Buněčný cyklus

Z WikiSkript

Buněčný cyklus je posloupnost vzájemně koordinovaných procesů, které vedou od jednoho buněčného rozdělení k následujícímu buněčnému dělení. Rozdělení na víceméně totožné buňky dceřiné předpokládá zdvojení genetického materiálu a ostatních funkčních kapacit buňky během buněčného cyklu. Mikroskopicky snadno pozorovatelným mezníkem je mitóza (dělí se na karyokinezi – dělení jádra a cytokinezi – dělení cytoplazmy). Z jedné mateřské buňky vznikají dvě buňky dceřiné – tzv. vegetativní reprodukce (pravidelná distribuce sesterských chromatid do obou dceřiných buněk v mitóze zajišťuje jejich genetickou shodu). Buněčný cyklus je definován obdobím od vzniku buňky (která vznikla dělením mateřské buňky) až do stadia, kdy dojde opět k rozdělení na dvě buňky dceřiné. Toto období, trvající u některého typu buněk 20–24 hodin, u jiného mnohem déle (např. hepatocyty se dělí dvakrát do roka), má dvě stadia: M fázi (mitotická fáze, dělení jádra a buňky; asi 30 minut) a interfázi (buňka se nedělí). Interfázi dále dělíme na:

  • G1 fázi – trvá 9 hodin, buňka roste;
  • S fázi – 10 hodin, syntéza DNA;
  • G2 fázi – 4,5 hodiny, buňka se připravuje na rozdělení.

Některé buňky přechází po mitóze do klidové fáze, takzvané G0. Odtud mohou po různě dlouhé době opět vstoupit do buněčného cyklu – aktivace – nebo v klidovém stavu zůstat. To se týká například neuronů nebo buněk oční čočky.

Fáze buněčného cyklu

Fáze buněčného cyklu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

G1 fáze (1. přípravná)[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • začíná v okamžiku, kdy se po rozdělení mateřské buňky stává dceřiná buňka soustavou schopnou samostatné existence
  • končí zahájením replikace jaderné DNA
  • průběh: zdvojení buněčné hmoty, intenzivní syntetické procesy – RNA, proteiny. Buňka roste, vytváří se zásoba nukleotidů a syntetizují se enzymy pro budoucí replikaci jaderné DNA
  • leží zde hlavní kontrolní uzel cyklu
  • opravy poškozeného genomu
Buněčný cyklus

S fáze (syntetická)[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • replikace jaderné DNA (zdvojení množství DNA), současná rychlá spřažená syntéza histonů (H2A, H2B, H3, H4 & H1), aby se mohly tvořit nové nukleosomy a chromatinové vlákno
  • replikace vlákna 3´→ 5´: DNA polymeráza, kontinuální replikace („leading strand“)
  • replikace vlákna 5´→ 3´: DNA polymeráza, diskontinuální replikace („lagging strand“, Okazakiho fragmenty)
  • Telomeráza: dosyntetizuje DNA na koncích chromozomu
  • na konci chromatidy spojeny v místě centromery; dvojnásobná genová dóza buněk

G2 fáze (2. přípravná)[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • závislá na dokončení replikace DNA v S fázi
  • průběh: syntéza a aktivace proteinů (ke kondenzaci chromozomů, ke tvorbě mitotického aparátu a destrukci jaderného obalu), končí zahájením mitózy
  • zde leží 2. kontrolní uzel buněčného cyklu – rozhoduje o tom, zda buňka do mitózy skutečně vstoupí

M fáze (mitotická)[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • jaderné dělení, poslední etapa buněčného cyklu
  • chromozomy reduplikované do konce S fáze jsou ohraničeny, sesterské chromatidy odděleny a přemístěny k protilehlým pólům buňky (vlastní mitóza)
  • dceřiné buňky obdrží 2 kompletní sady chromosomů a shodnou výbavu cytoplazmatických organel (cytokineze, završuje celý proces)
  • mitóza a cytokineze jsou většinou propojené procesy
  • kondenzace chromozomů – až 10 000×
  • pro pravidelné rozdělení sesterských chromatid do obou dceřiných buněk je důležitý mitotický aparát buňky (tvoří ho centromery a kinetochory)
  • vývoj mitotického aparátu začíná v G2 fázi – reduplikace centrozomů a výstavba kinetochor pro každou z chromatid
  • jednotlivé fáze mitózy viz mitóza
  • místo do mitózy může buňky vstoupit i do meiózy (zárodečné buňky)

Mechanismus regulace buněčného cyklu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Regulace buněčného cyklu je klíčová a její poruchy mohou vést až k nádorovému bujení. Uskutečňuje se na dvou základních úrovních:

  1. aktivace: G0 → G1. Začíná expresí genů primární odpovědi a poté následuje exprese kaskády příslušných sekundárních genů.
  2. progrese: G1 → S → G2 → M.

Kontrolní systém monitoruje kompletnost kroků v buněčném cyklu. V případě zjištění neúplnosti dochází k vyslání inhibičních signálů blokujících buněčný cyklus v tzv. kontrolních bodech.

3 kontrolní body
  1. G1 / S – blokáda buněčného cyklu, jsou-li buněčný růst nebo okolní podmínky nepříznivé pro další dělení;
  2. G2 / M – zastavení buněčného cyklu, není-li dokončena replikace DNA event. je-li DNA poškozena;
  3. M / G1 – na přechodu metafáze/anafáze, zastavení, nejsou-li chromozomy řádně připevněny k mitotickému vřeténku.

Kontrolní systém buněčného cyklu je založen na oscilacích aktivity cyklindependentních kináz – CdK. Jedná se o proteinkinázy, které tvoří komplexy s cykliny. Katalyzují fosforylaci bílkovinných substrátů, čímž dochází ke změnám v enzymatické aktivitě substrátu a v jeho interakci s jinými proteiny. Rozeznáváme celkem 9 Cdk.

Mezi hlavní regulační komplexy patří:

  • komplex cyklin E / CdK2: regulace vstupu do S fáze;
  • komplex cyklin B / CdK1: regulace vstupu do mitózy.
Kontrolní body buněčného cyklu.

Cykliny[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Mitotické cykliny

Jedná se například o cyklin B. Ten je prakticky nedetekovatelný na počátku G1 fáze, syntetizován je však po celou dobu interfáze. Dosažení aktivačních hodnot na konci G2 fáze má za následek aktivaci Cdk1. Ta probíhá formou postranslačních modifikací. Aktivovaný komplex cyklin B / CdK1 pak umožní vstup buňky do M fáze.

Cykliny přechodu G1 → S

Pro přechod buňky z G1 do S fáze hraje klíčovou úlohu komplex cyklin E / Cdk2. Dochází k tomu obdobným způsobem jakov případě přechodu G2 → M. Po vstupu buňky do S fáze se Cdk2 spojí s cyklinem A. Ten je následně zásadní pro udržení a správný průběh S fáze.

Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Zdroj[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • ŠTEFÁNEK, Jiří. Medicína, nemoci, studium na 1. LF UK [online]. [cit. 2009]. <http://www.stefajir.cz>.