34.3
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 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.