65629490 Kurz genetiky
Dokumenty
PRENOS DEDIČNÝCH INFORMÁCIÍ B. PRENOS GENETICKÝCH INFORMÁCIÍ Z JEDNEJ BUNKY DO DCÉRNYCH BUNIEK
V somatických bunkách sa genetický materiál zdvojnásobil na rozhraní a distribuuje sa rovnomerne a úplne do dcérskych buniek prostredníctvom procesu mitotického delenia. Výsledkom sú dve nové bunky (dcéry), geneticky identické, navzájom medzi sebou aj s bunkou (matkou), z ktorej pochádzajú. Procesy, ktorými bunka replikuje genetický materiál, rovnomerne ho rozdeľuje a prenáša do dcérskych buniek v progresívnom a presne regulovanom poradí, ktoré tvorí bunkový cyklus. Kontrola bunkového cyklu nakoniec rozhodne, či bude bunka pokračovať v postupe cyklom (rásť a deliť sa) alebo či nebude trpieť diferenciáciou alebo či nebude v stave proliferatívneho pokoja. Strata kontroly nad cyklom spôsobí abnormálny rast buniek (nádorové bunky, vývojové chyby) alebo povedie k programovanej smrti buniek (apoptóza). Chyby sa môžu vyskytnúť aj v segregácii chromozómov v mitóze, ktorá spôsobí chromozomálne abnormality. Z týchto dôvodov je znalosť procesov, ktoré tvoria bunkový cyklus, obzvlášť dôležitá pre pochopenie niektorých patogénnych mechanizmov generujúcich choroby.
Bunkový cyklus predstavuje postupnosť biochemických a morfologických javov, ktoré sa vyskytujú v živote bunky, od okamihu jej vzniku až do konca jej delenia. Bunkový cyklus má dve hlavné obdobia: rozhranie a delenie (obrázok 5.6).
Rozhranie predstavuje obdobie medzi dvoma po sebe nasledujúcimi divíziami, v ktorých prebiehajú všetky činnosti špecifické pre bunku. Najdôležitejšou udalosťou rozhrania je syntéza DNA (replikácia), ktorá zdvojnásobuje množstvo genetického materiálu (4C). Vyskytuje sa v obmedzenom období rozhrania, ktoré sa nazýva fáza S. Kvôli tomuto procesu možno rozhranie rozdeliť do troch po sebe nasledujúcich fáz: fáza G1 (presyntetická), fáza S (syntéza) a fáza G2 (postsyntetická alebo premitotická).
Bunkové delenie alebo M („mitotická“) fáza pozostáva zo série postupných procesov, pri ktorých sa genetický materiál (DNA) replikovaný na rozhraní distribuuje rovnomerne a úplne (segregácia chromatidov) za vzniku dvoch odlišných jadier a bunka sa delí na dve dcérske bunky (cytokíny); budú identické s bunkou, z ktorej pochádzajú (pozri kapitolu 1, obrázok 1.1.B). Replikáciou DNA a delením je zabezpečený verný prenos genetickej informácie v postupnosti bunkových generácií.
Trvanie bunkového cyklu sa môže medzi rôznymi tkanivami veľmi líšiť, a to z dôvodu variability fázy G1, pričom ostatné fázy majú relatívne konštantné trvanie. Pre priemerné trvanie 24 hodín je približné trvanie fáz: G1 = 10 hodín, S = 9 hodín, G2 = 4 hodiny, M = 1 hodina. FÁZA I. OBDOBIE
DURATION (hours) EVENTS QUANTITY
ADNASPECT ELEKTRONICKÉHO MIKROSKOPU
Intenzívna syntéza iProteínovej RNA
2C 2n monochromatidové chromozómy
Syntéza DNA a histónu 4C
Syntéza proteínov deliaceho vretienka Syntéza faktora spúšťajúceho mitózu
4C 2n despiralizované bichromatidové chromozómy
Kondenzované bichromatidové chromozómy (viditeľné pod optickým mikroskopom)
Telofáza 2C 2C Monochromatidové chromozómy
1.1. FÁZY CYKLU MITOTICKÝCH BUNIEK
Fáza G1 Fáza G1 (v angličtine interval medzery, medzera, prázdna hodnota, pretože jej význam nebol známy) predstavuje začiatočnú fázu bunkového cyklu,
pre rozdelenie stimulovaných buniek (rastovými faktormi) (tabuľka 5.1). Každý chromozóm (silne špirálovitý) je monochromatidný a je tvorený jednou molekulou DNA. Množstvo genetického materiálu je 2C molekuly DNA vo forme 2n (46) špirálovaných chromozómov. V prvej časti fázy G1 (G1A) dochádza k intenzívnej syntéze látok (RNA, bielkovín) potrebných pre rast a funkciu buniek. RNA a proteíny sa hromadia na prahovú koncentráciu nazývanú reštrikčný bod „R“, po ktorej bunky prechádzajú do subfázy G1B a sú kondicionované na vstup do fázy S a delenie (obrázok 5.6).
Za určitých podmienok (nedostatok rastových faktorov, prítomnosť inhibítorov syntézy bielkovín atď.) Môžu bunky v subfáze G1A prechádzať do fázy zníženej metabolickej aktivity, ktorá sa nazýva fáza G0 alebo G1Q (z „pokoja“ - pokoj, pokoj ), v ktorých zostávajú životaschopné a môžu dlho prežiť. Ak tieto obmedzujúce podmienky zmiznú, bunky G0 sa môžu vrátiť do Gl a potom postupovať do fázy S, pretože si zachovávajú svoju schopnosť delenia. Fázy Gl a G0 sú dva odlišné fyziologické pruhy bunky.
Niektoré bunky v subfáze G1A (pod vplyvom induktorov diferenciácie) natrvalo opúšťajú bunkový cyklus a prechádzajú do fázy G1D, ktorá zodpovedá diferencovaným bunkám; už sa po určitom čase nerozdelia a neumrú.
b. S fáza S fáza (v angličtine „syntéza“) je charakterizovaná syntézou DNA (dosiahnutá semikonzervatívnou replikáciou) a
syntéza histónov (pozri kapitolu 5.A). V tejto fáze musí byť celkové množstvo DNA (2C) úplne replikované, ale iba raz; existuje zdvojnásobenie množstva genetického materiálu (4C), čo je povinná podmienka pre rozvoj bunkového delenia. Počet chromozómov zostáva 46, ale každý chromozóm bude bichromatidián, tvorený dvoma identickými chromatidami („sestrami“), takže bude obsahovať dve molekuly DNA.
Replikácia DNA vo fáze S je asynchrónna: niektoré segmenty DNA (bohaté na páry báz GC) sa replikujú skoro, na začiatku fázy S a ďalšie segmenty (bohaté na páry báz AT), sa replikujú neskoro, na konci fázy S. presne o
1 Poloha bodu zastavenia G1 je neistá, buď blízko fázy S, alebo uprostred fázy G11
Syntézu/replikáciu DNA je možné získať buď autorádiografiou (použitím rádioaktívneho izotopu, zvyčajne tritiovaného tymidínu T3H), alebo použitím brómdeoxyuridínu (BrdU), analógu tymínu. Budú začlenené do novo syntetizovanej molekuly, v prvom prípade budú rádioaktívne označené alebo v druhom prípade zmenia svoju konfiguráciu.
Niekedy v S fáze mitotického bunkového cyklu dochádza k „rovnakej výmene genetického materiálu medzi sesterskými chromatidami“ (SCE) (rámček 5.2).
c) Fáza G2 Fáza G2 je charakterizovaná syntézou špecifických proteínov a malého množstva DNA (potrebných v procese)
„oprava“ replikačných chýb). Každý chromozóm je bichromatidián (množstvo DNA je 4C), ale despirálne. Na konci fázy G2 sa aktivuje/syntetizuje „faktor spúšťajúci mitózu“ (MPF), ktorý spôsobuje kondenzáciu chromatínových vlákien v chromozómoch a tvorbu deliaceho vretena.
Elegantnou ukážkou existencie MPF je fenomén „predčasnej kondenzácie chromozómov“ dosiahnutý spojením bunky v delení (metafáza) s bunkou v rozhraní (obrázok 5.7.); dochádza k rýchlej kondenzácii medzifázových chromatínových vlákien, ktoré sú zvyčajne silne špirálovité, a preto ich nevidí svetelný mikroskop, a rozoberá sa jadrová membrána.
Pri absencii kondenzačného faktora sa bunky zastavia vo fáze G2 a môžu opustiť bunkový cyklus a vytvárať tetraploidné bunky (4n chromozómy); niektoré z nich sa stanú dvojjadrovými bunkami (napr. dospelými kardiomyocytmi) (obrázok 5.6).
d) Fáza MPháza M zodpovedá mitotickému deleniu a trvá asi jednu hodinu. Začína sa to rozdelením jadra (mitóza) i
končia rozdelením cytoplazmy (cytokíny). Znovu zdôrazňujeme, že v tomto štádiu sa genetický materiál zdvojnásobil na rozhraní (molekuly 4C DNA v 46 bichromatidových chromozómoch) segreguje, tj. Je distribuovaný rovnomerne a úplne do „dcérskych“ buniek (molekuly 2C DNA v 46 monochromatidových chromozómoch), ktoré budú teda identické s bunkou, z ktorej pochádzajú. Proces „distribúcie“ genetického materiálu delením sa zvyčajne vykonáva s veľkou presnosťou, aby sa zabezpečil verný prenos genetickej informácie v postupnosti bunkových generácií. Môže však tiež trpieť chybami, ktoré spôsobia chromozomálne abnormality.
1.2. VÝVOJ BUNIEK VÝSLEDKOM DIVÍZIE Bunky vzniknuté po rozdelení sa môžu vyvíjať tromi smermi: proliferáciou, diferenciáciou a prechodom do pokoja.
a) Proliferácia. Bunky prechádzajú novým cyklom a opakovane sa delia; tieto "cyklické bunky" tvoria proliferačný kompartment
Telo sa nachádza v embryonálnych tkanivách, hematogénnej dreni, bazálnej vrstve epidermis atď. b) Diferenciácia. Bunky natrvalo opúšťajú bunkový cyklus a menia sa na špecializované bunky s určitými štruktúrami a funkciami, ktoré nie
rozdelia sa a po určitom čase zomrú. Napríklad: neuróny, svalové bunky, granulocyty, zrelé červené krvinky atď. Oddychové štádium. Niektoré bunky (napríklad: kmeňové bunky alebo su; lymfocyty a.). Opúšťajú bunkový cyklus vo fáze G1 a zostávajú vo fáze G0.,
s nižšou metabolickou aktivitou, ale so zachovaním schopnosti delenia. Tieto bunky tvoria neproliferatívny oddiel. Za zvláštnych podmienok reagujú na určité podnety prostredia (rastové faktory, niektoré hormóny, mitogénne látky atď.) A môžu znova vstúpiť do cyklu delenia. Poučujúcim príkladom je aktivácia T lymfocytov v periférnej krvi pôsobením fytohemaglutinínu (PHA); premenia sa na lymfoblasty, mladé bunky, ktoré sa intenzívne delia. Tento jav sa používa na štúdium chromozómov kultúrami lymfocytov (pozri kapitolu 2.D.3).
1.3 KONTROLA BUNKOVÝCH CYKLOV. Riadny progres a normálny vývoj bunkového cyklu sa dosahuje biochemickými reakciami, pri ktorých sa aktivuje viac cyklín-dependentných kináz (CDK) (1-7) fixáciou proteínov nazývaných cyklín (A-H). Po aktivácii každý CDK-cyklínový proteínový komplex fosforyluje určité špecifické proteíny, potrebné pre reakcie, ktoré sa vyskytujú v určitej fáze cyklu. Potom môže byť komplex CDK-cyklín deaktivovaný a spôsobiť prechod na tvár