„Jak dlouho trvají různé fáze buněčného cyklu?
jak dlouho trvají různé fáze buněčného cyklu?
režim čtení
replikace je jedním z charakteristických rysů živé hmoty. Sada procesů, známé jako buněčného cyklu, které jsou provedeny jako jedna buňka se stane dvěma byl dominantní výzkumné téma v molekulární éry s aplikacemi, které rozšíří široko daleko, včetně studie o onemocnění, jako je rakovina, která je někdy charakterizována jako nemoc buněčného cyklu pryč nakřivo. Buněčné cykly jsou zajímavé jak pro způsoby, jak jsou podobné od jednoho typu buňky k druhému, tak pro způsoby, jak se liší. Aby předmět v reliéfu, považujeme buněčných cyklů v mnoha různých organismů včetně modelu prokaryote, pro savčí buňky v tkáňové kultuře a během embryonálního vývoje v ovocné mušky. Konkrétně se ptáme, Jaké jsou jednotlivé kroky, které se provádějí, aby se jedna buňka rozdělila na dvě a jak dlouho tyto kroky trvají?
Obrázek 1: Je zobrazen 150 min buněčný cyklus Caulobacter, který zdůrazňuje některé klíčové morfologické a metabolické události, ke kterým dochází během buněčného dělení. M fáze není indikována, protože v Caulobacter neexistuje žádný skutečný mitotický aparát, který by se sestavil jako u eukaryot. Velká část segregace chromozomů v Caulobacter (a dalších bakteriích) se vyskytuje současně s replikací DNA. Konečné kroky segregace chromozomů a zejména dekatenace dvou kruhových chromozomů nastává během fáze G2. (Převzato z M. T. Laub et al., Věda 290: 2144, 2000.)
Pravděpodobně nejlepší-charakterizuje prokaryotické buněčného cyklu je, že model organismu Caulobacter crescentus. Jedním z atraktivní vlastností této bakterie je, že to má asymetrické dělení buněk, který umožňuje výzkumníkům vázat jeden ze dvou potomků mikroskopem kryt skluzu, zatímco druhá dcera závěje pryč, umožňující další studium bez překážek. To vedlo k pečlivému zobrazení buněčného cyklu ≈150 minut (BNID 104921), jak je znázorněno na obrázku 1. Hlavní komponenty buněčného cyklu jsou G1 (první fáze Růstu, ≈30 min, BNID 104922), kde alespoň nějaké minimální množství buněk nárůst velikosti je třeba uskutečnit, S fáze (Syntéza, ≈80 min, BNID 104923), kde dostane DNA replikována a G2 (druhá fáze Růstu, ≈25 min, BNID 104924), kde segregaci chromozomů se odehrává což vede k dělení buněk (konečné fáze trvající ≈15 min.). Caulobacter crescentus poskytuje zajímavý příklad způsobu, jakým určité organismy povýšen do stavu „modelový organismus“, protože mají nějakou zvláštní vlastnost, která činí je zvláště vhodné pro otázku zájmu. V tomto případě buněčného cyklu vývoj jde ruku v ruce s diferenciací procesu dává snadno vizualizovat identifikovatelné fáze, což je výhodné buněčného cyklu biologové více než, řekněme, model bakterie E. coli.
chování savčích buněk v tkáňové kultuře sloužilo jako základ pro mnoho z toho, co víme o buněčném cyklu u vyšších eukaryot. Eukaryotické buňky cyklus lze zhruba rozdělit na dvě fáze, interfáze, že část buněčného cyklu, kdy materiály buňky jsou duplicitní a mitózy, sada fyzikální procesy, které se zúčastnili segregaci chromozomů a následné buněčné dělení. Sazby procesy buněčného cyklu, jsou většinou postaveny z mnoha molekulární události, jako je polymerace DNA a cytoskeletální vlákna, jejichž ceny jsme již v úvahu. Pro charakteristické buněčného cyklu 20 hodin v HeLa buňce, téměř polovina je věnována G1 (BNID 108483), a blízko k další polovina je S fáze (BNID 108485) vzhledem k tomu, G2 a M jsou mnohem rychlejší na asi 2-3 hodiny a 1 hodinu, respektive (BNID 109225, 109226). Fáze, která je nejvíce variabilní, je G1. V méně příznivých růstových podmínek, kdy buněčného cyklu doba trvání se zvyšuje, to je fáze, která je většinou ovlivněna, pravděpodobně kvůli času to trvá, dokud některé regulační velikost kontrolního bodu je dosaženo. Ačkoli různé typy důkazů poukazují na existenci takového kontrolního bodu, v současné době je velmi špatně pochopen. Historicky, fáze buněčného cyklu, byly obvykle odvodit pomocí pevné buňky, ale v poslední době, geneticky zakódované biosenzory, že změna lokalizace v různých fázích buněčného cyklu je možné získat live-cell časové informace na progresi buněčného cyklu a zatčení.
Obrázek 2: časy buněčného cyklu pro různé typy buněk. Každý výsečový graf ukazuje zlomek buněčného cyklu věnovaného každé z primárních fází buněčného cyklu. Plocha každého grafu je úměrná celkovému trvání buněčného cyklu. Doba trvání buněčného cyklu odráží minimální časy zdvojnásobení za ideálních podmínek. (Převzato z“ The Cell Cycle – Principles Of Control “ od Davida Morgana.)
Jak délka buněčného cyklu porovnat čas to trvá buňky syntetizovat své nové genomu? Oddělení mezi délkou genomu a dobou zdvojnásobení existuje v eukaryotách kvůli použití více počátečních míst replikace DNA. U savčích buněk bylo pozorováno, že pro mnoho tkání s velmi různou celkovou dobou buněčného cyklu, trvání fáze S, kde dochází k replikaci DNA, je pozoruhodně konstantní. Pro myš tkání, jako jsou ty, nalezené v tlustého střeva nebo jazyka, S fáze pohybovala v malém rozmezí 6,9 až 7,5 hodiny (BNID 111491). I při porovnání několika epiteliálních tkání napříč lidmi, potkany, myší a křečci byla fáze S mezi 6 a 8 hodinami (BNID 107375). Tyto měření byly provedeny v letech 1960 provedením druh pulse-chase experiment s radioaktivně značeného nukleotidu thymidinu. Během krátkého pulsu byla radioaktivní sloučenina začleněna pouze do genomu buněk ve fázi S. Pomocí měření trvání vzhled a pak zmizení označené buňky v M fázi lze odvodit, jak dlouho S fáze trvala skutečnost, že doba trvání S fáze je relativně konstantní v takové buňky je zvyklý na tento den, aby se odhadnout doba trvání buněčného cyklu ze znalosti pouze zlomek z buňky na daný snímek v čase, které jsou v S fázi. Například pokud je třetina buněk pozorována ve fázi S, která trvá přibližně 7 hodin, je doba buněčného cyklu odvozena asi 7 hodin / (1/3) ≈20 hodin. Dnes jsou tyto druhy měření většinou prováděny pomocí BrdU jako markeru pro fázi S. Nejsme si vědomi uspokojivého vysvětlení původu této relativně konstantní doby replikace a toho, jak souvisí s rychlostí DNA polymerázy a hustotou míst iniciace replikace podél genomu.
rozmanitost buněčných cyklů je znázorněna na obrázku 2 a zobrazuje několik modelových organismů a trvání a umístění různých fází jejich buněčných cyklů. Extrémní příklad se vyskytuje v fascinujícím procesu embryonálního vývoje ovocné mušky Drosophila melanogaster. V tomto případě, situace je odlišná od konvenční mobilní divize, jelikož spíše než syntetizovat nové cytoplazmatické materiály, hmoty je v podstatě zachována s výjimkou replikace genetického materiálu. To se děje ve velmi synchronním způsobem po dobu asi 10 generace a cyklus replikace z tisíce buněk v embryu, že mezi cyklu 10 a 11, se stane v asi 8 minut, jak je znázorněno na Obrázku 2 (BNID 103004, 103005, 110370). To je rychlejší než doba replikace pro všechny bakterie, i když genom je dlouhý ≈120 milionů bp (BNID 100199). Pozoruhodný příklad schopnosti buněk přizpůsobit svou časovou dynamiku.
