34.3
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 mechanisms control progression through the cell cycle?
The cell cycle is regulated by a complex system of proteins, primarily cyclins and cyclin-dependent kinases (CDKs), which act as molecular switches. These regulatory proteins control when cells enter different phases, ensuring DNA replication occurs accurately before division. Checkpoint mechanisms monitor cell conditions and halt progression if problems are detected, maintaining cellular integrity.
Q2: How do checkpoints prevent cells from dividing with damaged DNA?
Cell cycle checkpoints are control points that assess whether conditions are appropriate for progression. They monitor DNA integrity, chromosome attachment, and nutrient availability. If damage is detected, checkpoint proteins halt the cycle, allowing time for repair or triggering cell death if damage is irreparable, preventing transmission of mutations to daughter cells.
Q3: What role do cyclins and cyclin-dependent kinases play in cell division?
Cyclins are regulatory proteins whose levels fluctuate throughout the cell cycle, while cyclin-dependent kinases are enzymes activated only when bound to cyclins. Together, they phosphorylate target proteins that drive cell cycle transitions. Different cyclin-CDK complexes control specific phases, ensuring events occur in the correct sequence and timing.
Q4: Why is the G1 checkpoint critical for cell cycle control?
The G1 checkpoint, also called the restriction point, determines whether a cell commits to DNA replication. Cells assess nutrient availability, growth signals, and DNA damage at this stage. Once cells pass this checkpoint and enter S phase, they are committed to completing the cell cycle regardless of external conditions.
Q5: How do external signals influence cell cycle progression?
Growth factors and hormones bind to cell surface receptors, triggering signal transduction pathways that activate cyclin-CDK complexes. These external signals promote progression through G1 phase and entry into S phase. Conversely, stress signals or nutrient deprivation can inhibit these pathways, halting cell cycle progression.
Q6: What happens when cell cycle control mechanisms fail?
Failure of cell cycle control can lead to uncontrolled cell division and cancer development. Mutations in genes encoding cyclins, CDKs, or checkpoint proteins can disable regulatory mechanisms. Cells may bypass checkpoints, accumulate DNA damage, and divide inappropriately, contributing to tumor formation and disease progression.