BUNĚČNÝ CYKLUS Život buňky (ontogeneze) 1. Vznik – nové buňky vznikají rozdělením již existující buňky. Mezi dělením buňka prodělává tzv. buněčný cyklus. 2. Růst a vývoj - zvětšování objemu a diferenciace 3. Zánik – buněčná smrt nebo nové dělení BUNĚČNÝ CYKLUS = je posloupnost vzájemně koordinovaných procesů, které vedou od jednoho buněčného dělení k následujícímu buněčnému dělení Lze rozdělit na: M FÁZI – dělení - mitotická fáze – 2 části: karyokineze a cytokineze INTERFÁZE - přestávka mezi dělením - 90% celého buněčného cyklu Interfázi se dělí na 3 části: G1 fázi S fázi G2 fázi * BUNĚČNÝ CYKLUS Karyokineze = dělení jádra Cytokineze = označuje mechanismy dělení celé buňky Karyokineze předchází cytokinezi. Buněčný cyklus popisuje procesy, které probíhají v buňce mezi dvěma po sobě jdoucími cytokinezemi. * G1 (postmitotická fáze) („first gap“)  začíná v okamžiku, kdy se po rozdělení mateřské buňky, stává dceřiná buňka soustavou schopnou samostatné existence  končí zahájením replikace jaderné DNA  metabolická aktivita  Syntéza RNA, proteinů…. Transkripce, translace  enzymy  další látky pro replikaci  vytváří se zásoba nukleosidtrifostátů  zmnožují se buněčné organely – ribozomy, mitochondrie, ER  při nepříznivých podmínkách upadá buňka do G0  leží zde hlavní kontrolní uzel cyklu  opravy poškozeného genomu S (syntetická fáze)  replikace jaderné DNA (zdvojení množství DNA)  současná rychlá spřažená syntéza histonů (H2A, H2B, H3, H4 & H1) (aby se mohly tvořit nové nukleozomy a chromatinové vlákno)  replikace vlákna 3´ 5´: DNA polymeráza,→ kontinuální replikace („leading strand“)  replikace vlákna 5´ 3´: DNA polymeráza,→ diskontinuální replikace („lagging strand“, Okazakiho fragmenty)  telomeráza: dosyntetizuje DNA na koncích chromozomu  na konci fáze: chromatidy spojeny v místě centromery; dvojnásobná genová dóza buněk  G2 (premitotická fáze) („second gap“)  závislá na dokončení replikace DNA v S fázi  metabolická aktivitia  syntéza RNA  syntéza a aktivace proteinů (potřebných ke kondenzaci chromozomů)  tvorba buněčných struktur (potřebných k tvorbě mitotického aparátu a destrukci jaderného obalu)  končí zahájením mitózy  zde leží 2. kontrolní uzel buněčného cyklu – rozhoduje o tom, zda buňka do mitózy skutečně vstoupí G0 klidová fáze  Jestliže se buňka dostane do nevhodných  podmínek, může z G1 fáze přejít do fáze G0,  která zastaví ostatní kroky cyklu  Aby se z G0 fáze dostala, musí dostat specifický signál v G1 fázi  V této fázi je většina buněk našeho těla (u člověka je většina nervových a svalových buněk celý život bez dělení)  M-fáze mitóza kontrolní bod→ → cytokineze  G1-fáze růst buňky kontrolní bod možnost vstupu do G0-fáze  G0-fáze buňka je diferencovaná a dále se nedělí  S-fáze replikace DNA  G2-fáze kontrolní bod růst buňky kondenzace chromozomů REGULACE BUNĚČNÉHO CYKLU Buněčný cyklus probíhá autonomně, ale buňka má možnost zkontrolovat dokončení předcházejících kroků a příp. zastavit cyklus v KONTROLNÍCH BODECH (CHECKPOINTS). SYSTÉM KONTROLNÍCH BODŮ:  Má zajistit: synchronizaci (následnost) dějů uvnitř buňky v tomto základním schématu:  replikace DNA – mitóza – cytokineze  v případě zjištění neúplnosti předcházejícího kroku, dochází k vyslání inhibičních signálů blokujících buněčný cyklus v kontrolním bodu  regulace buněčného cyklu je klíčová  pro fungování buňky  pokyny k proliferaci a diferenciaci buněk  programovaná buněčná smrt  poruchy mohou vést až k nádorovému bujení SYSTÉM KONTROLNÍCH BODŮ: 1. G1-kontrolní bod-spouští syntézu DNA (v S-fázi),až buňka dosáhne určité velikosti 2. G2-kontrolní bod-spouští mitozu po kontrole zreplikování DNA 3. M-kontrolní bod-spouští cytokinezi až buňka dosáhne určité velikosti VÝSLEDKY KONTROLY BUNĚČNÉHO CYKLU V KONTROLNÍCH BODECH  proces pokračuje podle plánu  proces se dokončí a buňka čeká na zlepšení situace (teplota, živiny)  proces se zastaví a buňka čeká na zlepšení situace  spustí se programovaná buněčná smrt (apoptóza) V kontrolních bodech může buňka reagovat také na extracelulární signály: např. na růstové faktory-podpora dělení, -inhibice dělení. ZPŮSOB REGULACE BUNĚČNÉHO CYKLU Kontrolní systém buněčného cyklu je založen na oscilacích aktivity cyklindependentních kináz – CdK. Složky regulačního systému: PROTEINKINÁZY - fosforylují (aktivují) proteiny/enzymy = katalyzují přenos fosfátové skupiny z ATP na cílový protein/enzym, kinásy jsou v rostoucí buňce ve stále stejné koncentraci, ale po většinu času jsou neaktivní PROTEINFOSFATÁZY - defosforylují (odstraňují fosfátovou skupinu) Aktivita těchto specifických proteinkináz (CdK) závisí na vazbě s cykliny. ZPŮSOB REGULACE BUNĚČNÉHO CYKLU Cyklindependentní kinázy (CdK)  rodina proteinových kináz  jejich kinázová aktivita stoupá a klesá v průběhu buněčného cyklu -> cyklické změny ve fosforylaci intracelulárních cílových proteinů – iniciace a regulace událostí spojených s cyklem  nejvýznamnějším kontrolorem jejich aktivity jsou cykliny  hladiny cyklinů se mění, hladina Cdks je konstatní  cyklování hladiny cyklinů v průběhu buněčného cyklu ovlivňuje sestavení a aktivaci komplexu cyklin-Cdk v konkrétních fázích cyklu CdK připojí cyklin - vzniká komplex CYKLIN+CDK ZPŮSOB REGULACE BUNĚČNÉHO CYKLU CYKLINY - proteiny bez enzymové aktivity, jejich koncentrace se v buňce cyklicky mění např. během interfáze roste, během mitózy prudce klesá 4 skupiny cyklinů G1 cykliny – napomáhají řídit aktivitu G1/S cyklinů G1/S cykliny – aktivují Cdks v pozdní G1, vstup do buněčného cyklu, hladina klesá v S fázi S cykliny – vážou se na Cdks ihned po vstupu do cyklu, hladina udržovaná až do mitózy M cykliny – aktivují Cdks regulující vstup do G2/M přechodu, pokles uprostřed mitózy ZPŮSOB REGULACE BUNĚČNÉHO CYKLU Cyklin+Cdk a proteinfosfatázy aktivují/deaktivují proteiny v buněčného cyklu různé komplexy cyklin+Cdk spouštějí různé kroky buněčného cyklu (průchod jiným kontrolním bodem cyklu). Regulace CdK  geny kódující cyklin  závisí na extracelulárních růstových faktorech, které stimulují buňku k proliferaci  nebo na inhibičních proteinech vedoucí k zastavení buněčného cyklu REGULACE BUNĚČNÉHO CYKLU  Některé buňky se dělí v průběhu celého života např. buňky kůže, střevní sliznice, kostní dřeně  Jiné jsou připraveny se dělit, ale dělí se pouze v případě zranění jako např. buňky jater  některé buňky dospělého člověka ztratily zcela schopnost se dělit – vysoce diferencované buňky (diferenciace nedovoluje návrat do buněčného cyklu) neurony a buňky svalů  většina buněk našeho těla je ve fázi G0 (taková buňka ale může dostat signál „vpřed“ v G1 fázi)  buňky ledvin, endotelu, pankreatu….  mechanismus regulace buněčného cyklu je klíčový pro pochopení vzniku rakoviny REGULACE BUNĚČNÉHO CYKLU  V těle dospělého člověka proliferují pouze:  Buňky epidermis (obnova během 2 měsíců)  Buňky střevní sliznice (obnova za 2 – 3 dny)  Buňky kostní dřeně (erytrocyt 120 dní)  Pohlavní buňky  Kmenové bb při reparaci poškození Růst a vývoj buněk Růst buněk  Organizmus se zvětšuje zvyšováním počtu buněk a zvětšováním jejich objemu. Po rozdělení mateřské buňky na dceřinné buňky zvětšují svůj objem – rostou. Podmínkou růstu je dostatek organických látek. Diferenciace  Z oplodněného vajíčka vznikají všechny buňky organizmu, které se mnohdy zásadně liší tvarem i funkcí. Tomuto rozlišení původně "univerzální" oplozené buňky, říkáme diferenciace. Podstatou diferenciace je tlumení aktivity nebo naopak aktivace různých dědičných vloh buňky. Buňky se pak liší tvorbou různých typů bílkovin, které rozhodují o jejich stavbě i o jejich funkci.  Diferenciace je většinou nevratný děj a plně se uplatňuje při vývoji zárodku.  U některých typů buněk je diferenciace možná po celý život. Jde o tzv. kmenové buňky, jejichž současný výzkum nejspíše povede k „biomedicínské revoluci“ 21. století. Kmenové buňky jsou důležité především pro obranu organismu, náhradu poškozených nebo ztracených tkání. Využití a podpora těchto procesů je proto součástí mnoha léčebných postupů v medicíně.  Projevy diferenciace embrya a jejich posloupnost studuje embryologie. Stárnutí buňky  zásadním projevem stárnutí nediferenciované buňky je ztráta schopnosti dělit se (vliv zkracování telomer)  schopnost dělit se po určitém množství mitóz ztrácí i buňky žijící v optimálních podmínkách  opotřebovávání buněk je spojené s postupnou ztrátou jejich funkcí  některé buňky stárnou spolu s organizmem (nervové a svalové buňky člověka žijí celý jeho život cca 80 let)  jiné stárnou a opotřebovávají se mnohem rychleji a v průběhu života jsou postupně nahrazované novými (např. pokožkové a krevní buňky–červené krvinky žijí zhruba 120 dní) Smrt buňky  = zastavení životních pochodů buňky  mnohé buňky zanikají rozdělením–nejedná se tedy o jejich smrt  Naprogramovaná smrt buňky – apoptóza a autofagie  plánovaně po určité době, kdy plnila svou funkci (červené krvinky)  fyziologická buněčná smrt  Nekróza = neřízená odpověď na akutní poškození  neplánovaně při poškození (buňka může být nahrazena při procesu regenerace – hojení ran)  Regenerace (obnova) –je dána schopností diferencovaných buněk obnovit v případě potřeby své dělení Nekróza  Indukce nekrózy  a) rozsáhlé poškození při němž už nemohou být aktivovány mechanismy apoptózy  b) působení stresových faktorů  změny koncentrace iontů, pH...  vyčerpání zdrojů energie  změny teploty  poškození buňky nebo jejích organel Nekróza  Příznaky a průběh nekrózy:  poškození mitochondriální membrán  pronikání iontů Ca2+ do mitochondrií  zakulacení a prasknutí mitochondrií  ztráta regulace transportu iontů  zakulacení buňky (swelling)  lýze buňky  invaze makrofágů  vznik nekrotického ložiska  zánětlivá reakce PROGRAMOVANÁ BUNĚČNÁ SMRT  =indukovaný, regulovaný a selektivní proces pro vyřazování určitých buněk  Apoptóza (apoptosis, type I PCD)  kaspázy  kalpainy, katepsiny, granzymy  Autofagie (autophagy type II PCD)  autofagozomy/autolysozomy (lysozomální proteázy) Apoptóza  Heterofagická smrt buňky  proteolýza prostřednictvím KASPÁZ  na destrukci buňky se nepodílí vlastní lysozomy  některé katepsiny z vlastních lysozomů ale aktivují některé kaspázy:  →s přímou účastí mitochondrií  → prostřednictvím cytoplazmatických receptorů  → s granzymem B (proteináza uvolňovaná  z cytotoxických T-lymfocytů) Apoptóza - průběh  kondenzace cytoplazmy  zmenšení buňky  odbourání cytoskeletu  vznik pyknotického chromatinu  DNA nahloučená na vnitřní straně jaderné membrány  odbourání jaderného obalu  fragmentace DNA  svraštění povrchu buňky  rozpad buňky na APOPTOTICKÁ TĚLÍSKA  fagocytóza svými sousedy nebo makrofágy Apoptóza – 3 fáze  1. fáze  Podnět pro započetí děje: poškození buňky, stres, změny hladiny hormonů  Aktivace kaspáz  vnitřní cestou - uvolnění cytochromu c z mitochondrií  vnější cestou - aktivace receptorů smrti Signály pro spuštění:  signály přes cytoplazmatické membránové receptory  cytoplazmatické membránové „receptory smrti“  TNF - aktivace kaspáz (klíčová je kaspáza 3)  signály přes mitochondriální receptory  signály ovlivní propustnost membrán mitochondrie  zhroucení transmembránového potenciálu, uvolnění proteinů z membránového prostoru (např. cytochromu c)  aktivace kaspáz, endonukleáz  signály přes endoplazmatické retikulum  Signál- uvolnění Ca2+  steroidní hormony–glukokortikoidy Apoptóza Apoptóza  2. fáze  Aktivace regulačních genů - spuštění opravných mechanismů nebo aktivace kaspáz  Efektorové kaspázy – enzymy, kt. štěpí řadu substrátů (cytoskelet, proteiny jaderného obalu, fragmentace DNA) a toto vede k biochemickým a morfologickým změnám buňky  Kaspázy = specifické proteázy –štěpí cílovou sekvenci proteinů za kys. asparagovou  DNA se štěpí - endonukleázami mezi nukleozomy na úseky 200 bp a jejich násobky Apoptóza  K mechanizmu:  účast cytochromu c: uvolňuje se z mitochondrie (membránový příjemce signálů k apoptóze) a způsobí zablokování elektrontransportního řetězce – to vede k tvorbě ROS reactive oxygen species= reaktivní formy kyslíku  cytochrom c je i přímý aktivátor kaspáz (kaspázy 9)  ROS součást aktivace apoptózy: zvyšují propustnost membrán lysozomů (uvolnění katepsinů→aktivace kaspáz)  membránové změny: translokace fosfatidylserinu z vnitřní vrstvy na vnější vrstvu plazmatické membrány  uvolňuje se Ca2+z ER  účast i NO Apoptóza  3. fáze  Rozštěpení buněčných proteinů za pomocí kaspáz a fragmentace DNA za pomocí endonukleáz  Vznik apoptotických tělísek - fagocytóza Autofagie  = buněčný mechanizmus degradace větších objemů vnitrobuněčného materiálu, a to včetně celých organel  v reakci na stres aktivuje buňka autofagii –proces, kdy se organely a část cytoplazmy uzavírají a rozpadají v autofagozomech  Autofagozomy se spojují s lyzosomy (degradační enzymy)  Při autofagii vyvolané stresovou reakcí je snaha o obnovení homeostázy a zachování života buňky  pokud je poškození velké, je v zájmu celku lepší destruovat celou buňku – autofagická programovaná buněčná smrt Autofagie  Fagofor – autofagozom – autolysozom  hlavní podíl na degradaci mají vlastní lysozomy, které obsahují katepsiny  proteolýza prostřednictvím KATEPSINŮ BUNĚČNÉ DĚLENÍ BUNĚČNÉ DĚLENÍ Buněčné dělení probíhá v M fáze buněčného cyklu a skládá se z karyokineze a cytokineze. Typy karyokineze:  Amitóza = přímé dělení  Mitóza = nepřímé dělení  Meióza = redukční dělení Organely buněčného dělení Centriola  párová válcovitá buněčná eukaryotická organela schopná samostatného dělení  nachází ve většině eukaryotických buněk vyjma vyšších rostlin a hub  Buňka obvykle obsahuje v G0 fázi a G1 fázi dvě centrioly, spojené a vzájemně kolmo orientované  Každá z nich se vždy před buněčným dělením zmnoží na dvě – ta starší z páru je označována jako mateřská, mladší jako dceřiná  Každý pár centriol vytváří společně se svým okolím (centrosféra, astrosféra) tzv. centrozóm.  Stěny centrioly jsou u většiny organismů složené z devíti trojic mikrotubulů uspořádaných kruhově kolem centrální dutiny.  Z centrioly vychází mikrotubuly cytoskeletu. Také z ní vyrůstá dělicí vřeténko. Organely buněčného dělení Dělicí vřeténko (mitotické vřeténko)  je buněčná struktura, nezbytná při jaderném dělení (mitóze, či meióze).  Skládá se z mikrotubulů, které „vyrůstají“ z centrozómů na obou koncích buňky. Vzniká z vláken, která se vytváří mezi rozdělenou centriolou. Kinetochor  velký proteinový komplex nacházející se zpravidla v oblasti centromery chromozomů během mitózy nebo meiózy  umožňuje napojení chromozomů na mikrotubuly dělicího vřeténka a je také z velké části zodpovědný za pohyb chromozomů k pólům vřeténka během anafáze BUNĚČNÉ DĚLENÍ Amitóza = buněčné dělení, při kterém se netvoří chromozomy, nevzniká dělící vřeténko a obvykle při něm dochází k nerovnoměrnému rozdělení genetické informace. Nezaniká jaderná membrána. Nekontrolované dělení. Probíhá zaškrcení jádra, posléze celé buňky. Dělí se tak buňky alterované (poškozené), nádorové, bakterií a sinic (prokaryot). Jádro se v podélné ose zaškrtí…. Přímé dělení jádra BUNĚČNÉ DĚLENÍ Mitóza = buněčné dělení, které zabezpečuje rovnoměrné rozdělení genetického materiálu do dvou nově vznikajících dceřiných buněk. Tento typ buněčného dělení je typický pro tělní (somatické) buňky. Je to souvislý, kontinuální proces. Konvenčně se ale dělí do čtyř fází: 54 FÁZE MITÓZY Karyokineze I. Profáze II. Metafáze III. Anafáze IV. Telofáze MITÓZA  Mitóza = jaderné dělení, při kterém vznikají dceřiná jádra o stejném počtu chromozómů jako mateřské jádro. Obvykle trvá cca 1 hod.  postmitotická buňka = buňka, která se již nikdy nebude dělit většina velmi specializovaných buněk (neurony, buňky pokrývající vily v tenkém střevu, svalové buňky) se po svém vzniku již nikdy nedělí a jsou tedy postmitotické o postmitotických buňkách přitom nelze říci, že jsou ve fázi G nula, neboť z této fáze se buňka může opět dostat zpět do buněčného cyklu. Postmitotická buňka se zpět do buněčného cyklu již nikdy nedostane INTERFÁZE POZDNÍ INTERFÁZE, PŘED PROFÁZÍ  Jádro je dobře formované, obaleno membránami  jádro obsahuje jedno či více jadérek  mimo jádro se nachází dva centrozomy, vzniklé replikací původně jednoho centrozomu  mikrotubuly rostou z těchto centrozomů všemi směry a vytvářejí tzv. aster („hvězda“)  chromozomy jsou již dlouho, od S fáze, zreplikovány, ale nejsou ještě pozorovatelné PROFÁZE  Během této fáze dochází ke spiralizaci vláken DNA a diferenciaci chromozómů, u kterých jsou patrné dvě chromatidy.  V závěru této fáze se rozpadá jaderná membrána a chromozómy se rozptylují.  rozdělené centrozomy se začnou vzdalovat a vytvářet dělící vřeténko METAFÁZE  Chromozómy se seskupují v ekvatoriální rovině buňky a vzniká tak charakteristická metafázová destička.  Tato fáze je nejvhodnější pro pozorování chromozómů a cytogenetická vyšetření.  Pokud buňka obsahuje dělící vřeténko, je již plně vyvinuto. ANAFÁZE  Chromozómy jsou v oblasti centromer napojeny na vlákna vycházející z opačných pólů dělícího vřeténka.  Následně se rozpadají centromery na dvě části, každá s jednou chromatidou, které jsou zkracováním vláken přitahovány k opačným pólům vřeténka a tudíž do odlišných částí buňky. TELOFÁZE  Chromozómy jsou nahloučeny u buněčných pólů a despiralizují se, vytváří se kolem nich jaderná membrána.  Na konci telofáze dochází k zaškrcení buňky a vzniku dvou dceřiných buněk, každé připadne jedno nové jádro. CYTOKINEZE  Následuje samotná cytokineze. Při cytokynezi vzniká přepážka mezi dceřinými buňkami trojím způsobem:  a) Pučením typické pro některé prvoky, kvasinky. Na mateřské buňce se vytvoří pupen (nestejné množství cytoplazmy), který se oddělí a teprve později doroste.  b) Rýhováním (zaškrcením) živočišné buňky. Dostředivé dělení. Buňka se jakoby "zaškrtí" od krajů do středu.  c) Přehrádečným dělením rostlinné buňky. Přehrádka mezi buňkami vzniká od středu ke kraji. Odstředivé dělení. CYTOKINEZE Rýhování – kontraktilní prstenec  Vytváří se kolmo k podélné ose dělícího vřeténka  v ekvatoriální rovině těsně pod cytoplazmatickou membránou (kde je zakotvený)  tvoří ho aktinové a myozinové mikrofilamenta  Začíná se stahovat již v anafázi  Nejprve vzniká dělící žlábek a stahovaním se prohlubuje až dojde k zaškrcení a oddělení buněk  Potřebuje energii a Ca2+ MITÓZA Tato animace se týká živočišné buňky Centrozómy většiny rostlinných buněk postrádají centrioly MITÓZA – ZAJÍMAVOSTI  V každém z nás proběhne za život 1016 mitóz!  Pokud počítáme, že naše těla se skládají z cca 3x1013 buněk  … pak se v průběhu života buňky našeho těla kompletně vymění nejméně 100x!  všechny buňky samozřejmě ne, jsou zde buňky, které se nedělí CHROMOSOMY V DĚLÍCÍ SE BUŇCE MEIÓZA  Podobně jako před mitózou, i před meiózou je S-fáze, ve které dojde k replikaci DNA a zdvojení chromozomů  tato replikace je ale následována dvěma po sobě jdoucími děleními  Meióza umožňuje vznik pohlavních buněk – gamet s redukovaným (haploidním) počtem chromozómů  výsledkem jsou 4 buňky, každá s polovičním počtem chromozomů než měla rodičovská FÁZE MEIÓZY Meióza představuje dvě dělení jádra, která následují za sebou. Meióza I - redukční - heterotypické dělení  profáze I (leptotene, zygotene, pachytene, diplotene a diakineze)  metafáze I  anafáze I  telofáze I Meióza II - ekvační dělení - homeotypické dělení  profáze II  metafáze II  anafáze II  telofáze II MEIÓZA I – HETEROTYPICKÉ DĚLENÍ Označení „heterotypické dělení“ vychází ze skutečnosti, že princip této etapy meiózy je odlišný od mitózy. Profáze I Leptotene: Chromozómy se začínají spiralizovat. Zygotene: Dvojice homologních chromozómů se začínají propojovat a vytvářejí bivalenty. Pachytene: Nesesterské chromatidy homologních chromozómů se překřižují. Vznikají chiazmata. Dochází ke crossing-overům. Diplotene: Chromozómy se zkracují. Dochází k částečnému rozpojení chromozómů. Diakineze: Pokračuje kondenzace již rekombinovaných chromozómů. MEIÓZA  Během profáze I. meiózy vyhledá každý chromozom svého homologa v procesu zvaném synapse. Vytváří se synaptonemální komplex, při kterém proteinový „zip“ spojí oba homologní chromosomy těsně k sobě podél celé jejich délky. V pozdní profázi synaptonemální komplex mizí a homologní páry jsou v mikroskopu vidět jako tetrády. MEIÓZA  ve světelném mikroskopu jsou rovněž patrné struktury ve tvaru písmene X zvané chiasmata  chiasmata představují překřížení dvou nesesterských chromatid homologních chromozomů MEIÓZA  chiasmata představují „přeskládání“ genetické informace, známou jako crossing-over  synapse, chiasmata, crossing-over se objevují pouze v profázi I. meiózy, a nikdy při mitóze  v metafázi I. meiózy se v ekvatoriální rovině formují dvojice homologních chromozómů, nikoli individuální chromozomy jako při mitóze  při anafázi I. meiózy se sesterské chromatidy neoddělují a k pólům buňky přesunují celé chromozomy CROSSING-OVER MEIÓZA I. PROFÁZE  Na konci profáze vzniká dělící vřeténko  Mikrotubuly dělícího vřeténka se zachycují do kinetochorů.  Chromozomy se začínají přesouvat do ekvatoriální roviny  profáze I. trvá obecně hodiny nebo i dny a typicky zabírá 90% času celé meiózy MEIÓZA I METAFÁZE  Chromozomy jsou nyní v ekvatoriální rovině, homologické chromozomy stále těsně u sebe  mikrotubuly jednoho centrozomu jsou připevněny ke kinetochoru jednoho z homologických chromozomů, mikrotubuly druhého chromozomu jsou připevněny ke kinetochoru druhého z homologických chromozomů MEIÓZA I. ANAFÁZE  Chromozomy se oddělí a směřují k opačným pólům buňky  sesterské chromatidy ale zůstávají u sebe a chromozom se nedělí, putuje celý k jednomu pólu buňky - jeho homolog putuje ke druhému pólu  Poznámka: toto je rozdíl oproti mitóze, kde se v ekvatoriální rovině nachází chromozomy jako individua, nikoli v homologických párech. Při mitóze se také jeden chromozom rozdělí v místě centromery na dva, v meióze I. nikoli. MEIÓZA I. TELOFÁZE A CYTOKINEZE  Na každém pólu buňky je nyní jedna haploidní sada chromozomů. Z homologního páru se přesunul jeden chromozom k jednomu pólu buňky, druhý ke druhému  každý z chromozomů je ovšem stále tvořen dvěma sesterskými chromatidami  během telofáze I. následuje zpravidla cytokinese MEIÓZA I. - SOUHRN  Profáze – homologické chromozómy se párují (tvoří tzv. bivalenty), jejich chromozómy se proplétají a může dojít k tzv. crossing – overu  Metafáze – řazení do ekvatoriální roviny, dělící vřeténko  Anafáze – na rozdíl od mitózy jdou k pólům buněk celé chromozómy (nikoli jen jejich poloviny, chromatidy, jako u mitózy)  Do nové buňky se dostane vždy jen jeden z homologických chromozómů, nezávisle na původní příslušnosti k „otci“ či „matce“ MEIÓZA II. PROFÁZE  Před meiózou II. není S-fáze (=replikace genetického materiálu)  Vytváří se dělící vřeténko a chromozomy migrují do ekvatoriální roviny MEIÓZA II. METAFÁZE  Kinetochory sesterských chromatid jsou připevněny k mikrotubulům opačných centrosomů, podobně jako při mitóze MEIÓZA II. ANAFÁZE  Centromery sesterských chromatid se oddělují a sesterské chromatidy - nyní samostatné chromosomy - putují k opačným pólům buňky MEIÓZA II. TELOFÁZE A CYTOKINESE  Na opačných pólech buňky se tvoří jádra  výsledkem jsou tedy čtyři buňky, každá s haploidním počtem chromozomů MITÓZA A MEIÓZA - SROVNÁNÍ MITÓZA A MEIÓZA SROVNÁNÍ (1) Během profáze I. meiózy vyhledá každý chromozom svého homologa v procesu zvaném synapse. Vytváří se synaptonemální komplex, při kterém proteinový „zip“ spojí oba homologní chromozomy těsně k sobě podél celé jejich délky. V pozdní profázi synaptonemální komplex mizí a homologní páry jsou v mikroskopu vidět jako tetrády. MITÓZA A MEIÓZA SROVNÁNÍ  chiasmata představují „přeskládání“ genetické informace, známou jako crossing-over  synapse, chiasmata, crossing-over se objevují pouze v profázi I. meiózy, a nikdy při mitóze  (2) v metafázi I. meiózy se v ekvatoriální rovině formují dvojice homologních chromozómů, nikoli individuální chromozomy jako při mitóze  (3) při anafázi I. meiózy se sesterské chromatidy neoddělují a k pólům buňky přesunují celé chromozomy Poruchy dělení  Rovnováha v buněčných populacích je udržována přesnou regulací procesů proliferace (b. cyklus), diferenciace a apoptózy.  Chování buněk v rámci buněčného cyklu ovlivňují růstové faktory a rovnováhy mezi stimulačními a inhibičními signály s různým stupněm specifity.  Přesný účinek daného faktoru je určován buněčným typem, koncentrací faktoru, přítomností jiných podnětů apod. Poruchy dělení Poruchy dělení  živočišné buňky jsou závislé na mnohonásobných mimobuněčných signálech  Aktivace/deaktivace na různých signalizačních drahách vedou k:  proliferaci  diferenciaci  apoptóze  Jejich deregulace podporuje tvorbu nádorů. Schéma signální dráhy s extrabuněčnou signální molekulou Poruchy dělení  Nadměrná proliferace nebo naopak zástava růstu a buněčná smrt  Tyto procesy často nejsou patologické  růst –hypertrofie, hyperplazie  Změněný růst –metaplazie  růst –hypoplazie, atrofie  Buň . smrt –apoptóza, nekróza Poruchy dělení a buněčný cyklus  Výzkum regulace stále probíhá a je komplikovaný  Velkému počtu existujících kináz příbuzných proteinů  Velkému počtu existujících cyklinů  Skutečnosti, že různé cykliny interagují s různými CDK  Existenci dalších molekul, které interagují s komplexy cyklin/CDK