6.3
מחזור התא הוא קבוצה מאורגנת של אירועים שמובילה את התא להתחלק לשני תאי בת, שכל אחד מכיל כרומוזומים זהים לתא האב. מחזור התא הוא זה שמוביל להיווצרות של א…
מחזור התא כרוך בשכפול התוכן התוך-תאי, ואחריו החלוקה לשני תאי בת.
שכפול התוכן התאי, ובמיוחד הדנ"א, הוא קריטי ביותר, וכל טעות בתהליך עלולה להוביל למצבים כמו סרטן.
אז איך תאים מונעים שגיאות במהלך החילוק?
מערכת בקרת מחזור התא כוללת חלבונים מווסתים העוצרים את המחזור בנקודות ביקורת שונות.
בכל נקודת ביקורת, החלבונים המווסתים מונעים את התחלת כל שלב עד להשלמת השלבים המוקדמים יותר ותיקון השגיאות.
באופן כללי, למערכת הבקרה יש שלוש נקודות ביקורת חיוניות שנמצאות בשלבי G1, G2 ו-M.
במחסום G1, חלבון המווסת בודק אם התא הגיע לגודל הקריטי והדנ"א נקי משגיאות. הוא גם בודק אם קיימים מספיק חומרים מזינים וגורמי גדילה כדי להתחיל סינתזת DNA.
בשלב זה, אם התא אינו מקבל את האות הדרוש, הוא עובר למצב מנוחה הנקרא שלב G0 עד שכל התנאים מתקיימים.
התאים שעוברים את מחסום G1 עוברים דרך הסינתזה, או שלב S, כאשר הדנ"א משוכפל.
לאחר מכן, התא נתקל בנקודת ביקורת שנייה בשלב G2, שבו החלבונים המווסתים בודקים שגיאות בדנ"א והאם לתא יש גודל מתאים להיכנס למיטוזה או לשלב M.
במהלך מיטוזה, מערכת הבקרה מוודאת אם הכרומוזומים מחוברים לציר ומיושרים במדויק כך שהמחזור ממשיך לחלוקת התא. אם בשלב כלשהו חלבון המווסת מזהה נזק בלתי הפיך, מתרחש מוות תאי. סוג אחד של חלבונים מווסתים קריטיים הם קינאזות חלבון תלויות ציקלין, או CDK. CDK יוצרים קומפלקסים עם ציקלינים, ופעילותם משפיעה על חלבונים המעורבים ישירות בצמיחת תאים ובסינתזת DNA.
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.