6.3
دورة الخلية عبارة عن مجموعة منظمة من الأحداث التي تؤدي إلى انقسام الخلية إلى خليتين ابنتين، تحتوي كل منهما على كروموسومات مماثلة للخلية الأم. إنها دور…
تتضمن دورة الخلية ازدواجية المحتوى داخل الخلايا ، متبوعا بالتقسيم إلى خليتين ابنتيتين.
يعد تكرار المحتوى الخلوي ، وخاصة الحمض النووي ، أمرا بالغ الأهمية ، وأي خطأ أثناء العملية يمكن أن يؤدي إلى حالات مثل السرطان.
إذن كيف تمنع الخلايا أي أخطاء أثناء الانقسام؟
يتميزنظام التحكم في دورة الخلية ببروتينات منظمة توقف الدورة عند نقاط تفتيش مختلفة.
عند كل نقطة تفتيش ، تمنع بروتينات المنظم بدء كل خطوة حتى تكتمل المراحل السابقة ويتم تصحيح أي أخطاء.
بشكل عام ، يحتوي نظام التحكم على ثلاث نقاط تفتيش حاسمة موجودة في مراحل G1 و G2 و M.
عند نقطة تفتيش G1 ، يتحقق البروتين المنظم مما إذا كانت الخلية قد وصلت إلى الحجم الحرج وأن الحمض النووي خال من الأخطاء. كما أنه يتحقق مما إذا كانت هناك ما يكفي من العناصر الغذائية وعوامل النمو لبدء تخليق الحمض النووي.
في هذه المرحلة ، إذا لم تتلق الخلية الإشارة اللازمة ، فإنها تتحول إلى حالة راحة تسمى المرحلة G0 حتى يتم استيفاء جميع الشروط.
تمر الخلايا التي تمر بنقطة تفتيش G1 عبر التوليف ، أو المرحلة S ، عندما يتم تكرار الحمض النووي.
بعد ذلك ، تواجه الخلية نقطة تفتيش ثانية في مرحلة G2 ، حيث تتحقق بروتينات المنظم من أي أخطاء في الحمض النووي وما إذا كانت الخلية لها حجم مناسب للدخول إلى الانقسام أو المرحلة M.
أثناء الانقسام الفتيلي ، يتحقق نظام التحكم مما إذا كانت الكروموسومات متصلة بالمغزل ومحاذاة بدقة بحيث تستمر الدورة في انقسام الخلايا. إذا اكتشف البروتين المنظم في أي وقت تلفا لا يمكن إصلاحه ، يحدث موت الخلايا. أحد أنواع البروتينات المنظمة الحرجة هو كينازات البروتين المعتمدة على السيكلين ، أو CDK. تشكل CDKs مجمعات مع الأعاصير ، ويؤثر نشاطها على البروتينات المشاركة بشكل مباشر في نمو الخلايا وتخليق الحمض النووي.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are the three main checkpoints in the cell cycle control system?
The cell cycle control system has three crucial checkpoints located in the G1, G2, and M phases. At the G1 checkpoint, regulator proteins verify cell size, DNA integrity, and nutrient availability before DNA synthesis begins. The G2 checkpoint checks for DNA errors and appropriate cell size before mitosis. During M-phase, the system verifies chromosome attachment and alignment to the spindle before cell division proceeds.
Q2: How do cyclin-dependent kinases regulate cell cycle progression?
Cyclin-dependent kinases, or CDKs, form complexes with cyclins, which are phase-specific proteins expressed at fixed points in the cell cycle. These positive regulators cell cycle cyclins and CDKs complexes directly affect proteins involved in cell growth and DNA synthesis. Regulatory phosphorylation and dephosphorylation fine-tune cyclin-CDK function, ensuring well-defined progression through each cell cycle phase.
Q3: What happens at the G1 checkpoint?
At the G1 checkpoint, regulator proteins assess whether the cell has reached critical size, verify DNA is free from errors, and confirm sufficient nutrients and growth factors are present to begin DNA synthesis. If the cell lacks necessary signals, it enters a resting state called G0 phase until all conditions are satisfied, preventing premature progression into the S-phase.
Q4: How does the cell cycle control system prevent cancer and genetic diseases?
The cell cycle control system uses surveillance mechanisms at checkpoints to monitor essential events like DNA replication and chromosome segregation. If regulator proteins detect irreparable DNA damage, they activate cell cycle inhibitors that arrest the cycle until the damage is repaired. If damage cannot be fixed, cell death occurs, preventing the propagation of mutations that could lead to cancer.
Q5: What is the G0 phase and when does a cell enter it?
The G0 phase is a resting state that cells enter when they do not receive necessary signals at the G1 checkpoint. Cells remain in G0 until conditions such as adequate cell size, DNA integrity, nutrients, and growth factors are met. This quiescent phase allows cells to pause proliferation and conserve resources when conditions are unfavorable for division.
Q6: What role do regulator proteins play during the M-phase checkpoint?
During M-phase, regulator proteins verify that chromosomes are properly attached to the spindle and accurately aligned before cell division proceeds. This checkpoint ensures that each daughter cell receives the correct number of chromosomes. If chromosomes are misaligned or improperly attached, the control system halts progression until the defect is corrected or cell death is triggered.
Q7: How do checkpoint control mechanisms differ from cyclin-CDK regulation?
Cyclin-CDK complexes drive cell cycle progression through protein phosphorylation cascades that transition cells between phases. Checkpoint control, by contrast, is a surveillance mechanism that monitors completion of essential events and delays progression if problems are detected. While cyclin-CDKs actively promote advancement, checkpoints act as brakes to ensure accuracy before allowing the cycle to continue.