65629490 genetikai tanfolyam
Dokumentumok
ÖRÖZHETŐ INFORMÁCIÓK ÁTVITELE B. A GENETIKAI INFORMÁCIÓK ÁTVITELE EGY SEJTŐL A LÁNYAS SEJTEKHEZ
A szomatikus sejtekben a genetikai anyag a felületen megduplázódott, egyenlően és teljesen eloszlik a leánysejteknek a mitotikus osztódás folyamata révén. Az eredmény két új sejt (lánya), genetikailag azonos, mind egymással, mind azzal a sejttel (anyával), amelyből származnak. Azok a folyamatok, amelyek során egy sejt reprodukálja a genetikai anyagot, egyenlően osztja el és progresszív, pontosan szabályozott sorrendben továbbítja a leánysejtekhez, amely a sejtciklust alkotja. A sejtciklus-szabályozás végül eldönti, hogy egy sejt tovább fog-e haladni a cikluson keresztül (növekedni és osztódni), vagy differenciálódástól szenved-e, vagy proliferatív nyugalmi állapotba kerül. A cikluskontroll elvesztése rendellenes sejtnövekedést (tumorsejtek, fejlődési rendellenességek) okoz, vagy programozott sejtpusztuláshoz (apoptózis) vezet. A mitózisban a kromoszómák szegregációjában is előfordulhatnak hibák, amelyek kromoszóma-rendellenességeket generálnak. Ezen okokból kifolyólag a sejtciklust alkotó folyamatok ismerete különös jelentőséggel bír a betegségeket előidéző egyes patogén mechanizmusok megértésében.
A sejtciklus a biokémiai és morfológiai események szekvenciáját reprezentálja, amelyek a sejt életében fordulnak elő a keletkezés pillanatától az osztódás végéig. A sejtciklusnak két fő periódusa van: interfész és osztódás (5.6. Ábra).
Az interfész két egymást követő osztódás közötti időszakot jelöli, amelyben a cellára jellemző összes tevékenység végbemegy. Az interfész legfontosabb eseménye a DNS-szintézis (replikáció), amely megduplázza a genetikai anyag mennyiségét (4C). Az interfész korlátozott periódusában fordul elő, az úgynevezett S fázis. Ennek a folyamatnak köszönhetően az interfész három egymást követő szakaszra osztható: G1 fázis (preszintetikus), S fázis (szintézis) és G2 fázis (posztszintetikus vagy premitotikus).
A sejtosztódás vagy az M ("mitotikus") fázis szekvenciális folyamatok sorozatából áll, amelyek során a határfelületen replikált genetikai anyag (DNS) egyenletesen és teljes mértékben oszlik el (kromatid szegregáció), és két különálló magot alkot, és a sejt két leánysejt (citokinek); azonosak lesznek azzal a cellával, ahonnan jöttek (lásd 1. fejezet, 1.1.B ábra). A DNS és az osztódás megismétlésével biztosítható a genetikai információk hű továbbadása a sejtgenerációk egymásutánjában.
A sejtciklus időtartama a különböző szövetek között nagymértékben változhat, a G1 fázis változékonysága miatt, a többi fázis időtartama viszonylag állandó. Egy átlagos 24 órás időtartamra a fázisok hozzávetőleges időtartama a következő: G1 = 10 óra, S = 9 óra, G2 = 4 óra, M = 1 óra. I. FÁZIS IDŐSZAK
IDŐTARTAM (óra) ESEMÉNYEK MENNYISÉGE
AZ ELEKTRONIKUS MIKROSZKÓP MEGHATÁROZÁSA
Az iProtein RNS intenzív szintézise
2C 2n monokromatid kromoszómák
A DNS és a hiszton 4C szintézise
Osztási orsó fehérjék szintézise A mitózis kiváltó faktor szintézise
4C 2n spirálos bichromatid kromoszómák
Kondenzált bichromatid kromoszómák (optikai mikroszkóp alatt látható)
Telophase 2C 2C monokromatid kromoszómák
1.1. A MITOTIKUS CIKLUS FÁZISAI
a) G1 fázis A G1 fázis (angolul intervallum, rés, üres, mert jelentése nem volt ismert) a sejtciklus kezdő fázisát jelenti,
a stimulált sejtek (növekedési faktorok szerint) osztódására (5.1. táblázat). Mindegyik kromoszóma (erősen spirálozott) monokromatid, egyetlen DNS-molekulából áll. A genetikai anyag mennyisége 2C DNS-molekula 2n (46) spirálos kromoszóma formájában. A G1 fázis (G1A) első részében intenzív szintézis zajlik a sejtek növekedéséhez és működéséhez szükséges anyagokról (RNS, fehérjék). Az RNS és a fehérjék felhalmozódnak egy küszöbkoncentrációra, az úgynevezett "R" restrikciós pontra, amely után a sejtek átjutnak a G1B alfázisba, kondicionálva, hogy belépjenek az S fázisba és megosszák őket (5.6. Ábra).
Bizonyos körülmények között (a növekedési faktorok hiánya, a fehérjeszintézis gátlóinak jelenléte stb.) A G1A alfázisban lévő sejtek csökkent metabolikus aktivitás fázisába léphetnek át, az úgynevezett G0 vagy G1Q fázisnak ("nyugalmi állapotból" - pihenés, csendes ), amelyben életképesek maradnak és hosszú ideig fennmaradhatnak. Ha ezek a korlátozó feltételek megszűnnek, a G0 sejtek visszatérhetnek a G1 szintre, majd továbbjuthatnak az S fázisba, miközben megőrzik osztódási képességüket. A G1 és G0 fázis a sejt két külön fiziológiai csíkja.
A G1A alfázis néhány sejtje (a differenciálódás induktorainak hatása alatt) végleg elhagyja a sejtciklust és átjut a G1D fázisba, amely megfelel a differenciált sejteknek; már nem osztódnak és egy idő után meghalnak.
b) Az S fázis S fázisát (angolul "szintézis") a DNS-szintézis jellemzi (félkonzervatív replikációval érjük el) és
hisztonszintézis (lásd az 5.A fejezetet). Ebben a fázisban a DNS teljes mennyiségét (2C) teljesen meg kell replikálni, de csak egyszer; megduplázódik a genetikai anyag (4C) mennyisége, ami a sejtosztódás kialakulásának kötelező feltétele. A kromoszómák száma továbbra is 46 marad, de mindegyik kromoszóma bikromatidium lesz, két azonos kromatidából ("nővérek") áll össze, tehát két DNS-molekulát fog tartalmazni.
Az S-fázisban a DNS-replikáció aszinkron: néhány (GC-bázispárban gazdag) DNS-szakasz korán, az S-fázis elején, más (AT-bázispárban gazdag) szegmens későn, az S-fázis végén replikálódik. pontos kb
1 A G1 leállítási pont helyzete bizonytalan, vagy az S fázis közelében, vagy a G11 fázis közepén
A DNS-szintézis/-replikáció vagy autoradiográfiával (radioaktív izotóppal, általában tritifikált timidin T3H alkalmazásával), vagy bróm-oxi-oxi-urin (BrdU), egy timin analóg alkalmazásával érhető el. Beépülnek az újonnan szintetizált molekulába, az első esetben radioaktívan megjelölve, a második esetben megváltoztatva annak konfigurációját.
Néha a mitotikus sejtciklus S fázisában "testvérkromatidák között egyenlő genetikai anyagcsere folyik" (SCE) (5.2. Háttérmagyarázat).
c) G2 fázis A G2 fázist specifikus fehérjék és kis mennyiségű DNS szintézise jellemzi (a folyamat folyamatához szükséges)
replikációs hibák "kijavítása". Mindegyik kromoszóma bichromatidian (a DNS mennyisége 4C), de deszpirális. A G2 fázis vége felé aktiválódik/szintetizálódik egy "mitózis-kiváltó faktor" (MPF), amely a kromatinszálak kondenzációját okozza a kromoszómákban és az osztódási orsó képződését okozza.
Az MPF létezésének elegáns bemutatása a "kromoszómák idő előtti kondenzációja" jelenség, amelyet egy osztott (metafázisos) sejt és az interfészben lévő sejt összeolvasztásával lehet elérni (5.7. Ábra); gyorsan kondenzálódik az interfázisú kromatinszálak, amelyek általában erősen spirálosak és ezért láthatatlanok a fénymikroszkóp számára, és a magmembrán szétszéled.
Kondenzációs faktor hiányában a sejtek a G2 fázisban megállnak, és elhagyhatják a sejtciklust, tetraploid sejteket (4n kromoszómák) képezve; némelyikük binukleáttá válik (pl. felnőtt kardiomiociták) (5.6. ábra).
d) Az MPhase M fázis megfelel a mitotikus osztódásnak, és körülbelül egy órán át tart. A mag megosztásával (mitózis) kezdődik i
a citoplazma (citokinek) megosztásával végződnek. Ismét hangsúlyozzuk, hogy ebben a szakaszban a genetikai anyag megduplázódott az interfészben (4C DNS-molekulák 46 bichromatid kromoszómában) szegregálódik, azaz egyenlően és teljesen eloszlik a "leány" sejteknek (2C DNS-molekulák 46 monokromatid kromoszómában), amelyek így azonos azzal a cellával, amelyből származnak. A genetikai anyag osztás útján történő "szétosztásának" folyamatát általában nagy pontossággal hajtják végre, biztosítva a genetikai információ továbbadásának hűségét a sejtgenerációk egymásutánjában. Ugyanakkor hibákat is szenvedhet, amelyek kromoszóma-rendellenességeket okoznak.
1.2. OSZTÁLYOZÁSSAL EREDMÉNYES SEJTEK evolúciója Az osztódás után létrejövő sejtek három irányban fejlődhetnek: szaporodás, differenciálódás és pihenésre való átmenet.
a. Szaporodás: A sejtek új cikluson mennek keresztül, és ismételten osztódnak; ezek a "ciklikus sejtek" alkotják a
A test megtalálható az embrionális szövetekben, a hematogén csontvelőben, az epidermisz bazális rétegében stb. b) Differenciálás. A sejtek végleg elhagyják a sejtciklust, és speciális sejtekké alakulnak, bizonyos struktúrákkal és funkciókkal, amelyek nem
bizonyos idő után megoszlanak és meghalnak. Például: idegsejtek, izomsejtek, granulociták, érett vörösvértestek stb. Néhány sejt (például: őssejtek vagy su; limfociták .a.) Hagyja a sejtciklust a G1 fázisban, és maradjon a G0 fázisban,
alacsonyabb metabolikus aktivitással rendelkezik, de megtartja osztódási képességét. Ezek a sejtek alkotják a nem proliferatív kompartmentet. Különleges körülmények között reagálnak bizonyos környezeti ingerekre (növekedési faktorok, egyes hormonok, mitogén anyagok stb.), És újra beléphetnek az osztódási ciklusba. Gyarapító példa a T-limfociták aktiválása a perifériás vérben fitohemagglutinin (PHA) hatására; lymphoblastokká válnak, fiatal sejtekké, amelyek intenzíven osztódnak. Ezt a jelenséget használják a kromoszómák limfocita tenyészetek általi vizsgálatára (lásd a 2.D.3. Fejezetet).
1.3 Sejtciklus-ellenőrzés. A sejtciklus rendezett előrehaladását és normális fejlődését biokémiai reakciókkal érik el, amelyek során a ciklin (A-H) nevű fehérjék rögzítésével több ciklinfüggő kináz (CDK) (1-7) aktiválódik. Aktiválás után minden CDK-ciklin fehérje komplex foszforilez bizonyos specifikus fehérjéket, amelyek szükségesek a ciklus egy bizonyos szakaszában lejátszódó reakciókhoz. Ezután a CDK-ciklin komplex inaktiválható, ami a fa-ra való átmenetet eredményezi