Izv. prof. dr. sc. Lidija Šver Stanični ciklus Dioba stanice – mitoza Kontrola staničnog ciklusa Prof. dr. .sc. Lidija Šver 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) genetskog materijala raspodjela i dijeljenje genetskog materijala razdvajanje i podjela citoplazme stanice Dioba stanice Jednostanični organizmi Razmnožavanje dijeljenjem samo jedne stanice 100 µm Ameba - jednostanični eukariot; dioba na dvije stanice Bakterija Escherichia coli
23
Embed
Stanični ciklus Dioba stanice – mitoza Kontrola …webhosting-0.core.pbf.hr/content/download/27697/107540/version/1/... · Višestaničniorganizmi Stanična dioba tijekom: razvitka
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
�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
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
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.
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
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.