7. Buněčný cyklus, replikace dna

charakteristika fází buněčného cyklu, kontrolní body, regulace, cykliny, cyklin-dependentní kinasy

- série procesů – duplikace a dělení buňky (z mateřské -> dceřiné)

- G1 fáze – mezi M a S fází, nejdelší a nejvíce variabilní, buňky rostou do původní velikosti

- mnoho genů vypnuto (ochrana proti novému dělení); nedostatek živin - zastavení BC, přechod do G0

- G0 fáze – aktivní buňky, nedělící se nebo specializující; po vhodné stimulace – přechod zpět do BC

- S fáze(syntetická) - replikace DNA, replikace chromozomů; každá buňka replikuje DNA během BC 1x

- G2 - krátká, hromadí enzymy - spouštějí M fázi (poškozená/nereplik. DNA brání v přechodu do M)

- M fáze – chromozomy a cytoplazma se dělí do dvou dceřiných buněk

- kontrolní body – kontrola přechodů mezi jednotlivými fázemi – postup/zastavení BC

- M kontrolní bod – buňka monitoruje úspěšné napojení vláken dělícího vřeténka

- zabránění počátku segregace chromozomů, dokud nejsou zcela připojeny k vřeténku

- G1/S k. bod – citlivý k fyziologickému stavu buňky, kontrola správné velikosti a poškození DNA

- G2/M k. bod - monitoruje fyziologické podmínky před zahájením mitózy

- regulace BC – přechod z jedné fáze BC do další – aktivace/deaktivace CDK (cyklinových komplexů)

- významná role v degradaci proteinů

- cykliny – přítomnost pouze v přesně definované části BS

- cyklin – depedentní kinasy – fosforylace cílových substrátů, přítomnost ve všech fázích,

replikace DNA (modely, typy replikace)

- S fáze BC;

- semikonzervativní model – každá replikovaná molekula DNA má jedno původní a 1 nové vlákno

- konzervativní - nově syntetizovaná molekula=samostatná molekula; původní vlákno konzervováno

- disperzní model – původní vlákno DNA je rozptýleno mezi 2 nové syntetizované sekvence

- prokaryota – iniciace replikace (zavazuje buňku k dalšímu dělení) – 1 iniciační událost

- eukaryota – mnoho iniciačních událostí

replikon, replikační počátky, replikační vidlice, replikační bublina, Okazakiho fragment

- replikon – jednotka DNA, v níž probíhá replikace

- replikační počátek - místo, kde je zahájena replikace DNA

- replikační vidlice – místo, v němž jsou oddělena dvě vlákna DNA při replikaci

- replizóm – komplex proteinů koordinující aktivitu v replikační vidlici (nutné k replikaci)

- replikační bublina – prostor mezi oddělenými vlákny DNA (replikace je dvojsměrná)

- Okazakiho fragmenty - úseky nově replikované DNA, které se tvoří na tzv. opožděném řetězci

- posléze jsou, po odstranění RNA primeru, pospojovány pomocí DNA ligázy v kontinuální řetězec

replikace u prokaryot (replizóm, průběh replikace, důležité proteiny)

- 1 replikační počátek -> 1 replikon

- rozvinutí dvoušroubovice DNA - topoisomerazy

- replozóm E.coli - 13 proteinů - DnaA (iniciátor replikace), DnaB, DnaC, ligasa, DNA polymerasa I,III

- replikace vyžaduje vznik RNA primerů – katalyzováno DNA primasou

- primozom = komplex DNA primasy a DNA helikasy

- terminace replikace - oblast terA a terB – znemožňuje pohyb replikační vidlice

replikace u eukaryot (replizóm, průběh replikace, duplikace nukleozómů, replikace telomer)

- stovky až tisíce replikačních počátků (ori) -> mnoho replikonů

- replizom – komplexnější než u prokaryot, zajišťuje rozrušení a znovusestavení nukleozomu

- DNA polymerasaα (RNA-DNAprimer); DNA polymerasaβ(prodlužování DNA vlákna od primeru)

- replikační protein A, endonukleasy, exonukleasy (výměna RNA primerů za DNA sekvenci)

- DNA ligasa – spojení jednovláknových zlomů (okazakiho fragmentů)

- duplikace nukleozomů – disperzivní proces; účast mnoha proteinů

- replikovaná DNA - nukleozomy s původními i s nově syntetizovanými proteinovými komplexy

- rozdělení původních nukleozómů, syntéza a znovusestavení nových

- replikace telomer – odstranění prvního primeru -> mezera -> zkrácení chromozomu

- telomeraza (reverzní transkriptaza) – unikátní enzym u eukaryot( proteinové a RNA podjednotky)

- RNA = sekvenční motiv, který se páruje se sekvencemi telomerické DNA

- somatické buňky – ztráta aktivity telomerasy – telomery se zkracují, buňka zastaví dělení

- navození dělení -> zkracování telomer

- stárnutí/smrt buněk - zkrácení telomer na kritickou hodnotu – chromozomová nestabilita

- možná příčina stárnutí – zkracování telomer

8. MITÓZA

charakteristika M fáze buněčného cyklu

- dochází k dělení jádra (karyokineze) a dělení buňky (cytokineze)

- počátek - kondenzace jednotlivých chromozomů z chromatinové sítě

- do mitózy vstupují duplikované chromozomy – dvě sesterské chromatidy spojeny centromerou

- distribuce chromozomů do dceřiných buněk díky mikrotubulům dělícího vřeténka

formování dělícího vřeténka, centrozóm, centrioly, pericentriolární matrix

- formování děl. vřet. - řídí MTOC - místa, kde jsou organizovány konce vřeténka, tvořeny centrozomy

- centrozom – součástí jsou 2 centrioly; nemá membránu, není u rostlin

- aster – mikrotubuly - tvoří hvězdici kolem každého centrozómu; póly – konečné pozice centrozómů

- centrioly - středové tělísko, 2 - replikace je semikonzervativní, 1 centriola je z 9 tripletů mikrotubulů

- pericentriolární matrix – proteiny okolo centriol, během BC se může měnit

charakteristika jednotlivých fází mitózy (profáze, prometafáze, metafáze, anafáze, telofáze)

- Profáze – kondenzace chromozomů, reorganizace cytoskeletu – vznik aster

- Prometafáze – rozpad jaderné membrány (odstranění membrán, rozpad jaderných pórů a vláken)

- formování kinetochorů do organizovaných struktur na povrchu centromery

- mikrotubuly rozšiřující se od pólů prostupují otvory v rozpadající se jad. mem. a atakují chromozomy

- sestavení dělícího vřeténka (začátek již v profázi)

- interakce dvou kinetochorů sesterských chromatid s mikrotubuly opačných pólů

-> rozprostření chromozómů uprostřed buňky

- M kontrolní bod – oddálení segregace chromozomů, dokud nejsou všechny správně připojeny

- Mitoza = přesné rozdělení chromozomů do dceřiných b. – ch. musí být přesně připojeny k vřeténku

- Metafáze – chromozomy v ekvatoriální rovině – ve středu mezi oběma póly

- degradace cyklinu B a securinu -> signál pro separaci sesterských chromatid

- změny kinetochorových mikrotubulů – nové tubulinové podjednotky na + konci mikrotubulů

- ztráta tubulinových podjednotek na – konci mikrotubulů

- v některých buňkách – mikrotubuly reagují krom kinetochodů i s chromokinesiny

- oscilace chromozomů – pomalé krátké posuny chromozomů k jednomu či druhému pólu

- Anafáze – pohyb chromozomů k pólům, separace chromatid (kohezin, separaza, securin)

anafáze A – pohyb sesterských chromatid k pólům (degradace cyklinu B)

anafáze B – pohyb pólů od sebe; kohezin se rozpadá

- Telofáze – znovusestavení jaderné membrány; formování rýhy -> cytokineze

- cytokineze – vznik dvou dceřiných buněk (sestavení a regulace kontraktilního aparátu)

struktura kinetochoru, struktura a funkce dělícího vřeténka

- kinetochory – rozlišitelné struktury na povrchu centromer, zapuštěné do heterochromatinu

- řídí pohyb chromozómů, plně vyvinutý již v rané fázi mitózy

- vrstevnatá struktura – vnější kinetochor (základ tvoří CENP-A chromatin a mnoho proteinů)

- vnitřní kinetochor (tvořen vnější proteinovou deskou a vláknitou koronou)

- dělící vřeténko – dvojstranně symetrická struktura z polymerů tubulinu (mikrotubuly)

- kinetochorové mikrotubuly – tvoří svazky – kinetochorová vlákna; + konec zanořeny v kinetochoru

- astrální mikrotubuly – vycházejí z pólů, určují orientaci vřeténka v buňce, mají stejnou polaritu

- interpolární m. – nejsou připojeny ke kinetochorům, prostupují mezi chromozomy, - konec u pólu

chybná připojení chromozómů k dělícímu vřeténku, M kontrolní bod buněčného cyklu, chromosomal passenger komplex

- chybná připojení – chromozom se jedním nebo oběma kinetochory nepřipojí k mikrotubulům

- chromozomy jsou oběma kinetochory připojeny ke stejnému pólu

- ch. 1 kinetochorem připojeny k oběma pólům - chrom. mutace (oprava působením aurora-B kinasy)

- M kontrolní bod – správné připojení chromozomů k dělícímu vřeténku

- chromosomal passenger komplex - u centromery, mezi sesterskými kinetochory; fosforyl. proteinů

- inhibice vazby na mikrotubuly, dává signál pro kinetochory - uvolnění z mikrotubulů