Читать книгу Fizjologia człowieka w zarysie - Группа авторов - Страница 19

Cyklem komórkowym nazywamy ciąg zjawisk, które zachodzą pomiędzy kolejnymi podziałami komórki. Na wstępie warto wspomnieć, że nie wszystkie komórki ludzkiego organizmu mają zachowaną zdolność do podziałów: niektóre z nich, np. neurony i kardiomiocyty, są zróżnicowane i nie dzielą się.

Cykl komórkowy składa się z czterech oddzielnych faz:

– fazy G₁ – nasilenie procesów biosyntezy, synteza enzymów niezbędnych do replikacji DNA, podział organelli komórkowych;

– fazy S – replikacja (podwojenie ilości) jądrowego DNA i synteza białek histonowych;

– fazy G₂ – synteza tubuliny niezbędnej do utworzenia wrzeciona podziałowego, synteza błon na potrzeby obu komórek potomnych;

– fazy M – właściwy podział komórki – mitoza.

Fazy G₁, S i G₂ składają się łącznie na interfazę, poprzedzającą podział komórki. Właściwy podział komórki, czyli faza M, obejmuje dwa etapy: (1) kariokinezy (pięcioetapowy podział jądra komórkowego, na który składają się: profaza, prometafaza, metafaza, anafaza i telofaza), oraz (2) cytokinezy (podział cytoplazmy). Schemat cyklu komórkowego przedstawiono na rycinie 1.5.

Rycina 1.5. Schemat cyklu komórkowego

(autorzy ryciny: M. Maksimiuk, A. Sobiborowicz).

Komórki znajdujące się w fazie G₁ mogą niekiedy przejść w fazę G₀, czyli fazę spoczynkową. W praktyce oznacza to wyjście z cyklu komórkowego przez komórki wysoce zróżnicowane. Niektóre komórki mają zdolność powrotu do cyklu komórkowego po kilku miesiącach, a nawet latach. Dzieje się tak na przykład w przypadku hepatocytów pobudzonych do podziałów przez bodźce uszkadzające. Inne komórki, w tym większość neuronów i kardiomiocyty, wchodzą w fazę G₀ na zawsze, bezpowrotnie tracąc potencjał replikacyjny.

Regulacja cyklu komórkowego obejmuje kluczowe dla komórki procesy, takie jak wykrywanie i naprawa materiału genetycznego, oraz systemy nadzoru zapobiegające niekontrolowanym podziałom komórkowym (naturalne mechanizmy przeciwnowotworowe). Przechodzenie komórki pomiędzy kolejnymi fazami cyklu komórkowego jest na każdym etapie kontrolowane przez kinazy serynowo-treoninowe, których funkcję regulują specyficzne białka – cykliny. Łącząc się z odpowiednimi kinazami, umożliwiają one przejście komórki do kolejnych faz cyklu. Z tego względu wspomniane kinazy nazywamy kinazami zależnymi od cyklin (CDK – cyclin-dependent kinases). Aktywność kinaz CDK w trakcie cyklu komórkowego pozostaje niemal stała, podczas gdy cykliny są w sposób cykliczny syntetyzowane i degradowane w miarę postępu cyklu. W cyklu wyróżnia się kilka momentów decydujących o wejściu komórki w kolejną fazę. Kluczowym z nich jest punkt restrykcyjny, czyli moment przejścia z fazy G₁ do S. Jest on wyznaczony przez właściwy rozmiar komórki oraz korzystne warunki środowiskowe. Do przejścia przez punkt restrykcyjny konieczne jest utworzenie kompleksów kinaz CDK4, CDK6 z cykliną D. Przejście komórki przez ten punkt oznacza nieodwołalną kontynuację cyklu, aż do jej podziału. W późniejszych fazach cyklu pojawiają się punkty kontrolne sprawdzające poprawność replikacji materiału genetycznego. Kluczową rolę w tych procesach odgrywa białko p53, ze względu na swoje właściwości nazywane strażnikiem genomu. W przypadku wykrycia uszkodzeń DNA ma ono zdolność inicjacji procesów naprawczych. Gdy okażą się one nieskuteczne, białko p53 może skierować komórki na szlak apoptozy (omówiony w dalszej części rozdziału).

Szczególnym rodzajem podziału komórkowego jest mejoza, dotycząca jedynie komórek prekursorowych gamet. Podział mejotyczny składa się z dwóch następujących po sobie podziałów. W efekcie z jednej komórki wyjściowej powstają 4 komórki potomne. Istotą pierwszego podziału jest rekombinacja oraz redukcja materiału genetycznego. Powstałe w wyniku tego podziału 2 komórki rozpoczynają kolejny podział, który przebiega jak typowy podział mitotyczny, prowadząc ostatecznie do powstania 4 gamet. Drugi podział nazywamy podziałem wyrównawczym. Istotą podziałów mejotycznych jest redukcja i wymiana materiału genetycznego między chromosomami oraz ich losowa selekcja do komórek potomnych, czyli plemników i komórek jajowych. Dzięki temu zredukowana o połowę ilość materiału genetycznego w komórkach płciowych, po ich połączeniu się w czasie zapłodnienia, pozwala na odtworzenie prawidłowej jego zawartości w zygocie. Porównanie podstawowych cech mitozy i mejozy przedstawiono w tabeli 1.2.