins en siklien-afhanklike kinases (Cdk's), is verantwoordelik vir die vordering van die sel deur die verskillende kontrolepunte. Die vlakke van die vier siklienproteïene wissel deur die selsiklus in 'n voorspelbare patroon ([skakel]). Toenames in die konsentrasie van siklienproteïene word veroorsaak deur beide eksterne en interne seine. Nadat die sel na die volgende stadium van die selsiklus beweeg het, word die sikliene wat in die vorige stadium aktief was, afgebreek.

Sikliene reguleer die selsiklus slegs wanneer hulle styf aan Cdk's gebind is. Om ten volle aktief te wees, moet die Cdk/siklien-kompleks ook op spesifieke plekke gefosforileer word. Soos alle kinases, is Cdk's ensieme (kinases) wat ander proteïene fosforileer. Fosforilering aktiveer die proteïen deur sy vorm te verander. Die proteïene wat deur Cdk's gefosforileer word, is betrokke by die bevordering van die sel na die volgende fase. ([skakel]). Die vlakke van Cdk-proteïene is relatief stabiel regdeur die selsiklus, maar die konsentrasies van siklien fluktueer en bepaal wanneer Cdk/siklien komplekse vorm. Die verskillende sikliene en Cdk's bind op spesifieke punte in die selsiklus en reguleer dus verskillende kontrolepunte.

Aangesien die sikliese fluktuasies van siklienvlakke gebaseer is op die tydsberekening van die selsiklus en nie op spesifieke gebeurtenisse nie, vind regulering van die selsiklus gewoonlik plaas deur óf die Cdk-molekules alleen óf die Cdk/siklien-komplekse. Sonder 'n spesifieke konsentrasie van ten volle geaktiveerde siklien/Cdk-komplekse kan die selsiklus nie deur die kontrolepunte voortgaan nie.

Alhoewel die sikliene die belangrikste regulatoriese molekules is wat die voorwaartse momentum van die selsiklus bepaal, is daar verskeie ander meganismes wat die vordering van die siklus fyn instel met negatiewe, eerder as positiewe, effekte. Hierdie meganismes blokkeer in wese die vordering van die selsiklus totdat problematiese toestande opgelos is. Molekules wat die volle aktivering van Cdk's voorkom, word Cdk-inhibeerders genoem. Baie van hierdie inhibeerdermolekules monitor direk of indirek 'n bepaalde selsiklusgebeurtenis. Die blok wat deur inhibeerdermolekules op Cdk's geplaas is, sal nie verwyder word voordat die spesifieke gebeurtenis wat die inhibeerder moniteer voltooi is nie.

Negatiewe regulering van die selsiklus

Die tweede groep selliklus regulerende molekules is negatiewe reguleerders. Negatiewe reguleerders stop die selsiklus. Onthou dat aktiewe molekules in positiewe regulering die siklus laat vorder.

Die beste verstaanbare negatiewe regulatoriese molekules is retinoblastoom proteïen (Rb), p53, en p21. Retinoblastoomproteïene is 'n groep tumoronderdrukkerproteïene wat algemeen in baie selle voorkom. Die 53 en 21 benamings verwys na die funksionele molekulêre massas van die proteïene (p) in kilodalton. Baie van wat bekend is oor selsiklusregulering kom van navorsing wat uitgevoer is met selle wat regulatoriese beheer verloor het. Daar is ontdek dat al drie hierdie regulatoriese proteïene beskadig of nie-funksioneel is in selle wat onbeheerbaar begin repliseer het (kankeragtig geword het). In elke geval was die hoofoorsaak van die ongekontroleerde vordering deur die selsiklus 'n foutiewe kopie van die regulatoriese proteïen.

Rb, p53 en p21 tree hoofsaaklik op by die G1 kontrolepunt. p53 is 'n multifunksionele proteïen wat 'n groot impak het op die verbintenis van 'n sel tot deling omdat dit optree wanneer daar beskadigde DNA in selle is wat die voorbereidingsprosesse tydens G ondergaan.1. As beskadigde DNA opgespoor word, stop p53 die selsiklus en werf ensieme om die DNA te herstel. As die DNA nie herstel kan word nie, kan p53 apoptose, of selselfmoord, veroorsaak om die duplisering van beskadigde chromosome te voorkom. Soos p53-vlakke styg, word die produksie van p21 geaktiveer. p21 dwing die stilstand in die siklus gedikteer deur p53 af deur te bind aan en die aktiwiteit van die Cdk/siklien-komplekse te inhibeer. Soos 'n sel aan meer stres blootgestel word, akkumuleer hoër vlakke van p53 en p21, wat dit minder waarskynlik maak dat die sel in die S-fase sal beweeg.

Rb oefen sy regulerende invloed op ander positiewe reguleerderproteïene uit. Hoofsaaklik monitor Rb selgrootte. In die aktiewe, gedefosforileerde toestand, bind Rb aan proteïene wat transkripsiefaktore genoem word, meestal E2F ([skakel]). Transkripsiefaktore "skakel" spesifieke gene aan, wat die produksie van proteïene moontlik maak wat deur daardie geen gekodeer word. Wanneer Rb aan E2F gebind is, produksie van proteïene wat nodig is vir die G1/S-oorgang is geblokkeer. Soos die sel groter word, word Rb stadig gefosforileer totdat dit geïnaktiveer word. Rb stel E2F vry, wat nou die geen kan aanskakel wat die oorgangsproteïen produseer, en hierdie spesifieke blok word verwyder. Vir die sel om verby elk van die kontrolepunte te beweeg, moet alle positiewe reguleerders "aangeskakel" wees en alle negatiewe reguleerders moet "afgeskakel" wees.

Rb en ​​ander proteïene wat die selsiklus negatief reguleer, word soms tumoronderdrukkers genoem. Hoekom dink jy is die naam tumoronderdrukker dalk geskik vir hierdie proteïene?

Afdeling Opsomming

Elke stap van die selsiklus word gemonitor deur interne kontroles wat kontrolepunte genoem word. Daar is drie hoofkontrolepunte in die selsiklus: een naby die einde van G1, 'n sekonde by die G2/M-oorgang, en die derde tydens metafase. Positiewe reguleerdermolekules laat die selsiklus toe om na die volgende stadium te vorder. Negatiewe reguleerdermolekules monitor sellulêre toestande en kan die siklus stop totdat aan spesifieke vereistes voldoen word.

Kunsverbindings

[skakel] Rb en ​​ander proteïene wat die selsiklus negatief reguleer, word soms tumoronderdrukkers genoem. Hoekom dink jy kan die naam tumoronderdrukker geskik wees vir hierdie proteïene?

[skakel] Rb en ​​ander negatiewe regulatoriese proteïene beheer seldeling en voorkom dus die vorming van gewasse. Mutasies wat verhoed dat hierdie proteïene hul funksie verrig, kan kanker tot gevolg hê.

Hersien vrae

By watter van die selsikluskontrolepunte het eksterne kragte die grootste invloed?

Wat is die hoofvoorvereiste vir klaring by die G2 kontrolepunt?

  1. sel het 'n voldoende grootte bereik
  2. 'n voldoende voorraad nukleotiede
  3. akkurate en volledige DNA-replikasie
  4. behoorlike hegting van mitotiese spilvesels aan kinetochore

As die M-kontrolepunt nie skoongemaak word nie, watter stadium van mitose sal geblokkeer word?

Watter proteïen is 'n positiewe reguleerder wat ander proteïene fosforileer wanneer dit geaktiveer word?

Baie van die negatiewe reguleerderproteïene van die selsiklus is in watter tipe selle ontdek?

Watter negatiewe regulatoriese molekule kan selfmoord (apoptose) veroorsaak as belangrike selsiklusgebeure nie plaasvind nie?

Gratis reaksie

Beskryf die algemene voorwaardes waaraan by elk van die drie hoofselsikluskontrolepunte voldoen moet word.

Die G1 kontrolepunt monitor voldoende selgroei, die toestand van die genomiese DNA, voldoende berge van energie en materiale vir S-fase. By die G2 kontrolepunt, word DNS nagegaan om te verseker dat alle chromosome gedupliseer is en dat daar geen foute in nuut gesintetiseerde DNS is nie. Daarbenewens word selgrootte en energiereserwes geëvalueer. Die M-kontrolepunt bevestig die korrekte hegting van die mitotiese spilvesels aan die kinetochore.

Verduidelik die rolle van die positiewe selsiklusreguleerders in vergelyking met die negatiewe reguleerders.

Positiewe selreguleerders soos siklien en Cdk voer take uit wat die selsiklus na die volgende stadium bevorder. Negatiewe reguleerders soos Rb, p53 en p21 blokkeer die vordering van die selsiklus totdat sekere gebeurtenisse plaasgevind het.

Watter stappe is nodig vir Cdk om ten volle aktief te word?

Cdk moet aan 'n siklien bind, en dit moet in die regte posisie gefosforileer word om ten volle aktief te word.

Rb is 'n negatiewe reguleerder wat die selsiklus by die G blokkeer1 kontrolepunt totdat die sel 'n vereiste grootte bereik. Watter molekulêre meganisme gebruik Rb om die selsiklus te stop?

Rb is aktief wanneer dit gedefosforileer word. In hierdie toestand bind Rb aan E2F, wat 'n transkripsiefaktor is wat nodig is vir die transkripsie en uiteindelike vertaling van molekules wat vir die G benodig word.1/S oorgang. E2F kan sekere gene nie transkribeer wanneer dit aan Rb gebind is nie. Soos die sel in grootte toeneem, word Rb gefosforileer, geïnaktiveer en stel E2F vry. E2F kan dan die transkripsie van die gene wat dit beheer bevorder, en die oorgangsproteïene sal geproduseer word.

Woordelys


Beheer van die selsiklus

Die lengte van die selsiklus is hoogs veranderlik, selfs binne die selle van 'n enkele organisme. By mense wissel die frekwensie van selomset van 'n paar uur in vroeë embrioniese ontwikkeling, tot 'n gemiddeld van twee tot vyf dae vir epiteelselle, en tot 'n hele menslike leeftyd wat in G deurgebring word.0 deur gespesialiseerde selle, soos kortikale neurone of hartspierselle.

Daar is ook variasie in die tyd wat 'n sel in elke fase van die selsiklus spandeer. Wanneer vinnig-delende soogdierselle in 'n kultuur gekweek word (buite die liggaam onder optimale groeitoestande), is die lengte van die selsiklus ongeveer 24 uur. In vinnig verdelende menslike selle met 'n 24-uur selsiklus, het die G1 fase duur ongeveer nege uur, die S-fase duur 10 uur, die G2 fase duur ongeveer vier en 'n half uur, en die M-fase duur ongeveer 'n halfuur. Ter vergelyking, in bevrugte eiers (en vroeë embrio's) van vrugtevlieë word die selsiklus in ongeveer agt minute voltooi. Dit is omdat die kern van die bevrugte eiersel baie keer deur mitose verdeel, maar nie deur sitokinese gaan voordat 'n meerkernige "sigoot" geproduseer is, met baie kerne wat langs die periferie van die selmembraan geleë is, en sodoende die tyd van die seldeling verkort siklus. Die tydsberekening van gebeure in die selsiklus van beide "invertebrate" en "vertebrate" word beheer deur meganismes wat beide intern en ekstern tot die sel is.


Gratis reaksie

Beskryf die algemene voorwaardes waaraan by elk van die drie hoofselsikluskontrolepunte voldoen moet word.

Die G1 kontrolepunt monitor voldoende selgroei, die toestand van die genomiese DNA, voldoende berge van energie en materiale vir S-fase. By die G2 kontrolepunt, word DNS nagegaan om te verseker dat alle chromosome gedupliseer is en dat daar geen foute in nuut gesintetiseerde DNS is nie. Daarbenewens word selgrootte en energiereserwes geëvalueer. Die M-kontrolepunt bevestig die korrekte hegting van die mitotiese spilvesels aan die kinetochore.

Vergelyk en kontrasteer die rolle van die positiewe selsiklusreguleerders negatiewe reguleerders.

Positiewe selreguleerders soos siklien en Cdk voer take uit wat die selsiklus na die volgende stadium bevorder. Negatiewe reguleerders soos Rb, p53 en p21 blokkeer die vordering van die selsiklus totdat sekere gebeurtenisse plaasgevind het.

Watter stappe is nodig vir Cdk om ten volle aktief te word?

Cdk moet aan 'n siklien bind, en dit moet in die regte posisie gefosforileer word om ten volle aktief te word.

Rb is 'n negatiewe reguleerder wat die selsiklus by die G blokkeer1 kontrolepunt totdat die sel 'n vereiste grootte bereik. Watter molekulêre meganisme gebruik Rb om die selsiklus te stop?

Rb is aktief wanneer dit gedefosforileer word. In hierdie toestand bind Rb aan E2F, wat 'n transkripsiefaktor is wat nodig is vir die transkripsie en uiteindelike vertaling van molekules wat vir die G benodig word.1/S oorgang. E2F kan sekere gene nie transkribeer wanneer dit aan Rb gebind is nie. Soos die sel in grootte toeneem, word Rb gefosforileer, geïnaktiveer en stel E2F vry. E2F kan dan die transkripsie van die gene wat dit beheer bevorder, en die oorgangsproteïene sal geproduseer word.


Kyk die video: Gene Regulation (Oktober 2022).