Cell Cycle - Stages & Processes (PDF)
Document Details
Uploaded by EagerMandelbrot
Tags
Summary
This document is a presentation on the cell cycle, covering its stages and processes. It details interphase, which includes G1, S, and G2 phases, and the phases of mitosis and meiosis. It also contains separate sections on cytokinesis and the differences between cell division in animal and plant cells. Diagrams are included to illustrate the concepts.
Full Transcript
1 چرخه ی سلولی شامل مرحله اینترفاز و تقسیم است. اینترفاز شامل G1-S-G2بوده و تقسیم شامل میتوز یا میوز به همراه سیتوکینز است. در G1حجم سلول افزایش یافته و برای همانندسازی آماده می شود. کروموزوم ها به صورت یک رشته...
1 چرخه ی سلولی شامل مرحله اینترفاز و تقسیم است. اینترفاز شامل G1-S-G2بوده و تقسیم شامل میتوز یا میوز به همراه سیتوکینز است. در G1حجم سلول افزایش یافته و برای همانندسازی آماده می شود. کروموزوم ها به صورت یک رشته ی کروماتینی اند که حاوی یک مولکول DNAدو رشته ای است. در صورت تمایز یا نبودن مواد الزم سلول وارد فاز G0می شود. در Sهمانندسازی رخ داده و مضاعف شدن سانتریول ها دیده می شود و کروموزوم ها به صورت دو رشته ی کروماتینی به هم چسبیده اند که هر کدام حاوی یک مولکول DNAدو رشته ای است. در G2بقیه اندامک ها مضاعف شده و آنزیم های الزم برای تقسیم فراهم می گردد. مدت زمان سیکل سلولی در موجودات بسیار متفاوت است. برای مثال تکثیر سلول های انسانی طی 24ساعت انجام میشود: ۹ساعت فاز 10 / G1ساعت فاز 4.5/ Sساعت فاز G2و 3۰دقیقه فاز میتوز. در مقابل ،چرخه کامل در سلول های مخمر فقط ۹۰دقیقه طول میکشد. 2 مراحل تقسیم :بعد از اینترفاز نوبت به تقسیم سلولی است. میتوز :تمام سلول های بدن از میتوز زیگوت اولیه ایجاد می شوند -1پروفاز :شامل شروع فشردگی کروموزوم ها -فسفریالسیون المین های غشا هسته که -تشکیل دوک ها. پرومتافاز :غشا هسته کامال از بین رفته و کروموزوم ها گردهمایی می کنند و فشرده تر می شوند. -2متافاز :کروموزوم ها حداکثر فشردگی را پیدا کرده اند و بهترین زمان برای مشاهده زیرمیکروسکوپ است. -3آنافاز :آنافاز شامل آنافاز 1و 2است.در انافاز 1جدایی کروماتید ها دیده شده و در انافاز 2جدایی قطبین سلول دیده می شود. -4تلوفاز :فشردگی کروموزوم ها کم شده -غشا هسته تشکیل شده و سلول به حالت اولیه خود باز می گردد. در ادامه تقسیم محتوای ژنی سیتوکینز رخ داده است یعنی سیتوپالسم تقسیم و دو سلول دختر با محتوای ژنی یکسان با مادر دیده می شود. 3 پروفاز اولین مرحله ی تقسیم میتوز که با متراکم شدن کروموزوم ها آغاز می شود و شاید طوالنی ترین مرحله بوده و چند ساعت طول می کشد ،پروفاز نام دارد. متراکم شدن کروموزوم طی مرحله پروفاز ادامه می یابد.بنابراین کروموزوم هایی که در آغاز پروفاز به صورت رشته ای ظریف بودند ،در آخر این مرحله کامال حجیم و کوتاه تر می شوند. در حین متراکم شدن کروموزوم ها یک سری رویدادهای مهم دیگر رخ می دهد.هستک ناپدید شده و دستگاه ریزلوله ای ،جهت جدا کردن کروموزوم های دختر تشکیل می گردد. در اوایل مرحله پروفاز دو جفت سانتریول از یکدیگر دور می شوند و بین آنها محوری از ریزلوله ها تشکیل می گردد که رشته های دوک نامیده می شوند.سانتریول ها از هم دور می شوند تا در دو قطب مخالف روبروی هم قرار گیرند. در پروفاز ،کروموزوم ها به صورت کروماتیدهای مشابهی هستند که در مرکز بهم متصل شده اند. مهمترین ویژگی این مرحله ،تشکیل دوک تقسیم است.دوک تقسیم همان طور که از اسمش پیداست، ساختاری دوکی شکل از جنس پروتئین است که فقط در هنگام تقسیم ایجاد می شود و وظیفه آن ،کمک به انتقال کروموزوم هاست. دوک ابتدا در بیرون هسته و توسط ذرات اضافی حاصل از فروپاشی اسکلت سلولی ایجاد می شود. هنگام تشکیل دستگاه دوک ،غشای هسته خرد می شود و مواد آن بوسیله شبکه آندوپالسمی جذب می گردد.دوک ریزلوله ای از یک قطب به قطب دیگر کشیده می شود.موقعیت دوک صفحه تقسیم را مشخص می کند که از مرکز هسته می گذرد و عمود بر دوک است. 4 پروفاز یاخته های گیاهی که دیواره سخت یاخته ای دارند ،فاقد سانتریول هستند. در حین ادامه پروفاز دومین گروه ریزلوله ای از هر سانترومر منفرد به قطب های دوک کشیده می شوند. از هر کروموزوم دو ریزلوله خارج می شود که دو طرف سانترومر را به دو قطب دوک متصل می کنند.دو ریزلوله متصل به سانترومر به پیشروی خود ادامه می دهند تا هر دو با دو قطب یاخته تماس حاصل کنند.وقتی سلول در حالت عادی است ،معموالً در نزدیکی دستگاه گلژی و یا هسته آن ،دو اندامک دیده می شود که از تعدادی لوله های کوچک و موازی تشکیل شده است. این اندامک "سانتریول" نام دارد.هنگام پروفاز ،سانتریول با ریزلوله ها پوشیده می شود. در انتهای پروفاز ،سانتریول ها از هم دور می شوند و در دو طوف سلول قرار می گیرند و به این ترتیب دوک تقسیم شکل می گیرد. 5 پرومتافاز مرحله گذر از پروفاز به متافاز است.در پرومتافاز غشای هسته از بین می رود و دوک تقسیم به وسط سلول می آید.سپس کروموزوم به دوک می چسبند و حرکت آنها توسط دوک ،کنترل می شود. در زیر میکروسکوپ در مرحله ی پرومتافاز کروموزوم ها به خوبی قابل رویت هستند. 6 متافاز دومین مرحله میتوز ،یعنی متافاز ،کرموزوم ها ابتدا به سمت صفحه ی استوایی سلول حرکت کرده و در سطح آن پخش شده و سپس به قطبین جهت گیری می نمایند. درمرحله بعد کروموزوم ها از محل سانترومر به رشته های دوک وصل می شوند. 7 ادامه متافاز در تقسیم میتوز ،کروموزوم ها ،سانترومرهای خود را بطور غیر فعال دنبال می کنند.هر سانترومر دو طرف دارد و یک ریزلوله سانترومری به هر طرف آن متصل شده و به قطب های مخالف کشیده می شود.این نظم و ترتیب برای روند میتوز کامال مهم است.هر اشتباهی در استقرار این ریزلوله ها خطرناک است. به عنوان مثال ،اتصال دو ریزلوله سانترومری به همان قطب سبب جدا نشدن کروماتیدهای خواهر و در نتیجه باقی ماندن آنها در همان یاخته دختر می شود.زیست شناسان برای متوقف کردن میتوز در مرحله متافاز ،از ماده ای به نام کلشی سین استفاده می کنند تا ساختار ریختی و تعداد کروموزومها را مطالعه کنند. در بسیاری از گونه ها ،اندازه کروموزوم ها متغیر است.کروموزوم های بزرگتر در بیرون و کروموزوم های کوچکتر در مرکز قرار می گیرند.در این مرحله کروموزوم ها ضخیم و کوتاه اند. در پایان مرحله متافاز ،سانترومرها تقسیم می شوند.تقسیم سانترومر همه کروموزومها همزمان صورت می گیرد. 8 آنافاز کروماتیدهای خواهری از این به بعد کروموزوم های دختری نامیده می شوند.در ناحیه سانترومر از یکدیگر جدا می شوند و به قطبین سلول حرکت می کنند. در آنافاز دو اتفاق مهم رخ می دهد :یکی اینکه کروموزوم ها به سمت دو قطب سلول حرکت می کنند.دوم اینکه رشته های دوک تقسیم ،کشیده می شوند و دو قطب سلول را از هم دور میکنند. 9 تلوفاز دستگاه دوک متالشی می شود.ریزلوله ها نظم خود را از دست می دهند و به صورت مونرمرهای توبولین در می آیند و آماده استفاده مجدد در ساختار اسکلت یاخته ای جدید می شوند.غشای هسته در اطراف هر گروه کروماتیدهای دختر شکل می گیرد. این کروماتیدها که هنوز به شکل کروموزوم اند ،شروع به باز شدن می کنند و کامال کشیده می شوند و به صورت کروماتین تجلی می یابند.یکی از ژن هایی که به صورت RNAریبوزومی است و سبب ظهور مجدد هستک می گردد به سرعت ظاهر می شود. پیش از شروع این مرحله ،دو دسته کروموزوم در دو انتهای سلول قرار گرفته اند.در تلوفاز ،غشای هسته ای در اطراف این دو تشکیل می شود. برای مدت کوتاهی یک سلول با دو هسته مشاهده می شود.پس از شکل گیری غشا ،سنتز RNAآغاز می شود.کروموزوم ها در قطبین جمع شده و ناپدید می شود و دوباره به فرم رشته های در هم رفته تبدیل می شوند دو هسته کامالً عادی به وجود می آید. 10 سیتوکینز یا تقسیم سیتوپالسم مجموعه پدیده هایی که شرح داده شد تقسیم هسته ای یا کاریوکینز است که اغلب با تقسیم سیتوپالسم نیز همراه است. در سلول های جانوری تقسیم سلول از اواخر آنافاز با تشکیل یک فشردگی حلقوی ،عمود بر محور طولی دوک میتوزی شروع می شود.با شروع این فشردگی حلقوی ،از تراکم ریبوزوم ها ،حفره های سیتوپالسمی ،قطعاتی از شبکه آندوپالسمی در بخش میانی یاخته مجموعه ای به اسم جسم میانی تشکیل می گردد و فشردگی حلقوی میانی به سوی مرکز و به سوی جسم میانی پیش می رود تا سرانجام سیتوپالسم نیز به دو بخش تقسیم شود و دو سلول جدید از هم جدا شوند. در ضمن این جریانات دوک میتوزی نیز از بین رفته و اسکلت سلولی بازسازی می شود. 11 تفاوت سیتوکینز در سلول های جانوری و گیاهی در سلول های جانوری و دیگر سلول هایی که دیواره ندارند ،طی سیتوکینز ،کمربندی از رشته های پروتئینی در میانه سلول ایجاد می شود که با تنگ شدن آن ،سلول به دو نیم تقسیم می شود. در سلول های گیاهی و دیگر سلول هایی که دیوار سخت دارند سیتوپالسم به روش دیگری تقسیم می شود. در سلول های گیاهی وزیکول هایی که توسط دستگاه گلژی ساخته شده اند در میانه سلول به یکدیگر می پیوندند و صفحه ای را پدید می آورند.این صفحه در واقع یک دیواره سلولی است که غشا آن را احاطه کرده است. 12 میوز تقسیم میوز شامل دو بخش میوز اول و میوز دوم است. در اثر تقسیم میوز ،گامت ها بوجود می آیند.این تقسیم عموما قبل از تشکیل گامت ها یا همزمان با تولید آن ها صورت می گیرد.این فرایند سبب می شود که در موقع تشکیل تخم ،تعدادکروموزوم ها مضاعف نشود. تقسیم میوز در اندام تولید مثلی نر و ماده که محتوی سلول های دیپلوئیدی مخصوصی است ،صورت می گیرد.این سلول ها دو تقسیم متوالی را طی می کنند ،اما کروموزوم ها فقط یک بار مضاعف می شوند.از این تقسیم چهار سلول حاصل می آید که تعداد کروموزوم های هر یک نصف تعداد اولیه است. 13 میوز شامل میوز1و میوز2است.میوز1را تقسیم کاهشی می نامند و میوز 2عین میتوز است. هدف اصلی میوز تشکیل گامت هاپلویید به همراه کراسینگ اور یا نوترکیبی است. طوالنی ترین مرحله میوز ،پروفاز میوز1است که شامل مراحل زیر است :لپتوتن -زیگوتن -پاکی تن-دیپلوتن-دیاکینز بخش اول میوز همانند میتوز خود شامل چهار مرحله است. پروفاز اول :مرحله پروفاز در میوز اول روند پیچیده ای است که بسیار کندتر از میتوز صورت می گیرد و شامل پنج مرحله است: زیرمرحله لپتوتن :آغاز پروفاز با افزایش حجم هسته ای مشخص می شود.کروموزوم ها به صورت تخم های دراز ،نازک و تاب خورده به شکل دانه های تسبیح به نام کرومومر ظاهر می شوند.این زیر مرحله را لپتوتن گویند.کروموزوم ها منفرد به نظر می رسند ،در حالی که بیشتر DNAیاخته قبال دو برابر شده و کروموزوم ها دارای دو کروماتید هستند. 14 زیرمرحله زیگوتن: در این مرحله کروموزوم های همولوگ به ترتیب ویژه ای جفت می شوند. نیرویی که دو جفت کروموزوم را به سوی یکدیگر می کشد، هنوز مشخص نشده است. این روند را سیناپس می گویند و جفت کروموزوم های همولوگ را بی واالنت (تتراد) می گویند. 15 زیرمرحله پاکی تن: در این مرحله هستک از نظر اندازه رشد می کند و کروموزوم ها کوتاه تر و ضخیم تر می شوند.هر کدام یک تتراد هستند که از دو کروموزوم هم ساخت یا 4کروماتید تشکیل شده اند. هر کروماتید از یک تتراد ،به دور کروماتید خواهر خود می پیچد و کوتاه تر و ضخیم تر می شود. هر کروموزوم هم ساخت سانترومر مستقل دارد.بنابراین هر کروماتید سانترومر خاص خود را دارا است. مهمترین رویداد در زیرمرحله پاکی تن ،تشکیل کیاسما به هنگامی است که دو کروماتید خواهر از هرکروموزوم هم ساخت ،قطعاتی را بین خود مبادله می کنند.تبادل قطعات بین دو کروماتید از دو کروموزوم همولوگ را کراسینگ اور (تقاطع کروموزومی) گویند.زیرمرحله پاکی تن طوالنی است.در پایان این زیرمرحله ،نیرویی سبب جدا شدن کروماتیدها از یکدیگر می شود. 16 زیرمرحله دیپلوتن: در این مرحله کروموزوم ها ،جدا شدن از یکدیگر را آغاز می کنند ،اما چون در بعضی نقاط تبادل صورت گرفته است ،لذا در این نقاط متصل به یکدیگر باقی می مانند. این زیر مرحله حقیقتا کیاسما نام دارد و از نظر ژنتیکی دارای اهمیت فراوانی است ،زیرا تبادل بین کروماتیدهای ناخواهری در این زیرمرحله صورت می گیرد. کراسینگ اور به تبادل ژن ها می انجامد و سبب تشکیل کروماتیدهای نوترکیب می شود. در ژنتیک مولکولی ،کراسینگ اور به عنوان وسیله تجربی برای نقشه برداری کروموزومی بکار می رود. 17 زیرمرحله دیاکینز: در این مرحله ،کروموزوم ها کوتاهتر و ضخیم تر شده و کیاسما ناپدید می شود. کروموزوم های همولوگ از دو سو به سمت محیط هسته کشیده می شوند ،اما جدا شدن کامل کروماتیدها صورت نمی گیرد. کروموزوم های همولوگ فقط در انتها متصل به یکدیگر باقی می مانند و ساختار حلقه مانند عریضی را تشکیل می دهند.به عالوه هستک و غشای هسته ناپدید می شود و دوک بطور کامل تشکیل می گردد. کرومزوم های تتراد در صفحه متافاز قرار می گیرند. 18 متافاز اول این مرحله پس از دیاکینز آغاز می شود و همانند متافاز میتوز است. کروموزوم های همولوگ در صفحه استوایی باقی می مانند و از طریق سانترومرها به رشته های دوک متصل می شوند. 19 آنافاز اول در آنافاز اول ،کروماتیدهای خواهری از هر کروموزوم همولوگ که به وسیله سانترومر به یکدیگر متصل اند ،به قطب های مربوط به خود می روند. کیاسما کامال متالشی می شود و کروماتیدهای ناخواهری از هم جدا می گردند.این کروماتیدها ،با کروموزوم های پدری و مادری خود تفاوت دارند. در مقایسه با آنافاز میتوز که در آن هر کروموزوم یک کروماتید دارد ،هر کروموزوم در مرحله آنافاز میوز ،از دو کروماتید تشکیل شده است که احتماال یکی از کروماتیدها ،نوترکیب است. 20 تلوفاز اول در این مرحله کوتاه ،پیچش کروماتیدها باز شده و کروماتیدها دراز می شوند و تا مدتی در حالت فشردگی باقی می مانند. غشای هسته در اطراف هر گروه کروماتید تشکیل می گردد و دو هسته مجزا بوجود می آیند.در بعضی موجودات پس از تشکیل غشاها در هسته، هر هسته دختر قبل از اینکه دومین تقسیم میوز آغاز شود ،مدتی در مرحله اینترفاز باقی می ماند. 21 مرحله دوم میوز این مرحله تقسیم همانند میتوز است ،اما با این تفاوت که کروموزوم ها از دو کروماتید تشکیل شده اند. در این نوع تقسیم هر دو هسته خواهر از مراحل پروفاز ،متافاز ،آنافاز و تلوفاز دوم می گذرند.در این مرحله مضاعف شدن DNAصورت نمی گیرد. پروفاز دوم پروفاز این مرحله بسیار کوتاه است.دوک تشکیل می شود و کروموزوم های دو کروماتیدی و مضاعف روی آن قرار می گیرند. 22 متافاز دوم در متافاز دوم ،کروموزوم ها به قسمت وسط دوک می روند و در آنجا مستقر می شوند. 23 آنافاز دوم در آنافاز دوم میوز کروماتیدهای هر کروموزوم از هم جدا می شوند و به دو قطب سلول می روند. 24 تلوفاز دوم در تلوفاز دوم میوز ،تقسیم میوزی کامل می شود و چهار سلول بوجود می آید. در بسیاری از جانداران ماده ،سیتوپالسم سلول ها در میوز بطور نامساوی تقسیم می شود و فقط یک سلول به جای چهار سلول حاصل می آید که سیتوپالسم فراوان دارد و مبدل به تخمک می شود. سه سلول کوچک باقیمانده معموال می میرند. در بعضی از جانداران نر چهار سلول حاصل مبدل به اسپرم می شوند. 25 کنترل کننده های چرخه سلولی قبل از اینکه سلول وارد مرحله بعدی چرخه سلولی شود ،از مکانیسم های نظارتی استفاده میکند تا مطمین شود آن مرحله به درستی انجام شده است. به این مکانیسم های نظارتی نقاط بازرسی یا وارسی یا CHECK POINTگفته میشود. این کنترل کننده ها تعدادی پروتئین کیناز هستند که حاوی یک زیرواحد تنظیمی(سایکلین) و یک زیرواحد کاتالیزی(کیناز وابسته به سایکلین) CDK هستند که دارای فعالیت آنزیمی بوده و یک سرین ترئونین کیناز است. تا زمانیکه CDKبه یک سایکلین متصل نشود ،فعالیت کینازی آن فعال نمیشود. این کینازهای هترودایمری فعالیت پروتئین های متعدد دخیل در چرخه سلول ،همانندسازی ،DNAمیتوز را با فسفریله کردن آنها در جایگاه های خاص تنظیم میکند( برخی پروتئین ها را فعال و برخی دیگر را مهار میکنند). CDKفاز G1/Sورود و انتقال به چرخه را تحریک و کنترل میکنند. CDKفاز Sهمانند سازی DNAرا تحریک و کنترل میکنند . CDKفاز Mمیتوز را القا میکنند. غلظت CDKها در طول چرخه ثابت است اما سایکلین ها میتوانند مرتبا فعال /غیرفعال /تجزیه شوند. 26 REGULATORS OF CYCLIN-CDK ACTIVITY 27 به منظور بهینه کردن فعالیت کینازی CDKها ،باید توسط یکسری فسفریله شدن مهاری و فعال کننده نیز تنظیم شوند. لوب انعطاف پذیر Tدر CDKها باید فسفریله شود این فسفریالسیون درآمینواسید ترئونین 16۰رخ میدهد) (TH160این تغییر کنفورماسیون باعث افزایش تمایل کمپلکس سایکلین CDK -در اتصال به سوبستراهایشان میشود. CAKها کینازهایی هستند که باعث افزایش فعالیت ( فسفریله و فعال کردن) CDKها میشوند. ترئونین 14و تیروزین 15دو آمینواسید در حلقه Tهستند که از مهارکنندگان فسفریالسیون محسوب میشوند زیرا اگر این دو فسفریله باشند حلقه T نمیتواند توسط CAKفعال و فسفریله شود( فعالیت کینازی بهینه نمیشود و کم است). WEE1کیناز مهاری فسفریالسیون بود و CDC25فسفاتازی است که عمل دفسفریله کردن را انجام میدهد. 28 سیکلین CDK4/6 + Dدر طول مرحله G1نقش دارد. سیکلین CDK2 + Eدر گذر از مرحله G1به Sدخالت دارد. سیکلین CDK2 + Aموجب پیشروی مرحله Sمیشود. سیکلین CDK1 + Aموجب پیشروی مرحله G2به Mمیشود. سیکلین CDK1 + Bدر طول مرحله Mنقش دارد. سلولهای پستانداران حاوی بیش از 2۰نوع ،CDKهستند که چهار مورد از آنها CDK1 ،CDK2 ،CDK4و CDK6روند چرخه سلولی را تنظیم میکندCDK4. و CDK ،CDK6های G1هستند که ورود به چرخه سلولی را سبب میشوند CDK2 ،بعنوان CDKفاز G1/Sو Sعمل میکند و CDK1نیز CDKمیتوتیک یا میتوزی میباشد. 29 سطح سایکلین های G1در پاسخ به بیوسنتز ماکرومولکول و سیگنال های خارج سلولی به تدریج در طول چرخه سلولی افزایش می یابد. غلظت سایکلین های G1/Sکه در اواخر G1جمع میشوند ،هنگامی که سلول ها وارد فاز Sمیشوند به اوج خود میرسد و در مرحله Sکاهش می یابد. این سایکلین ها به سایکلین Eمعروف هستند و به CDK2متصل میشوند ،همراه با سایکلین CDK4/6-Dعملکرد اصلی را در تحریک انتقال فاز G1-Sایفا میکنند. این انتقال به عنوان نقطه ای تعریف میشود که سلول ها در آن بطور غیرقابل بازگشت به تقسیم سلول متعهد می شوند و دیگر نمیتوانند به فاز G1برگردند (سلول ها همانندسازی DNAو همچنین تکثیر سانتروزوم های خود را آغاز می کنند ،که اولین مرحله در تشکیل دوک میتوزی است). کمپلکس سایکلین CDK-G1ورود به مرحله Sرا از طریق فسفریالسیون و تنظیم فاکتورهای رونویسی خاصی مثل آنزیم های سنتزکننده دئوکسی نوکلئوتیدها DNA /پلیمرازها و سایر پروتئین های الزم برای همانندسازی ،کنترل میکنند. 30 سایکلین های فاز : Sکمپلکس سایکلین CDK-Sدر اواخر فاز G1سنتز میشود ولی به سرعت مهارکننده ها به آن متصل میشوند زمانیکه CDK-G1به حداکثر فعالیت خود برسد مهارکننده ها به CDK-Sمتصل میشوند( فسفریله) و مهارکننده ها را متصل میکنند و توسط SCFپلی یوبی کوئیتینه میشود و فعالیت سایکلین CDK-Sافزایش می یابد و باعث فسفریالسیون و فعال شدن کمپلکس پیش همانندسازی PRE- REPLICATIONمی شود. این کمپلکس پیش همانندسازی در مرحله G1روی جایگاه آغاز همانندسازی تجمع میکند و نشان دهنده و عالمتی برای شروع همانندسازی در فاز Sاست. 31 سایکلین های میتوزی اولین سایکلین هایی هستند که کشف شدند و به CDK1متصل میشوند تا ورود و پیشرفت میتوز را تقویت کنند. کمپلکس سایکلین میتوزی CDK-Mدر مرحله S,G2سنتز میشود اما به خاطر فسفریالسیون در نواحی مهاری خود غیرفعال باقی میماند تا زمانیکه همانند سازی DNAکامل شود.کمپلکس سایکلین میتوزی CDK-Mمیتواند پروتئین های مختلفی را فسفریله و فعال کند مثال هیستون ها /پروتئین های متصل به میکروتوبول ها که در تشکیل دوک میتوزی نقش دارند/پروتئین های کینه توکوری که در اتصال کینه توکور به دوک دخالت دارد و.. پس از اینکه کینه توکور با دوک میتوز ارتباط برقرار کرد و کروموزوم ها در صفحه متافاز قرار گرفتند APC/C ،باعث پلی یوبی کوئیتینه شدن پروتئین سکورین SECURINمیشود (مانع از تجزیه پروتئین هایی میشود که کروماتیدهای خواهری را کنارهم نگه داشته اند).سکورین توسط پروتئازوم تجزیه میشود تا جدایی کروماتیدهای خواهری در انافاز شروع شود APC/Cدر اواخر انافاز باعث تجزیه سایکلین میتوزی CDK-Mمیشود درنتیجه تلوفاز پدید می آید /تراکم کروماتین از بین می رود /مجددا پوشش هسته تشکیل میشود و در نهایت سیتوکینز رخ می دهد. 32 نقش پروتئین های کوهسین ( )COHESINو کاندنسین ( )CONDENSINدر تقسیم کمپلکس پروتئینی کوهسین در انسان از 4پروتئین STAG/SA -SMC1Α - RAD21- SMC3تشکیل شده است. و ساختار حلقه مانند ایجاد کرده است.البته ساختار این پروتئین ها در کوهسین های میوزی و میتوزی کمی متفاوت است. این پروتئین ها کروماتیدهای خواهری ایجاد شده در فاز Sرا تا زمان جدایی در آنافاز کنار هم نگه می دارد. همچنین این پروتئین ها نقش بسیار مهمی در پروفاز میوز 1و در ایجاد کمپلکس سیناپتونمال و نگهداری دو کروموزوم هومولوگ کنار هم را دارند. در شروع آنافاز پروتئاز SEPARASEاز قسمت RAD21برش ایجاد کرده و باعث جدایی کروماتید ها می شود. این پروتئاز در حالت غیر تقسیم به یک پروتئین مهاری به نام SECURINمتصل و غیر فعال است و توسط پروتئین APCفعال می شود. پروتئین ، APCخود توسط پروتئین فعال کننده ی CDC20فعال شده و باعث یوبی کوئیتینه شدن برخی پروتئین ها مانند CYCLIN Bو SECURINشده تا توسط پروتئازوم تجزیه شوند. پروتئین های کاندنسین نیز از نظر ساختار مشابه به کوهسین ،به شکل کمپلکس پروتئینی هستند که از اجزای مختلفی تشکیل شده اند. بر عکس کوهسین ،این پروتئین ها به دو رشته ی کروماتیدی متصل شده و وظیفه ی متراکم سازی ژنوم( فشرده سازی کروموزوم) را در طول تقسیم به عهده دارند. 33 34 الزام به چرخه سلولی و همانندسازی DNA سایکلین های G1در سراسر G1وجود دارند و اغلب در پاسخ به فاکتورهای رشد در سطوح باال بیان میشوند CDK.های G1اعضای یک خانواده کوچک از عوامل رونویسی مرتبط بنام E2Fرا فعال میکنند.در طول E2F ، G1ها از طریق ارتباط با پروتئین رتینوبالستوما ( )RBغیرفعال نگه داشته میشوند تا اینکه CDKهای G1با فسفوریالسیون و غیرفعال سازی E2F ،RBها را فعال کنند.کلید تنظیم عملکرد E2Fپروتئین RBاست و وقتی E2Fها به RBمتصل شوند ،به عنوان سرکوبگر رونویسی عمل میکنند.وجود این مکانیسم به این دلیل است که RBآنزیم های تغییردهنده کروماتین را بکار میگیرد که سبب داستیالسیون و متیالسیون لیزین های خاص هیستونی و فشرده سازی کروماتین میشود و از این طریق رونویسی غیرفعال میشودRB. برای اولین بار به عنوان ژن جهش یافته در رتینوبالستوما (سرطان شبکیه چشم در کودکان) شناخته شد.فسفوریالسیون در چندین جایگاه توسط CDK های G1از ارتباط RBبا E2Fجلوگیری میکند و باعث خروج آن از هسته میشود.این فرآیند به E2Fاجازه میدهد تا رونویسی ژن های مورد نیاز برای ورود به فاز Sرا فعال کند.هنگامی که بیان ژن های کدکننده سایکلین های G1/Sو CDKبا فسفوریالسیون برخی از مولکول های RBالقا شد، کمپلکسهای CDKفاز G1/Sمنجر به فسفوریالسیون بیشتر RBدر اواخر G1میشوند.این فرآیند یکی از اصلی ترین رویدادهای بیوشیمیایی است.از آنجا که E2Fبیان خود و همچنین بیان سایکلینCDK-های G1/Sرا تحریک میکند ،تنظیم متقابل مثبت سایکلین CDK -های E2Fو G1/S باعث افزایش سریع هر دو فعالیت در اواخر G1میشود.همزمان با تجمع آنها CDK ،های فاز Sو میتوزی پروتئین RBرا در حالت فسفریله شده در تمام مراحل S ، G2و اوایل Mحفظ میکنند.پس از آنافاز و ورود سلول به اوایل G1یا G0،کاهش شدید در فعالیت تمام سایکلین CDK -ها منجر به دفسفوریالسیون RBمی شود و آن را برای مهار فعالیت E2Fدر اوایل G1چرخه بعدی و سلول های موجود در G0در دسترس قرار میدهد. 35 36 کمپلکس پیش برنده آنافاز یا سیکلوزوم APC/CوSCF برای اینکه سلول از یک مرحله چرخه سلول وارد مرحله بعد بشه الزمه تا سایکلین های مرحله قبلی تجزیه بشن یکی از راه های تجزیه شدن یوبی کوئیتین لیگاز ها هستند.دو نوع یوبی کوئیتین لیگاز به نام های SCFو APCاین عمل را انجام میدهند و از تنظیم کننده های کلیدی چرخه سلولی هستند. SCFکه نوعی پروتئین یوبی کوئیتین لیگاز است با تجزیه سایکلین های فاز G1/Sو پروتئین های مهاری ، CDKموجب گذر از G1و ورود به Sمیشود APC/Cکه نوعی پروتئین یوبی کوئیتین لیگاز است با تجزیه سایکلین های فاز Sو Mموجب خروج از میتوز شده و با تجزیه پروتئین مهاری آنافاز باعث کنترل جدا شدن کروموزوم ها در مرحله آنافاز میشود( پیشرونده آنافاز). ب) CDC20 APC/Cبه صورت اختصاصی به دونوع سوبسترای خود متصل میشود الف) CDH1 اگر به CDH1متصل شود در مرحله G1سایکلین های مرحله Sرا تجزیه میکند تا از ورود زودهنگام به Sجلوگیری کند . در اواخر G1سایکلین – CDKهای G1/Sفعال میشوند و CDH1دیگر اثر مهاری ندارد و فسفریله شده (کمپلکس CDH1-APC/Cاز کار می افتد) و سلول وارد فاز Sمیشود . در اواخر میتوز( اواخر آنافاز) یک پروتئین فسفاتاز به نام CDC14فعال شده و CDH1را دفسفریله میکند.کمپلکس APC/C-CDH1دوباره فعال شده و سایکلین های فاز میتوزی را تجزیه میکند تا خروج از میتوز رخ دهد. اگر به سوبسترای CDC20متصل شود پروتئین مهاری آنافاز را تجزیه میکند تا باعث عبور از مرحله متافاز به آنافاز شود. 37 MPFفاکتور پیشبرنده میتوز( پروتئین کینازی میباشد که برای فعالیـت خـود بـه سـایکلین هـای میتـوزی )ماننـد سایکلین Bنیاز دارد. فعالیت پروتئین کینازی MPFشروع میتوز را به وسیله فسفریله کردن چندین پروتئین ،ماننـد المین ها را تحریک میکند. سنتز و تجزیه سایکلین های میتوزی به ترتیب باعث افزایش و کاهش فعالیـت MPFدر طـول چرخه سلولی میگردد. افزایش تدریجی غلظت سایکلین میتوزی به وقوع میتوز کمک میکند و کـاهش سـریع آن باعـث کامل شدن میتوز میشود. تجزیه این سایکلین به وسیله یوبی کوئیتینه شده توسط کمپکس APCکمـپلکس پـیشبرنـده آنافاز انجام میگیرد. این عمل APCپروتئین های سایکلین میتـوزی را بـرای تجزیـه سـریع بـه وسـیله پروتئـازوم هـا ،نشانه گذاری میکند. اگرچه APCدر همه مراحل چرخه سلولی فعال نیست ،اما فعالیت آن طـی فراینـدی کـه نیازمنـد فعالیت سایکلین CDK -است ،در میتوز آغاز میشود. غیرفعال کردن APCدر فاز G1به تجمع سایکلین های میتوزی در چرخه سلولی بعدی کمک مـیکنـد. APCکارهای دیگری نیز انجام میدهد.مثالً جدا شدن کروموزوم های همانندسازی شده در مرحله ای از میتوز به نام آنافـاز بـه APCوابسته است ،به همین دلیل آن را کمپلکس پیشبرنده آنافاز نامیده اند 38 39 رشته های دوک میتوزی :فرآیند میتوز با همکاری دستگاه دوک میتوزی عمل می کند که از رشته های توبولین ساخته شده است . میکروتوبول ها شکل و ساختار یک سلول یوکاریوت را بوجود می آورند و به سلول قدرت حرکت با استفاده از ساختار تاژک و مژک داده و به اندامک ها واجزای درونی اجازه حرکت در سیتوزول را می دهند.حرکت ها با لغزش میکروتوبول ها برروی یکدیگر وکوتاه و بلند شدن آنها و همچنین حرکت لغزشی وزیکول ها در طول یک میکروتوبول انجام می شود.میکروتوبول ها ازمراکز فعال به نام مراکز سـازمان دهنـده میکروتوبـولی تشـکیل مـی شـوند. سانتریول ها از دو ساختمان میکروتوبولی عمود بر هم تشکیل شده اند و به عنوان سازمان دهندگان رشته هـای دوک میتوزی اند و با نام جسم پایه ای خوانده می شـوند (.البتـه در بیشتر جانداران ،مرکز سازمان دهنده میکروتوبول ها سنتروزوم نامیده می شود.در برخی موجودات مانند قـارچ هـا ،یک اندامک متفاوت به نام جسم قطبی این عمل را انجام می دهد.دربیشتر جانوران سنتروزوم تنها یک سانتریول دارند ،در صورتی که گیاهان عالی فاقد سانتریول هستند.با انجام برخی از روش هـای آزمایشـگاهی توانسـته انـد سـانتریول را ازمنطقه سانتروزوم حذف کنند ولی با این عمل بازهم رشته های دوک تشکیل می شوند لذا می تـوان گفـت کـه حضـور سانتریول برای تشکیل رشته های دوک ضروری نیست وعمل ساخت رشته های دوک برعهده نواحی اطراف سانتریول یـا به عبارتی منطقه سانتروزوم است .زمانی که سانتریول وجود داشته باشد ). با شروع تقسیم میتوز ،سنتروزوم ها تقسیم می شوند و به قطب های مخالف سلول ،در اطراف هسته ،حرکت می کنند.سنتروزوم هـا باعـث کشـیده شـدن رشـته هـای میکروتوبـول و تشـکیل دوک میتوزی می شوند ،رشته ها از هر سانتروزوم شروع می شوند و درمیانه سلول روی هم قرار میگیرند . همچنین رشـته های میکروتوبول از هرسانتروزوم در جهت مخالف رشته های دوک تشکیل شده و یک آستر را تشکیل می دهند.انتهای منفی میکروتوبول ها در سانتروزوم قرار دارد و انتهای مثبت آنها در وسط سلول روی هم قرار میگیرند. 40 در یوکاریوتها ،انتقال کروموزوم ها به قطبین سلول در طی تقسیم میتوز توسط دوک میتـوزی انجـام مـیشـود. دوک از میکروتوبول ها تشکیل شده است.در ساختار دوک 4نوع رشته دیده میشود: رشته های آسـتری یا ستاره ای کـه اولـین رشـته هـایی می باشند که تشکیل شده و در انتقال دیپلوزوم ها (سانتریولها) به قطبین دخالت دارند.از قطب های دوک به سمت قشر سلول امتداد می یابند و ارایش دوک با محور تقسیم را می سازند. رشته های دوکی ممتد یا قطبـی که موجب ازدیاد فاصله بین دو قطب سلول می شوند.از بدنه هر دوک به سمت مخالف آن امتداد می یابند. رشته های دوکـی کینـه توکـوری کـه بـا دپلمیریزاسـیون خـود در کشیدن کروماتیدها به قطبین دخالت دارند.قطب های دوک را به کینه توکورهای روی کروموزوم ها متصل میکنند. رشته های دوکی بینابینی که با طویل شدن خود ،کروموزوم ها را بـه سـوی قطبین میبرند. رشته های آستری ،دیپلوزوم ها یا سانتریول ها را به قطبـین انتقـال مـی دهنـد.هـر دیپلوزوم متشکل از دو سانتریول است که تقریباً عمود برهم قرار گرفته اند.این ماده از مراکز سازمان دهنده میکروتوبـولی است زیرا میتواند تجمع میکروتوبول های سیتوپالسمی را هدایت کند. این ماده را سانتروزوم یا سانتروسفر نیز می نامنـد.ترکیب اصلی که در ماده سانتریولی یافت میشود توبولین گاما میباشد. 41 42 نقش کینه توکورها در تقسیم کینه توکورها مراکز سازماندهی میکروتوبول ها و رشته های دوک میتوزی هستند.این پروتئین ها در دو طرف سانترومرها قرار گرفته اند و اتصال صحیح کروموزوم ها را به دوک تقسیم مدیریت می کنند.این پروتئین ها از سه بخش درونی ،میانی و بیرونی تشکیل شده اند. پروتئین MAD1یا MITOTIC-ARREST-DEFICIENT PROTEIN 1اتصال صحیح کینه توکورها به رشته های میکروتوبول دوک تقسیم را در متافاز بررسی می کند.در صورتی که اتصال به شکل مطلوب نباشد ،پروتئین MAD1پروتئین MAD2را به میدان فراخوانده و باعث تغییر شکل از فرم باز به فرم بسته می شود.یکی از پروتئین های دخیل در این تغییر کنفورماسیون پروتئین CDC20می باشد. فعالیت این پروتئین ها همان چک پوینت دوکی می باشد. MAD2-CDC20نقش مهاری روی APCدارد که اغاز کننده ی انافاز است. در صورت اتصال غیر صحیح کروموزوم ها تقسیم در متافاز متوقف می شود. 43 44