1 3. Ląstelės ciklas Ląstelės teorija teigia, jog naujos ... - Biomokykla

3. L stel s ciklas
L stel s teorija teigia, jog naujos l stel s susidaro tik vienu b du - iš kit jau gyvuojan i l steli .
Vyksm seka, kurios metu susidaro naujos l stel s, vadinama l steli dalijimusi.
Daugial s i organizm l steli dalijimasis ypa intensyvus gemalo stadijoje, ta iau nenutr ksta ir
organizmui subrendus - kai kuriuose organuose vyksta vis gyvenim (pvz. kaul iulpuose,
žarnyno epitelyje). Taip atsiranda l stel s, kurios gali pakeisti pasenusias ar žuvusias l steles.
Prokariotini ir eukariotini l steli dalijimosi vyksmai yra skirtingi. Šiame skyriuje bus
apib dintas eukariotin s l stel s dalijimasis.
L stel s gyvenime nuo vieno iki kito dalijimosi galima išskirti kelet savit stadij . Visos jos - tai
l stel s ciklas. L stel s ciklo trukm gali b ti labai vairi: nuo 30 minu i besidalijan iame varl s
embrione (n ra G1 ir G0 fazi ) iki keleto m nesi l tai augan iuose audiniuose (pvz. žinduoli
kepenyse).
Kad l stel ms dalijantis susidaryt “teisingos”, visavert s dukterin s l stel s, motinini l steli
ciklo metu turi vykti trys svarb s procesai:
• padvigub ti genomin DNR;
• kiekvienai dukterinei l stelei turi b ti tiksliai paskirstyta po vien chromosom rinkin ;
• dukterin ms l stel ms turi b ti paskirstytos organel s.
L stel s cikl galima suskirstyti dvi dideles fazes: interfaz ir M faz .
M faz skirstoma dvi stadijas. Tai
• mitoz , kurios metu padvigub jusios chromosomos yra išskirstomos du branduolius, arba
mejoz , kurios metu padvigub jusios chromosomos yra išskirstomos keturis branduolius,
• citokinez - kai visa l stel pasidalija dvi dukterines l steles.
Interfaz – tai tarpas tarp vienos M faz s pabaigos (citokinez s pabaigos) ir kitos M faz s pradžios
(pirmosios mitoz s faz s – profaz s – pradžios). Interfaz s metu l stel auga ir gyvena: yra
metaboliškai aktyvi ir atlieka savo funkcijas.
Interfaz yra skirstoma kelet savit stadij pagal DNR kiek l stel je. Tai DNR sintez s stadija S
faz (pagal “Sintez ”), ir dvi tarpin s G faz s (angl. Gap – tarpas):G1 – tarpas tarp M ir S fazi , G2
– tarpas tarp S ir M fazi ).
G1 faz (pirmasis tarpas) – interfaz s tarpsnis nuo citokinez s pabaigos iki DNR sintez s pradžios;
šioje faz je DNR kiekis yra b dingas nesidalijan ios l stel s genomui;
S faz – interfaz s tarpsnis, kai sintezuojama DNR; jos metu DNR kiekis did ja, o jai pasibaigus
DNR b na dvigubai daugiau, negu G1 faz je; .
G2 faz (antrasis tarpas) - tai laikotarpis nuo S faz s pabaigos iki mitoz s pradžios; šioje faz je
l stel jau turi dvigub chromosom rinkin .
1

3.1 pav. L stel s ciklo faz s
Žinduoli l steli M faz dažniausiai trunka apie vien valand , tuo tarpu interfaz gali užtrukti
kelet dien , savai i ar net ilgiau.
M faz s metu gali vykti mitoz arba mejoz . Mitoz s metu susidaro l stel s, turin ios tiek pat
genetin s medžiagos, kiek tur jo motinin l stel G1 faz s metu. Mejoz s (gr. maž jimas) metu
susidariusios l stel s turi tik pus genetin s medžiagos, b dingos motininei l stelei G1 faz s metu.
Mejoz s esm – dvi viena po kitos sekan ios M faz s (mejoz I ir mejoz II) be interfaz s tarp j .
Mejoz s I metu skirtingus l stel s polius juda ne seserin s chromatid s, o homologin s
chromosomos. Daugumai eukariot mejoz b dinga tik tokiam l steli (mejocit ) dalijimuisi, kai
susidaro lytin s l stel s – gametos.
3.1. Interfaz
3.2 pav. Interfazin l stel . Chromatinas m lynas, mikrovamzdeliai žali.
www.micro.magnet.fsu.edu
3.1.1. Interfaz s etapai ir patikros taškai
G1 faz daugumos daugial s i organizm somatin ms l stel ms yra ilgiausia ciklo faz . Jos metu
l stel ima iš aplinkos medžiagas ir vykdo b dingas biochemines reakcijas. Joje daug ja baltym ir
RNR. G1 faz je l stel s gali
• augti (daug ja organeli ir citoplazmos) ir taip ruoštis dalijimuisi, jei gauna atitinkamus
signalus, arba
• nesiruošti S fazei ir likti vadinamojoje G0 faz je, kurioje jos normaliai veikia ir atlieka savo
funkcijas. Dauguma m s organizmo l steli yra G0 faz je. Gavusios atitinkam signal ,
tokios l stel s gali gr žti cikl - G1 faz ir ruoštis S fazei.
2

L stel s b sena ir jos aplinka G1 faz je lemia, ar l stel prad s dalytis. In vitro nustatyta, kad po
maždaug 10 val. trunkan io stimuliavimo augimo veiksniais (juos pašalinus anks iau, l stel s ciklas
neprasid s), pasiekiamas vadinamasis G1 patikros taškas (seniau jis vadintas start arba restriction
tašku). Sakoma, kad ia l stel tikrina DNR b kl , l stel s dyd (mas ) ir maisto tiekim . Kai kurie
molekuliniai vyksmai jau atskleisti. Pra jusioms ši patikr l stel ms lemta praeiti vis l stel s
cikl iki kitos G1 faz s, jei tik joms pavyks veikti kitus patikros taškus. Dabar augimo veiksni
terp je gali ir nebeb ti – l stel vis tiek dalysis.
Per S faz vyksta
1) DNR replikacija - padvigub ja chromosomos,
2) mikrovamzdeli organizavimo centr (MVOC) replikacija - padvigub ja centrosomos, j
centriol s.
S faz s metu l stel toliau auga, joje daug ja baltym ir RNR, kaip ir kitose interfaz s stadijose,
ta iau S faz je, vienintel je per vis l stel s cikl , daug ja (dvigub ja) DNR.
Per G2 faz l stel toliau auga ir ruošiasi mitozei. Joje daug ja baltym ir RNR. G2 faz je l stel s
genomas kondensuojasi, o MVOC pradeda formuoti verpst , kuri metafaz je atskirs chromosomas
vien nuo kitos.
G2 patikros taške tikrinama, ar replikuotoje DNR n ra tr kum . J radus, l stel s ciklas
sustabdomas – ciklas „areštuojamas“.
Tre i kart l stel turi veikti patikr metafaz je, M patikros taške, kai tikrinama, ar mitozin s
verpst s mikrovamzdeliai tinkamai prisijung prie vis chromosom .
L stel s ciklo valdymo molekul s
3.1.2. Interfaz s etap eigos valdymas
L stel s ciklo eiga priklauso daugelio signal , kylan i l stel s viduje ir išor je. Per jim iš vienos
ciklo faz s kit valdo tirp s citoplazmos veiksniai: M faz s citoplazma gali sukelti chromatino
kondensacij interfazin s l stel s branduolyje.
Šie l stel s ciklo fazi induktoriai yra baltymai. Paprastai tai b na dviej baltym kompleksas,
sudarytas iš ciklino (taip pavadintas, nes jo koncentracija kinta cikliškai, priklausomai nuo l stel s
ciklo) ir kito baltymo - nuo ciklino priklausomos baltym kinaz s (fosforilo liekan prie baltymo
prijungian io fermento). Žinduoli l steli atveju šios kinaz s vadinamos Cdk (angl. Cyclin
dependent kinase). Kai atitinkamo ciklino koncentracija sumaž ja, kinaz tampa neaktyvi. Ciklino
koncentracijai padid jus, kinaz yra aktyvinama, ir l stel nuosekliai pereina kit l stel s ciklo
faz . Taigi, l steli ciklo eiga priklauso nuo fermento, kuris fosforilina tam tikrus baltymus, o šio
fermento aktyvum valdo kitas baltymas, kurio koncentracija kinta l stel s ciklo metu.
Vyraujan ios l stel s ciklo valdymo sampratos esm – ciklin raiška yra cikliška, o j partner s
kinaz s b na vis laik .
3

3.3 pav. Ciklin raiškos kaita l stel s ciklo metu
Ciklin -Cdk kompleksai yra trejopi:
I – G1 ciklin -Cdk kompleksai svarb s pasiryžti S fazei
II – S ciklin -Cdk kompleksai svarb s prad ti ir užbaigti DNR replikacij
III – M ciklin -Cdk kompleksai svarb s vesti mitoz ir j užbaigti
G1-S fazi virsmas
G1 faz stabilizuoja trys veiksniai, d l kuri S ir M fazi ciklin -Cdk kompleks veikla
nepasireiškia:
• daug slopiklio (pirmasis antagonistas);
• aktyvus Rb (Retinoblastomos baltymas), kuris laiko išjungt ciklin gen nuoraš
(transkripcij ) (antrasis antagonistas);
• greita ciklin degradacija.
G1 faz s ciklin svarbiausias uždavinys yra nuslopinti Rb ir kelet panaši baltym kad jie
netrukdyt veikti savitiems nuorašos veiksniams (transkripcijos faktoriams).
Fosforilindami Rb baltym , Cyc-Cdk kompleksai lemia negr žtam “nuosprend ” DNR replikuotis
ir l stelei dalytis. Po ribinio taško – G1 patikros taško –G1 faz s ciklinai (D ir E) nebereikalingi,
nes S ir M ciklin -Cdk kompleksai neleis antagonistams atsigauti. Tai reiškia, kad l stel nebegriš
G1, net jei G1 ciklin nebebus.
G1-S fazi virsm valdo DNR kokyb tikrinantys baltymai, kaip p53. Šis baltymas b na l stel je
per vis cikl , tik labai mažai, nes jis greitai suskaidomas. p53 – nuorašos veiksnys, valdantys
l stel s ciklo eig ir apoptoz . Pakitus genomui, atsiradus jo pažaidoms, p53 baltymas yra
fosforilinamas, o tok j suskaidyti yra sunku. p53 koncentracija did ja, jis telkiasi citoplazmoje ir
branduolyje, kur skatina l stel s ciklo slopiklio p21 raišk . p21 slopina l stel s cikl bet kurioje
faz je.
4

3.4 pav. Patikros signal sklidimas (Alberts ir kt.)
Baigiantis mitozei, visi S ir M fazi ciklinai suardomi, antagonistai kaupiasi, ir l stel stringa G1
faz je, jei n ra G1 faz s ciklino (D) prad ti naujam ratui.
S faz
Žmogaus l stel se S faz trunka apie 6 valandas, o j valdo ciklinas A.
G2 faz
G2 faz je pradedamas sintezuoti ciklinas B. G2 faz je l stel s turi praeiti antr j , G2 patikros tašk
– griežtai tikrinama, ar n ra DNR replikacijos klaid .
3.2. M faz
Per M faz genomas b na neaktyvus, tyli, o svarbiausi b na l stel s griau iai, kurie stumdo
chromosomas (ir kitas l stel s sud tines dalis).
M faz skirstoma šias stadijas:
• mitoz , kuri savo ruožtu skirstoma
o profaz ,
o prometafaz ,
o metafaz ,
o anafaz ,
o telofaz , ir
• citokinez .
Dalijantis mejocitams, vietoj mitoz s vyksta mejoz .
3.2.1. Mitoz
5

Profaz
3.5 pav. Mitoz s faz s
3.6 pav. Profaz . Chromosomos m lynos, mikrovamzdeliai žali.
wikipedia
Branduolio poky iai:
• Ciklinas B1 iš citoplazmos pernešamas branduol ir ten lieka, nes fosforilinamas jo NES
(branduolin s išnašos signalas). Branduolyje ciklino aktyvinta kinaz Cdk1 pradeda veikti.
• Fosforilinami branduolio laminos baltymai.
• Pradeda irti branduolio apvalkal lis.
• Pradeda kondensuotis chromosomos.
• Pranyksta branduol lis, nebesintezuojamos rRNR.
Citoplazmos poky iai:
• Suyra l stel s griau iai. Mikrovamzdeliai spar iai depolimerizuojasi.
• Mikrovamzdeli organizavimo centrai (MVOC) - centrosomos (j jau dvi – dvi poros
centrioli , jos padvigub jo per S faz ) - pajuda tolyn viena nuo kitos.
• Formuojasi mitozin s žvaigžd s, polimerizuojantis tubulinui.
• Subyra endoplazminis tinklas ir Goldžio kompleksas.
Baigiantis profazei, visi branduolio laminai jau fosforilinti ir branduolio apvalkal lis subyr j s
p sleles. Žinoma, kad p slel se lieka laminas B, kuris, matyt, padeda atkurti branduolio apvalkal l
per telofaz .
Kai išnyksta branduolio apvalkal lis, baigiasi profaz ir prasideda prometafaz .
6

Prometafaz
3.7 pav. Prometafaz . Chromosomos m lynos, mikrovamzdeliai žali.
wikipedia
L steli griau i gijos (svarbiausias komponentas – mikrovamzdeliai) pasiekia genom ir ant
centromer susidaro kinetochorai.
Kinetochoras – ant kiekvienos chromatid s centromeros išorinio paviršiaus susidariusi trisluoksn
baltymin strukt ra:
Baigia formuotis mitozin verpst .
Chromosomos juda link verpst s pusiaujo.
Metafaz
3.8 pav. Metafaz . Chromosomos violetin s, mikrovamzdeliai žali, l stel s pakraštys raudonas.
Viena chromosoma paklydo. wikipedia
Chromosomos išrikiuotos vienoje plokštumoje ir sudaro vadinam j metafazin plokštel . Toje
plokštumoje jas išlaiko dvi priešingus l stel s polius nukreiptos j gos, kurias perduoda
mikrovamzdeliai, prisitvirtin prie kinetochor .
Metafaz je mitoz s verpst labai tvarkinga, sudaryta iš trij tip mikrovamzdeli :
• žvaigžd s mikrovamzdeliai, einantys nuo centrosomos link l stel s pakraš io, tolyn nuo jos
centro;
• kinetochor mikrovamzdeliai, nut s nuo centrosomos iki kinetochor ; žinduoli l stel se
prie vieno kinetochoro b na prisijung 20-30 mikrovamzdeli , kurie sudaro verpst s gij ; tai
daugiausia jie surenka chromosomas metafazin plokštel , o per anafaz atskiria seserines
chromatides;
• poli mikrovamzdeliai, einantys nuo centrosom per l stel s vidur ir šiek tiek toliau; jie
jungiasi ne prie chromosom , o s veikauja su priešingo poliaus mikrovamzdeliais ir sudaro
krepšio pavidalo darin , palaikant verpst s vientisum ir koordinuojant chromosom
jud jim per anafaz .
7

3.9 pav. Mitoz s mikrovamzdeliai
Metafaz je l stel turi praeiti tre i j , M patikros tašk (dar vadinam verpst s patikros tašku),
kuriame tikrinama, ar prie vis kinetochor , t.y. prie vis seserini chromatidži yra prisitvirtin
mikrovamzdeliai. Tai dramatiškiausia akimirka l stel s gyvenime – praleidus neprisitvirtinusi
chromatid , ji nueis paskui savo seser , ir abi dukterin s l stel s bus nesveikos, aneuploidin s.
Laminai ir histonai pradedami defosforilinti.
Anafaz
3.10 pav. Anafaz . Chromosomos m lynos, mikrovamzdeliai žali.
wikipedia
Anafaz s pradžioje atskiriamos seserin s chromatid s. ia svarbiausias veiksnys – baltyminis
kompleksas APC (angl. Anaphase Promoting Complex), prijungiantis prie tam tikr baltym
ubikvitin ir tuo nukreipiantis juos suskaidyti proteasom .
Kinetochor mikrovamzdeliai trump ja d l depolimerizacijos j + galuose ir tempia su savimi
kinetochorus. Taip atsiskiria chromatid s, kurios tampa chromosomomis – savarankiškomis DNR
gijomis. Chromosomos yra tempiamos priešingas puses maždaug 1 µm min −1 grei iu.
Priešingai kinetochor mikrovamzdeliams, poli mikrovamzdeliai ilg ja, polimerizuojant tubulin
mikrovamzdeli + galuose. Taip visa mitoz s verpst , o su ja ir l stel išt sta.
Telofaz
Chromosomoms pasiekus savo polius, jos susitelkia vienoje vietoje.
Suyra mitoz s verpst .
Apie chromosomas atkuriamas branduolio apvalkal lis iš lamino B turin i p sleli .
Chromosomos iš l to „praskysta“, dekondensuojasi.
Dukterin s l stel s palaipsniui gauna interfaz s bruož .
8

3.11 pav. Telofaz
Suskaidžius M faz s ciklinus, Cdk tampa nebeaktyvios, ir l stel pereina kito l stel s ciklo G1
faz .
3.2.2. Citokinez
Kai visas ciklinas B suskaidomas, l stel pereina paskutin M faz s stadij – citokinez .
Citokinez – tai citoplazmos dalijimasis, kuris baigiasi dviej dukterini l steli atsiskyrimu.
Gyv n l stel se citokinez s metu plokštumoje, statmenoje išilginei mitoz s verpst s ašiai, viduryje
tarp poli , per l stel s pusiauj susidaro dalijimosi s smauka. Toje vietoje plazmalemos vidin je
pus je iš aktino gij susidaro veržiamasis žiedas. Aktino gijoms s veikaujant su miozinu II, žiedo
spindis maž ja, kol tarp l steli lieka tik mikrovamzdeli suformuotas vadinamasis vidurio k nelis
(midbody). Jam skilus, l stel s atsiskiria ir M faz baigiasi.
3.12 pav. Citokinez . Chromosomos raudonos, mikrovamzdeliai žali.
www.micro.magnet.fsu.edu
Prasideda kito l stel s ciklo interfaz .
Ne visada M faz baigiasi citokineze. Pavyzdžiui, per vaisin s musel s Drosophila gemalo raidos
pirm sias stadijas, branduoliai dalijasi 14 kart be citokinez s. Po to citoplazma pasidalija ties
visais branduoliais iš karto.
9