stanični ciklus dioba stanice – mitoza kontrola staničnog...
TRANSCRIPT
Izv. prof. dr. sc. Lidija Šver
Stanični ciklusDioba stanice – mitoza
Kontrola staničnog ciklusa
Pro
f. d
r. .s
c.
Lid
ija
Šve
r
Značajke živih bića
� individualnost� stanična građa� metabolizam� aktivni rast� podražljivost� razmnožavanje
(reprodukcija) –nastanak novih jedinki (ili identičnih ili sličnih) i nasljeđivanje
� evolucija
� “Omnis cellula e cellula” Virchow Rudolf, 1855
� udvostručavanje (replikacija) genetskogmaterijala
� raspodjela i dijeljenje genetskog materijala� razdvajanje i podjela citoplazme stanice
Dioba staniceJednostanični organizmi
� Razmnožavanje dijeljenjem samo jedne stanice100 µm
Ameba - jednostanični eukariot; dioba na dvije stanice
Bakterija Escherichia coli
Prokarioti� ne postoje organeli� genetska informacija pohranjena je u obliku
kružne molekule DNA (nukleoid)� molekula DNA
vezana je za membranu bakterijske stanice na jednom mjestu (mjesto početka replikacije – engl. origin of replication = ori)
Pro
f. d
r. .s
c.
Lid
ija
Šve
r
Dioba stanice u prokariota� Proces nespolnog razmnožavanja u
prokariota naziva se binarno cijepanje, binarna dioba ili binarna fisija
� Dvije nastale stanice su jednake originalnoj roditeljskoj stanici, svaka s jednom molekulom DNA
� Nakon replikacije DNA, kako se stanica izdužuje dolazi do odvajanja udvostručene (replicirane) molekule DNA
Pro
f. d
r. .s
c.
Lid
ija
Šve
r
Binarna fisijaE. coli
Bakterijska kružna DNA (nukleoid)
Stanična stijenka
Plazmatskamembrana
Dvije kopije početka
replikacije
Mjesto početka
replikacije
Mjesto početka
replikacije
Mjesto početka
replikacije
Septum
Udvostručenje DNA
Binarna fisija u eukariotskoj stanici
� mitohondrij, kloroplast i peroksisom –organelieukariotskestanice koji se dijele binarnom fisijom
� semi-autonomni organeli
Višestanični organizmi� Stanična dioba tijekom:
� razvitka iz oplođenog jajašca
� rasta
� obnavljanja organizma
� popravljanja oštećenih tkiva20 µm
Rast i razvitak. Stanice morule morskog ježinca Paracentrotus lividus (LM).
Obnavljanje tkiva. Iz stanica koštane srži nastati će stanice krvi (LM).
Genetski materijal
� diobom stanice nastaju dvije genetski istovjetne stanice kćeri�stanica udvostruči svoj genetski materijal
(genom)�svaka stanica kćeri dobiva točnu kopiju
genetskog materijala, DNA
Stanična DNA� u eukariota, unutar
jezgre� “pakirana” u kromosome
� nakupina kromosoma (obojano narančasto) vidljiva unutar jezgre epitelne stanice skočimiša. Stanica se priprema za diobu.
50 µm
1 µm
1 µm
0.25 µm
Jezgra
JezgraJezgrica
Kromatin
Jezgrina ovojnica:Unutrašnja membrana
Vanjska membrana
Jezgrine pore
Zrnati ER
Kompleks pora
Površina jezgrine ovojnice (TEM).
Kompleks pora (TEM). Jezgrina fibrozna lamina (TEM).
Uvećana slikajezgrine ovojnice
Ribosom
Jezgra
Pro
f. d
r. .s
c.
Lid
ija
Šve
r
Kromosomi� U eukariota
� linearne molekule DNA� kromatin (DNA/proteinski
kompleks) � kondenzacija tijekom
stanične diobe u kromosome
Pro
f. d
r. .s
c.
Lid
ija
Šve
r
Kondenzacijakromosoma
Kondenzirani kromatin
Relaksirani kromatin
Kromatinsko vlakno
Mitotički kromosom
Dvostruka uzvojnicaNukleosomi (oblik krunice)
Građa metafaznog kromosoma
Metacentrični kromosom
Submetacentrični kromosom
Akrocentrični kromosom
� najkondenziraniji oblik kromosomaKromosom
Eukariotska stanica ima mnoštvo kromosoma. Prije udvostručavanja, svaki kromosom sastoji se od jedne
molekule DNA.
Kada se udvostruči, kromosom se sastoji od dvije kromatide povezane
kod centromera. Svaka kromatida sastoji se od jedne molekule DNA.
Mehanički procesi odvajaju sestrinske kromatide na dva kromosoma koji se odvoje u dvije zasebne novonastale
stanice
0.5 µm
Udvostručavanje kromosoma
(sinteza DNA)
Centromera
Odvajanje sestrinskih kromatida
Sestrinska kromatida
Centromere Sestrinske kromatide
Pro
f. d
r. .s
c.
Lid
ija
Šve
r� svaki kromosom sastavljen od dvije sestrinske kromatide, odnosno
dvije istovjetne molekule DNA (semikonzervativna replikacija) spojene kod centromere
� CENTROMERA� primarno suženje kromosoma
� kondenziraniji dio kromosoma (heterokromatin)
� ponavljajući odsječci DNA
� neophodna za pričvršćivanje niti diobenog vretena (na njoj s obje strane proteinski kompleks = KINETOHORA)
� odvajanje sestrinskih kromatida tijekom diobe
dioba
Sestrinskekromatide
Udvostručenkromosom
centromera
udvostručenje
Kromosom se sastoji od jedne molekule DNA
CENTROMERA Metafaznikromosom/
centromera/ kinetohora
centromera
centromera
kinetohora
sestrinske kromatide
nit diobenog vretena
Kromosomi i ploidnost� U životinja
� Somatske (nespolne) stanice – dva seta kromosoma tj. po dva jednaka kromosoma (diploidan broj; 2n)
� Gamete (spolne stanice) - jedan set kromosoma tj. samo po jedan kromosom (haploidan broj; n)
� Tijekom životnog ciklusa većine životinja, samo spermij i jajašce imaju haploidan broj kromosoma.
Diploidna stanica (2n)po dvije kopije kromosoma
Haploidna stanica (n)jedna kopija kromosoma
Održavanje broja kromosoma� svaka vrsta ima specifičan broj kromosoma (broj, veličina i
položaj centromere kao i raspored gena na kromosomu značajka su vrste)
� većina sisavaca ima od 6 do 90 kromosoma u diploidnoj stanici
� čovjek ima 2 seta od 23 kromosoma = 46 kromosoma� prilikom stapanja
haploidnih gameta, nasljeđujemo od svakog roditelja po jedan set kromosoma
� 1 set = 22 autosoma + 1 gonosom (X ili Y)
Vrsta
Homo sapiens (čovjek) 46 Mus musculus (kućni miš) 40Drosophila melanogaster (vinska mušica) 8Canis familiaris (pas) 78Gallus gallus (kokoš) 78Muntiacus reevesi (kineski muntjak, jelen) 46Muntiacus muntjac (indijski muntjak) 6ž 7mMyrmecia pilosula (mrav) 2Parascaris equorum (askarid, parazitski crv) 2Cambarus clarkii (slatkovodni rak) 200Equisetum arvense (livadna preslica) 216Zea mays (kukuruz) 20Caenorhabditis elegans (crv, obilić) 2Saccharomyces cerevisiae (kvasac) 32Arabidopsis thaliana (uročnjak) 10
Br. kromosoma (2n)
Održavanje broja kromosoma
�Jezgra somatske stanice prolazi MITOZU, diobu jezgre, nakon koje broj kromosoma ostaje konstantan jer se prije diobe javlja DNA REPLIKACIJA, udvostručavanje kromosoma
�Nakon mitotičke diobe, iz 2n roditeljske stanice nastale su dvije 2n stanice kćeri
2n = 4
Udvostručeni kromosomi sastoje se od dvije sestrinske kromatide
tijekom interfazeReplikacija DNA
Kromosom
Centriol
2n = 4
2n = 4 2n = 4
Mitoza
Centromera
Održavanje broja kromosoma
Stanični ciklus� stanični ciklus je određen slijed
događanja u prokariotskoj i eukariotskojstanici koji rezultira njenom podjelom (mitotička faza u eukariotskoj stanici, binarno cijepanje u prokariotskojstanici) na dvije nove stanice
Stanični ciklus eukariotske stanice� većinu staničnog ciklusa čini interfaza
� nakon interfaze slijedi dioba stanice
� svaka od novonastalih stanica ulazi u novi ciklus
Stanični ciklus eukariotske stanice
INTERFAZA 90%
G1
25%
S(sinteza DNA)
40%
G2
25%
� Dvije faze:� interfaza (rast i priprema stanice)�dioba stanice (mitotička faza)
Interfaza� rast i priprema za diobu, 90% vremena� 3 dijela
� G1 faza (G = gap; engl. prekid, praznina, manjak ili growth; engl. rast)
� stanica raste tj. povećava svoj volumen sintetizirajući tRNA, mRNA, ribosome, enzime
� repliciraju se organeli, centrosom
� S faza (engl. synthesis = sinteza) � replikacija DNA� sinteza proteina (histona) udruženih s DNA u kromatin i enzima
uključenih u sintezu DNA� dužina trajanja S faze gotovo istovjetna za sve stanice organizma
neke vrste
� G2 faza� sinteza proteina potrebnih za mitozu (proteini diobenog vretena)� metabolički događaji koji omogućuju mitozu
Trajanje staničnog ciklusa
� sve stanice prolaze isti stanični ciklus� razlika u dužini trajanja pojedinih faza
između:� istih tipova stanica u različitih vrsta
organizama�različitih tipova stanica jedne jedinke
�trajanje interfaze u većine sisavaca je 20-tak sati, ali embrionalne stanice završe cijeli ciklus za samo nekoliko sati
�stanice kože neprekidno se dijele tijekom čitavog života jedinke, a živčane i mišićne stanice se nikad ne dijele
Razlika u trajanju staničnog ciklusa između boba (Vicia faba) i čovjeka (Homo sapiens).
Faza Glavna zbivanja
Vrijeme trajanja (sati)
Vicia faba Homo sapiens
G1
Udvostručenje broja organela
4,9 6,3
S Replikacija DNA 7,5 7,0
G2 Sinteza proteina 4,9 2,0
M Mitoza/citokineza 2,0 0,7
Ukupno: 19,3 16,0
STANIČNA DIOBA
KARIOKINEZA = dioba jezgreMITOZA (i MEJOZA)
CITOKINEZA = dioba citoplazme
Stanična dioba� Dva dijela stanične diobe
� kariokineza, podjela jezgre tj. genetskog materijala� citokineza, podjela citoplazme
� Ako podjelom jezgre nastaju� dvije genetski istovjetne stanice koje imaju isti broj
kromosoma kao i stanica iz koje su nastale = MITOZA
� četiri genetski različite stanice koje imaju dvostruko manji broj kromosoma od stanice iz koje su nastale = MEJOZA
�u spolnom razmnožavanju�nakon smanjenja broja kromosoma nastaju spolne
stanice (gamete) ili spore (neke alge, gljive, biljke)�nakon završene mejoze – nema više dijeljenja – nije
pravi stanični ciklus
Diobeno vreteno� struktura
izgrađena od mikrotubula� u životinjskim i
nekim biljnim stanicama, diobeno vreteno nastaje od centrosoma
� kontrolira gibanje kromosoma tijekom kariokineze
Centrosom
Centrioli
Mikrotubuli
Uzdužni presjek jednog centriola
Mikrotubuli Poprečno presjek drugog centriola
•svi elementi citoskeleta imaju ulogu u staničnoj diobi
Elementi citoskeleta
INTERMEDIJARNI FILAMENTI MIKROTUBULI AKTINSKI FILAMENTI
Mikrotubuli (mikrocjevčice)Mikrotubuli nastaju udruživanjem (polimerizacijom)
heterodimera uz energiju GTP-a
PRODUŽIVANJE (POLIMERIZACIJA)
MIKROTUBULAdodavanje dimera na + kraju
SKRAĆIVANJE (DEPOLIMERIZACIJA)
MIKROTUBULAgubitak dimera na - kraju
� Polimerizaciju tubulina u mikrotubule kontroliraju raznolike tvorbe čiji je skupni naziv SREDIŠTA ORGANIZACIJE MIKROTUBULA (engl. microtubule organizing centers = MTOC)
� Tim tvorbama pripadaju:�centrioli
�polarno tijelo vretena (engl. spindle pole body; SPB u nekih algi i gljiva (kvasac))
�bazalna tjelešca (baza bičeva/trepetljika)
�centromere kromosoma
Centrioli i mikrotubuli
MIKROTUBULEMIKROTUBULEMIKROTUBULI
Pericentriolarni materijal i centrioliPolarni kraj (+)
�Minus krajevi mikrotubula u interfaznoj stanici uloženi su u matriks centrosoma (središte organizacije mikrotubula; MTOC)�Plus krajevi su slobodni i rastu
� pericentriolarni materijal (matriks centrosoma)� proteinska struktura� u njima nastaju mikrotubuli
diobenog vretena, dakle, centrosom je središte organizacije mikrotubula(MTOC)
� centrioli upravljaju polimerizacijom pojedinačnih mikrotubula koji se zrakasto šire od centriola
� stanice koje se više ne dijele (neuroni) otpuštaju mikrotubule iz centrosoma
Udvostručavanje centrosoma
� prije diobe (G1 / S faza)
� odvajaju se centrioli, a novi centrioli rastu iz kratke diskoidalne strukture pod pravim kutom na roditeljski centriol
� Aster (zvijezda)– područje kratkih mikrotubula koji se zrakasto šire iz centrosoma prema polu stanice i povezuju s plazmatskom membranom
Mikrotubuli diobenog vretena
� povezuju se na kinetohore (kompleks od ~ 45 proteina na obje strane centromere)
� od 4 do 40 mikrotubula/kinetohori
� razmještaju kromosome u metafaznu ploču (ekvatorijalnu ravninu)
CentrosomAster
Sestrinske kromatide
Metafazna ploča
Kinetohore
Preklapajući polarni
(nekinetohorni)mikrotubuli
Kinetohornimikrotubuli
Centrosom
KromosomiMikrotubuli 0.5 µm
1 µm
Građa metafaznog kromosoma –kinetohora – proteinski kompleks
(45-tak proteina)(+RNA u sisavaca)
Mikrotubuli u diobi stanice� centromere kao središta organizacije mikrotubula (MTOC)� otpuštanje tubulinskih dimera na + kraju (skraćivanje
kinetohornog mikrotubula) zbog proteina MCAK (mitotic centromere-associated kinesin; MCAK) iz porodice kinezina (motorički protein) i aurora B kinezina koji se nalazi u kinetohoramaskraćivanje kinetohornog
mikrotubula
kinetohora
otpušteni tubulinski dimeri
kromosom
centromera
Kretanje duž mikrotubula omogućavaju motorički proteini iz porodice dineina (prema minus kraju) i kinezina (prema plus kraju)Laki lanci vežu teret koji se prenosi, a teški hidroliziraju ATP i vrše pokretanje.
minus kraj plus kraj
laki lanac
teški lanac
dinein kinezin
dinein kinezin
Motorički proteini u proteinskom kompleksu kinetohora
(dinein i kinezin)
motorički protein kinezin(prema + kraju mikrotubula)
motorički protein dinein(prema - kraju mikrotubula)
Kretanje mikrotubula tijekom diobe� Nekinetehorni (polarni) mikrotubuli suprotnih
polova� Preklapaju se, međusobno “odguravaju”, izdužuju stanicu
Sile povlačenja Sile guranja
Kinetohorne niti postaju kraće i povlače
jednostruke kromosome prema polovima
Polarne niti vretena (one koje se nisu vezale za
kromosome) postaju duže; na mjestima preklapanja
dolazi do klizanja i odguravanja prema polovima
Anafaza i telofaza� U anafazi A
� odvajaju se sestrinske kromatide dvostrukih kromosoma u jednostruke kromosome (rana anafaza)
� kinetohorne niti diobenog vretena povlače jednostruke kromosome prema suprotnim polovima stanice (kasna anafaza)
� U anafazi B� “odguravanje” nekinetohornih niti (kasna anafaza) i
povlačenje centriola pomoću astralnih niti koje su pričvršćene za membranu
� U telofazi� genetski istovjetne jezgre stanica kćeri na suprotnim
polovima stanice� despiralizacija kromosoma� nastanak jezgrine ovojnice� jezgrice
Sestrinske kromatide
Stanična stijenka
Stanična membrana Kinetohorni
mikrotubuliAstralni
mikrotubuli
Nekinetohorni mikrotubuli
CentrosomKinetohora
Stanična membrana
KinetohoraSestrinske kromatide
Kinetohorni mikrotubuli
stanica pluća daždevnjaka stanica afričkog crvenog ljiljana
Nekinetohorni mikrotubuli
RAZLIKA U FORMIRANJU DIOBENOG VRETENA U ŽIVOTINJSKOJ I BILJNOJ
STANICI
RAZLIKA U
FORMIRANJU
DIOBENOG
VRETENA� Većina biljaka i gljiva nema
centriole/centrosome, ali diobeno vreteno se formira tijekom diobe� u viših biljaka, jezgrina
ovojnica preuzima ulogu MTOC za sintezu mikrotubula i organizaciju diobenog vretena tijekom diobe
� u nekih gljiva (kvasci) i nekih algi polarno tijelo vretena (SPB, spindlepole body) je MTOC, a nalazi se unutar jezgrineovojnice koja se ne raspada tijekom diobe
Poluživot mikrotubula� nekoliko minuta
� može se modificirati djelovanjem nekih spojeva� Kolhicin – alkaloid, inhibira polimerizaciju
� veže se za heterodimere i zaustavlja polimerizaciju zbog nedostatka raspoloživih heterodimera u citoplazmi
� koristi se u citogenetičkim analizama za zaustavljanje stanica u metafazi mitoze – c mitoza
Mitotička faza� Pet
različitih faza
G2 FAZA INTERFAZE PROFAZA PROMETAFAZA
Centrosomi (s parovima centriola) Udvostručen
kromatin
Rano diobeno vreteno
Aster
CentromereDijelovi jezgrine ovojnice
Kinetohore
Jegrica (nukleolus)
Jezgrina ovojnica Plazmatska
membranaKromosom, sastoji se od dvije sestrinske kromatide
Kinetohornimikrotubuli
Nekinetohornimikrotubuli
#1 #2Priprema
Aster
Pol diobenog vretena
Mitotička faza
Centrosom na jednom polu diobenog vretena
Sestrinski kromosomi
METAFAZA ANAFAZA TELOFAZA I CiTOKINEZA
Dio
beno v
reteno
Metafazna ploča Stvaranje jezgre
Rascjepna brazda
Stvaranje jezgrine ovojnice
#3 #4 #5
25
µm
Centrioli u centrosomu
Kromatin
Plazmatska membrana
Aster
Jezgrina ovojnica
Jezgrica
20 µmCentrioli u centrosomu
Kasnainterfaza
Ranaprofaza
Centrioli u centrosomu
Jezgrica
20 µm
Centromera
Kromosom
Kromosomi
Kasna profaza
9 µmAster
Kinetohornimikrotubul
Centromera
Plazmatska membrana
Metafaza
20 µm
Aster
Polarne niti diobenog vretena
Kromosomi u metafaznoj ploči
Anafaza i početak citokineze
Kromosomi stanica kćeri
20 µmPol
stanice
Telofaza icitokineza
16 µm
Rascijepna brazda
Jezgrica
Biljna stanica
1 Profaza.
Kondenzira se kromatin. Počinje nestajati jezgrica.Iako se još ne vidi na slici, formira se diobeno vreteno.
Prometafaza.
Naziru se kromosomi; svaki je sastavljen od dvije identične sestrinske kromatide. Kasnije, u prometafazi, upotpunosti će se razgraditi jezgrina ovojnica.
2 Metafaza.
Završeno je formiranje diobenog vretena i kromosomi pričvršćeni mikrotubulimaza kinetohoresu smješteni u metafaznojploči.
3 Anafaza.
Odvajaju se kromatidesvakog kromosoma i kromosomi kćeri se pomiču prema polovima stanice kako se skraćuju kinetohornimikrotubuli.
4 Telofaza.
Stvaraju se jezgre kćeri. Istovremeno, započinje i citokineza: stanična ploča, koja će podijeliti citoplazmu na dva dijela, raste prema vanjskom rubu roditeljske stanice.
5
JezgraJezgrica
KromosomKondenzacija kromatina
Predprofazni pojas mikrotubula i mikrofilamenata u biljaka
� Prije profaze niti aktina i mikrotubuli uz samu plazmatskumembranu
� Mikrotubuli nestaju na početku mitoze i javljaju se krajem telofaze
� Osnova za fragmoplast
V = vakuolaN = nukleusPPB = predprofazni
pojasMTN = de novo sinteza
mikrotubulaNEB = razgradnja
jezgrineovojnice na početku prometafaze
jezgra
fragmosom
citoplazmatska vrpca
vakuola
predprofazni pojas
Rana profaza biljne stanice s vakuolom. a) interfaza; b) citoplazmatske vrpce prodiru u vakuolu; c) jezgra se pomiče u sredinu stanice i nastaje fragmosom; d) završetak stvaranja fragmosoma i predprofaznog prstena.
jezgra
predprofazni pojas
kromosomi
diobeno vreteno
b)
a)
c)
d)
MITOTIČKA FAZA
KARIOKINEZA = diobe jezgre (MITOZA)CITOKINEZA = dioba citoplazme
Citokineza� Citokineza ili “cijepanje” citoplazme slijedi mitozu, diobu
jezgre
� Novostvorene stanice kćeri dobivaju dio staničnih organela koji je udvostručen tijekom prijašnje interfaze(G1)� U stanicama koje nemaju staničnu stijenku (životinjske stanice)
krajem anafaze započinje stvaranje rascjepne brazde (engl. cleavage furrow), ali potpuno odvajanje stanica kćeri završava neposredno prije sljedeće interfaze
� Rascjepna brazda nastaje kao posljedica kontrakcija aktinskih mikroniti (mikrofilamenata) koje sa citoplazmatske strane utora oblikuju kontraktilni prsten. Kako se prsten kontrahira, tako se smanjuje promjer stanice.
Mikrofilamenti (aktinski filamenti)
� ispod st. membrane u većini stanica� sudjeluju u citokinezi
Citokineza u animalnim stanicama
� citokineza se odvija procesom koji se naziva brazdanje –stvara se rascjepna brazda
Rascjepna brazda
Kontraktilni prsten od mikrofilamenta
Stanice kćeri
100 µm
Stvaranje kontraktilnog prstena tijekom citokineze animalnih stanica
Stanična stijenka roditeljske stanice
Stanična ploča
Nova stanična stijenka
Stanice kćeri
Mjehurići GA koji stvaraju
FRAGMOPLAST
Citokineza u biljnim stanicama
� stvara se fragmoplast (nakupine mjehurića Golgijeva tijela, mikrofilamenata, mikrotubula i glatkog endoplazmatskog retikuluma), a njihovim stapanjem nastaje stanična ploča, pa zatim stanična membrana
Jezgra
predprofazni pojas
Diobeno vreteno
Kromosomi
Fragmoplast
Stanična ploča
pogled odozgo
pogled sa strane
mikrotubulifragmoplasta
nova stanična ploča zrela stanična ploča
jezgra
Intermedijarni filamenati
• tvore jezgrinu laminu na unutarnjoj strani jezgrine ovojnice– fosforilacija lamina – signal za razgradnju
jezgrine ovojnice
• učvršćivanje jezgre i određenih organela
Pro
f. d
r. .s
c.
Lid
ija
Šve
r
Kontrola staničnog ciklusa-kritične točke staničnog ciklusa
� Kontrolne točke tijekom staničnog ciklusa omogućavaju provjeru pravilnosti udvostručavanja genetskog materijala (replikacije) i pravilnost raspodjele kromosoma.
� Točke provjere staničnog ciklusa� Tijekom G1 faze, a prije S faze
�postizanje određene veličine� Tijekom G2 faze, a prije M faze
�točnost završene replikacije DNA� Tijekom M faze (u metafazi)
�točnost bipolarnog povezivanja kinetohornih niti iraspodjele kromosoma u metafaznoj ploči
� U S fazi ne postoje točke provjere
Kontrolni sustav
G1 kontrolna točka
G2 faza
S fazaG1 faza
M kontrolna točka
G2 kontrolna točka
Kontrolne točke staničnog ciklusa
Kontrola staničnog ciklusa� Stanični ciklus kontroliraju:
� unutarstanični signali� ciklini i ciklin-ovisne kinaze (engl. Cyclin dependentkinases; Cdk)
� proteini koji inhibiraju Cdk� ubikvitin ligaze i njihovi aktivatori (engl. Anaphasepromoting complex; APC i drugi)
� regulatorni proteini transkripcije gena (p53 i E2F)
� izvanstanični signali� mitogeni (kemijske tvari, najčešće proteini, koji potiču
stanicu na diobu (mitozu))� čimbenici (faktori) rasta i hormoni
� signal = molekula koja stimulira ili inhibira metabolički događaj
� telomere i stanični sat
Genska kontrola staničnog ciklusa
� Enzimima koji mogu spriječiti replikaciju DNA tijekom S faze
� Genska kontrola na početku svake faze –inicijacija sljedeće faze signalom unutar stanice (ciklini i ciklin-ovisne kinaze)
Ciklini i ciklin-ovisne kinaze� Ciklini
� proteini koji reguliraju stanični ciklus� koncentracija proteina oscilira tijekom staničnog
ciklusa� Ciklin-ovisne kinaze (CDK; cyclin-dependentkinases)� enzimi – produkti gena cdc (cell division cycle) � kinazna aktivnost – fosforilacija aminokiselina u
proteinu ciklinu� konstantna koncentracija u stanici
� Kompleks ciklina i kinaze – aktivan oblik
Monopolarno povezivanje i bipolarno povezivanje kinetohornih niti
� Anaphase promoting complex (APC) - inaktivan i aktivan
� kohezin – proteinski kompleks koji povezuje sestrinske kromatide
� povezivanje niti diobenog vretena s kinetohorama uzrokuje aktivaciju APC i razgradnju kohezina
bipolarno povezivanje
monopolarno povezivanje
nepričvršćen kromosom
STOP
STOP
STOP
1. Izrezati dio vezivnog tkiva u sitne komadiće
Petrijeva zdjelica
Skalpeli
2. Dobiti suspenziju slobodnih stanica fibroblasta koristeći se enzimima koji razgrađuju izvanstanični matriks.
3. Nasaditi stanice u čiste posude za staničnu kulturu. Stanice se pričvrste za staklo. Inkubacija na 37ºC.
U bazičnom mediju za rast, stanice se ne dijele.
U bazičnom mediju za rast uz dodatak PDGF (faktora rasta iz trombocita), stanice proliferiraju (rastu).
Upotreba stanične kulture za prikaz važnosti faktora rasta
SEM kulture fibroblasta
Faktori rasta� izvanstanični (vanjski) signali staničnog
ciklusa
Kromosomi eukariota� Imaju telomere = krajevi kromosoma
� ponavljajući slijedovi (repetitivne sekvence) koji zaštićuju gene na krajevima DNA
� odsječak od 6 nukleotida (u čovjeka, TTAGGG) ponavlja se od nekoliko 100 do nekoliko 1000 puta
Kontrola staničnog ciklusa –STANIČNI SAT
� gubitak od 50 do 100 odsječaka prilikom diobe; skraćivanje kromosoma
� gubitak dovodi do starenja (senescencije) stanice� telomeraza – enzim koji održava krajeve kromosoma� većina stanica nema telomerazu, a prisutna je u matičnim stanicama
iz kojih nastaju spolne stanice, stanicama koštane srži, stanicama raka
1 µm
Kontrolne točke staničnog ciklusa
G1 S G2 M
Kromosomi koji nisu pričvršćeni nitima diobenog vretena zakoče
početak anafaze.
Pogreške u duplikaciji ili segregaciji centrosoma zakoče stanicu u prijelazu iz G2 u M fazu.
Dvostruki lomovi u DNA
zakoče prijelaz iz G2 u M fazu.
Oštećenje DNA zakoči početak
replikacije i zaustavi stanicu na prijelazu iz G1
u S fazu.
G2/M kontrolna točka
G1/S kontrolna točka
Anafazna kontrolna točka
Sprječeno gibanje replikacijske vilice zaustavi stanicu na prijelazu iz G2 u M
fazu.
Propust kontrolnih točaka
2n + 1
Translokacija Delecija
Diploid
Tetraploidija(poliploidija)
Aneuploidija
2n - 1
Umnožavavanje gena ili kromosoma
Propust kontrolne točke
provjere udvostručavanja
centrosoma
Propust kontrolne točke provjere
diobenog vretena
Propust kontrolne točke provjere oštećenja DNA
Nepravilna dioba kromosoma
•ime prema John Langdon Down, britanskom liječniku koji je opisao sindrom 1866. godine•poremećaj je 1959. godine klasificirao Jérôme Lejeune kao trisomiju kromosoma 21
Kontrola staničnog ciklusa
� Ulazak G0 fazu
� Programirana stanična smrt (apoptoza)
� Dioba�normalna
�neprestalne diobe – tumorske stanice
G0 faza – faza mirovanja� Ako ne postoji dovoljan poticaj za pokretanje s
kritičnih točki (posebice iz G1 u S fazu), stanica ulazi u G0 fazu.
� Većina stanica u ljudskom organizmu su u G0 fazi, a neke specijalizirane (živčane i mišićne) stanice se nikad ne dijele.
� moguć izlazak iz G0faze uz poticaj čimbenika (faktora) rasta
Stanični ciklus
� Staničnim diobama povećava se broj somatskih stanica.
� Stanična dioba postoji tijekom čitavog života. Tako organizam zamjenjuje “istrošene” i oštećene stanice, te zacjeljuje ozljede.
� Apoptoza (stanična smrt) smanjuje broj stanica
� I dioba stanice i apoptoza javljaju se tijekom normalnog rasta i razvitka
Apoptoza� programirana stanična
smrt� uzrokuju je dvije grupe
enzima nazvane kaspaze
� kaspaze pokretačiprimaju signal za aktivaciju druge grupe kaspaza izvršitelja
� kaspaze izvršitelji aktiviraju enzime koji razgrade stanicu i njenu DNA
Gubitak kontrole staničnog ciklusa u tumorskim satnicama
� više od 10 trilijuna stanica (1013) kod čovjeka
� transformacija stanice
� transformirana stanica “izbjegla” uništavanje imunosnog sustava
� Tumorske stanice�ne reagiraju normalno na tjelesne kontrolne
mehanizme
�tvore tumore
Stanice tumora
� Ne pokazuju ni kontaktnu inhibiciju rasta niti ovisnost o prihvaćanju za podlogu
25 µm
Stanice tumora ne posjeduju potrebu za pričvršćivanjem za podlogu i nemaju kontaktnu inhibiciju.
Tumorske stanice.
Tumorske stanice uobičajeno se nastavljaju dijeliti i više od jednog sloja stanica, formirajući na taj način grumen isprepletenih stanica.
Tumori� Tumor supresorski geni� Onkogeni� 6 stvari zbog kojih nastaje tumor
� Rast bez prisutnosti faktora rasta� Zanemaren stop signal za prestanak rasta stanice� DNA mutacije, niski oksidativni stres? Stanica ne
umire.� Angiogeneza� Besmrtnost� Metastaziranje
Tumor
Žljezdano tkivo Stanica
raka
Krvna žila
Limfna žila
Tumorske metastaze
Tumor (rak)� Maligni tumor nadiru u okolno tkivo i mogu
metastazirati
� Izlazak stanica primarnog tumora u druge dijelove tijela gdje one mogu formirati sekundarne tumore.
2. Stanice tumora nadiru u okolno tkivo.
4. Mali postotak tumorskih stanica može preživjeti i formirati novi tumor u drugom dijelu tijela.
3. Stanice tumora se šire putem limfnih i krvnih žila u druge dijelove tijela.
1. Tumor nastaje iz jedne jedine stanice.
VAŽNOST MITOZE KAO STANIČNE DIOBE� Rast i razvitak organizma
� Gotovo svi višestanični organizmi su nastali diobama zigote. Novonastale stanice i dalje se dijele, a kako se proces nastavlja povećava se broj stanica i organizam raste.
� “Održavanje” organizma� Iako pojedinačna stanica može odumrijeti, proces stanične
diobe zamjenjuje mrtve stanice novima. Primjerice, eritrociti, epitelne stanice kože ili crijeva neprekidno se gube, a diobama se nadomještaju izgubljene stanice.
� Popravljanje oštećenih tkiva� Ubrzane i učestale diobe stanica koštanog tkiva omogućuju
spajanje fragmenata nastalih prilikom prijeloma i zarastanje kosti). Kako organizam stari, učestalost dioba se smanjuje pa je broj stanica koje odumiru veći od broja stanica koje nastaju. Posljedica toga je zamjenjivanje dijela stanica vezivnim tkivom i smanjivanje organizma.
This fireworks explosion of color is a dividing newt lung cell seen under a light microscope and colored using fluorescent dyes: chromosomes in blue, intermediate filaments in red, and spindle fibers (bundled microtubules assembled for cell division) in green.
CONLY RIEDER
Control of the Cell Cycle
http://nobelprize.org/medicine/educational/2001/cellcycle.html