* Buněčný cyklus popisuje procesy, které probíhají v buňce mezi dvěma po sobě jdoucími cytokinezemi. Termín cytokineze označuje mechanismy dělení celé buňky. Procesy, které související s dělením jádra jsou označovány jako karyokineze. Karyokineze předchází cytokinezi. * žG1 (postmitotická fáze) („first gap“) – metabolická aktivita (transkripce, translace) žS – fáze – probíhá zdvojení (replikace) DNA žG2 (premitotická fáze) („second gap“) – metabolická aktivitia žObecně v interfázi probíhá: ¡Tvorba buněčné stěny ¡Růst buňky na původní velikost ¡Tvorba cytoplazmy, dělí se mitochondrie a plastidy, vznikají membrány atd. žM-fáze ¡mitóza → kontrolní bod ¡ → cytokineze žG1-fáze ¡růst buňky ¡kontrolní bod ¡možnost vstupu do G0-fáze žG0-fáze ¡buňka je diferencovaná ¡ a dále se nedělí žS-fáze ¡replikace DNA žG2-fáze ¡kontrolní bod ¡růst buňky ¡kondenzace chromozomů Eukaryotic_replication_cycle žJestliže se buňka dostane do nevhodných žpodmínek, může z G1 fáze přejít do fáze G0, žkterá zastaví ostatní kroky cyklu. žAby se z G0 fáze dostala, musí dostat specifický signál v G1 fázi žV této fázi je většina buněk našeho těla ž Související obrázek žM fáze, karyokineze: ž žAmitóza = přímé dělení žMitóza = nepřímé dělení žMeióza = redukční dělení ž ž ž ž žAmitóza ž= buněčné dělení, při kterém se netvoří chromozomy, nevzniká dělící vřeténko a obvykle při něm dochází k nerovnoměrnému rozdělení genetické informace. Nezaniká jaderná membrána. Probíhá zaškrcení jádra, posléze celé buňky. Dělí se tak buňky alterované (poškozené), nádorové, bakterií a sinic (prokaryot). žMitóza ž= buněčné dělení, které zabezpečuje rovnoměrné rozdělení genetického materiálu do dvou nově vznikajících dceřiných buněk. Tento typ buněčného dělení je typický pro tělní (somatické) buňky. žJe to souvislý, kontinuální proces. Konvenčně se ale dělí do čtyř fází: ž 10 žKaryokineze ž I.Profáze II.Metafáze III.Anafáze IV.Telofáze žMitóza = jaderné dělení, při kterém vznikají dceřiná jádra o stejném počtu chromozómů jako mateřské jádro. Obvykle trvá cca 1 hod. žpostmitotická buňka = buňka, která se již nikdy nebude dělit ¡většina velmi specializovaných buněk (neurony, buňky pokrývající villy 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 ž žJádro je dobře formované, obaleno membránami žjádro obsahuje jedno či více jadérek (nucleoli) žmimo jádro se nachází dva centrosomy, vzniklé replikací původně jednoho centrosomu žmikrotubuly rostou z těchto centrosomů všemi směry a vytvářejí tzv. aster („hvězda“) žchromosomy jsou již dlouho, od S fáze, zreplikovány, ale nejsou ještě pozorovatelné ž http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/files/59/9305.png ž žBěhem této fáze dochází ke spiralizaci ž vláken DNA a diferenciaci chromozómů, ž u kterých jsou patrné dvě chromatidy. žV závěru této fáze se rozpadá jaderná membrána a chromozómy se rozptylují. žPokud je v buněčné plazmě obsažen centrozom, rozdělí se a takto rozdělené centrozomy se začnou vzdalovat a vytvářet dělící vřeténko. http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/files/59/9306.png ž žChromozómy se seskupují v ekvatoriální ž rovině buňky a vzniká tak ž charakteristická metafázová destička. žTato fáze je nejvhodnější pro pozorování chromozómů a cytogenetická vyšetření. žPokud buňka obsahuje dělící vřeténko, je již plně vyvinuto. http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/files/59/9308.png ž žChromozómy jsou v oblasti centromer napojeny na vlákna vycházející ž z opačných pólů dělícího vřeténka. žNásledně 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. http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/files/59/9309.png ž žChromozómy jsou nahloučeny ž u buněčných pólů a despiralizují se, ž vytváří se kolem nich jaderná membrána. žNa konci telofáze dochází k zaškrcení buňky a vzniku dvou dceřiných buněk, každé připadne jedno nové jádro. http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/files/59/9310.png žNásleduje samotná cytokineze. Při cytokynezi vzniká přepážka mezi dceřinými buňkami trojím způsobem: ža) Pučením typické pro některé prvoky, kvasinky. Na mateřské buňce se vytvoří pupen (nestejné množství cytoplazmy), který se oddělí a teprve později doroste. žb) Rýhováním (zaškrcením) živočišné buňky. Dostředivé dělení. Buňka se jakoby "zaškrtí" od krajů do středu. žc) Přehrádečným dělením rostlinné buňky. Přehrádka mezi buňkami vzniká od středu ke kraji. Odstředivé dělení. ž Související obrázek mitosis Tato animace se týká živočišné buňky Centrozómy většiny rostlinných buněk postrádají centrioly žV každém z nás proběhne za život 1016 mitóz! žPokud počítáme, že naše těla se skládají z cca 3x1013 buněk ž… pak se v průběhu života buňky našeho těla kompletně vymění nejméně 100x! ¡všechny buňky samozřejmě ne, jsou zde buňky, které se nedělí 3714612002 žPodobně jako před mitózou, i před meiózou je S-fáze, ve které dojde k replikaci DNA a zdvojení chromosomů žtato replikace je ale následována dvěma po sobě jdoucími děleními žMeióza umožňuje vznik pohlavních buněk – gamet s redukovaným (haploidním) počtem chromozómů žvýsledkem jsou 4 buňky, každá s polovičním počtem chromosomů než měla rodičovská ž C:\Dokumenty\Já a moje firma. Práce\Espero Publishing\Knihy\Základy buněčné biologie\Obrázky\9_PowerPoint\9.35(jr).jpg 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 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. john6 žNa konci profáze vzniká dělící vřeténko žMikrotubuly dělícího vřeténka se zachycují do kinetochorů. žChromozomy se začínají přesouvat do ekvatoriální roviny žprofáze I. trvá obecně hodiny nebo i dny a typicky zabírá 90% času celé meiózy ž žChromozomy jsou nyní v ekvatoriální rovině, homologické chromozomy stále těsně u sebe žmikrotubuly jednoho centrosomu jsou připevněny ke kinetochoru jednoho z homologických chromozomů, mikrotubuly druhého chromozomu jsou připevněny ke kinetochoru druhého z homologických chromozomů ž žChromozomy se oddělí a směřují k opačným pólům buňky žsesterské chromatidy ale zůstávají u sebe a chromozom se nedělí, putuje celý k jednomu pólu buňky - jeho homolog putuje ke druhému pólu žPoznámka: 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. ž žNa každém pólu buňky je nyní jedna haploidní sada chromozomů. Z homologního páru se přesunul jeden chromozom k ž jednomu pólu buňky, druhý ke druhému žkaždý z chromozomů je ovšem stále tvořen dvěma sesterskými chromatidami žběhem telofáze I. následuje zpravidla cytokinese ž ž žProfáze – homologické chromozómy se párují (tvoří tzv. bivalenty), jejich chromozómy se proplétají a může dojít k tzv. crossing – overu žMetafáze – řazení do ekvatoriální roviny, dělící vřeténko žAnafáze – na rozdíl od mitózy jdou k pólům buněk celé chromozómy (nikoli jen jejich poloviny, chromatidy, jako u mitózy) žDo nové buňky se dostane vždy jen jeden z homologických chromozómů, nezávisle na původní příslušnosti k „otci“ či „matce“ ž Výsledek obrázku pro meioza žPřed meiózou II. není S-fáze (=replikace genetického materiálu) žVytváří se dělící vřeténko a chromozomy migrují do ekvatoriální roviny žKinetochory sesterských chromatid jsou připevněny k mikrotubulům opačných centrosomů, podobně jako při mitóze žCentromery sesterských chromatid se oddělují a sesterské chromatidy - nyní samostatné chromosomy - putují k opačným pólům buňky žNa opačných pólech buňky se tvoří jádra žvýsledkem jsou tedy čtyři buňky, každá s haploidním počtem chromosomů ž Výsledek obrázku pro meioza 13-08a-MitosisMeiosis-L ž(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 chromosomy těsně k sobě podél celé jejich délky. V pozdní profázi synaptonemální konplex mizí a homologní páry jsou v mikroskopu vidět jako tetrády. žve světelném mikroskopu jsou rovněž patrné struktury ve tvaru písmene X zvané chiasmata ž ž ž žchiasmata představují překřížení dvou nesesterských chromatid homologních chromozomů Chiasmata žchiasmata představují „přeskládání“ genetické informace, známou jako crossing-over žsynapse, chiasmata, crossing-over se objevují pouze v profázi I. meiózy, a nikdy při mitóze ž(2) v metafázi I. meiózy se v ekvatoriální rovině formují dvojice homologních chromozómů, nikoli individuální chromozomy jako při mitóze ž(3) při anafázi I. meiózy se sesterské chromatidy neoddělují a k pólům buňky přesunují celé chromozomy žRegulace buněčného cyklu ž žG1 / S – blokáda buněčného cyklu, jsou-li buněčný růst nebo okolní podmínky nepříznivé pro další dělení; žG2 / M – zastavení buněčného cyklu, není-li dokončena replikace DNA event. je-li DNA poškozena; žM / G1 – na přechodu metafáze/anafáze, zastavení, nejsou-li chromozomy řádně připevněny k mitotickému vřeténku. žKontrolní systém buněčného cyklu je založen na oscilacích aktivity cyklindependentních kináz – CdK. Jedná se o proteinkinázy, které tvoří komplexy s cykliny. Katalyzují fosforylaci bílkovinných substrátů, čímž dochází ke změnám v enzymatické aktivitě substrátu a v jeho interakci s jinými proteiny. ž žRegulace buněčného cyklu je klíčová a její poruchy mohou vést až k nádorovému bujení. Uskutečňuje se na dvou základních úrovních: žaktivace: G0 → G1. Začíná expresí genů primární odpovědi a poté následuje exprese kaskády příslušných sekundárních genů. žprogrese: G1 → S → G2 → M. žKontrolní systém monitoruje kompletnost kroků v buněčném cyklu. V případě zjištění neúplnosti dochází k vyslání inhibičních signálů blokujících buněčný cyklus v tzv. kontrolních bodech. ž ž mitoza2a žKinásy = enzymy, které aktivují či inaktivují jiné enzymy připojením fosfátové skupiny. Kinásy jsou v rostoucí buňce ve stále stejné koncentraci, ale po většinu času jsou neaktivní žcykliny = proteiny, jejichž koncentrace v buňce se cyklicky mění žaby se kinása stala aktivní, musí se spojit s cyklinem 12_16G2Checkpoint_L žNěkteré buňky, např. buňky kůže se dělí v průběhu celého života žpokud buňka nedostane signál „vpřed“ v G1 fázi, dostane se do fáze G0 V této fázi je většina buněk našeho těla žjiné, jako např. buňky jater, jsou připraveny se dělit, ale dělí se pouze v případě zranění žněkteré buňky dospělého člověka zřejmě ztratily schopnost se dělit (dříve se uváděly neurony a buňky svalů) žmechanismus regulace buněčného cyklu je klíčový pro pochopení vzniku rakoviny žploidie = počet kopií každého chromozomu přítomného v buněčném jádru žčíslo N = počet každé dvou šroubovicové molekuly DNA v jádru Každý chromozom obsahuje v odlišných fázích buněčného cyklu jednu nebo dvě molekuly DNA. žsomatické buňky mají dvě kopie každého typu chromozomu a jsou tedy zvány diploidní žgamety mají jen jednu kopii každého typu chromozomu a jsou zvány haploidní žgamety tedy mají v každém chromozomu jednu molekulu DNA a jsou tedy 1N žv některých fázích buněčného cyklu (G1) mají somatické buňky v každém chromozomu jednu molekulu DNA jsou tedy 2N žve fázi G2 a v raných fázích mitosy a meiosy však každý chromosom diploidní buňky obsahuje dvě molekuly DNA a buňka je tedy 4N žGametogeze je tvorba pohlavních buněk – gamet žPohlavní buňky vznikají redukčním dělením – meiózou žGamety mají v důsledku redukčního dělení haploidní sadu chromozómů žVyvíjejí se z buněk zárodečného epitelu pohlavních žláz, které jsou jako ostatní somatické buňky diploidní žVývoj samčích a samičích pohlavních buněk je velmi rozdílný. žSavci pohlavní buňky (gamety): ž - samčí (spermie) ž - samičí (vajíčka) žU savců existuje rozdíl mezi spermatogenezí a ovogenezí žPři spermatogenezi vznikají z 1 spermatogonie 4 haploidní spermie žPři ovogenezi se tvoří jen 1 zralé vajíčko a 3 pólocyty neschopné plození žSegregace chromozomů do gamet je náhodný proces, při němž se nezávisle rozchází homologní pár chromozomů žDůsledkem je, že v každé gametě jsou některé chromozomy původní otcovské sady a jiné z mateřské. To znamená, že každá gameta je z hlediska kombinace otcovských a mateřských chromozomů a tedy alel vybavena jinak ž Alely a jimi kódované znaky se sice dědí, ale nedědí se jejich kombinace žPravděpodobnost, že se do téže gamety dostanou ze všech homologních párů pouze chromozomy jednoho rodiče exponenciálně klesá s počtem chromozomů. Všeobecně obsahuje vždy 1 : 2n-1 gamet jednu z rodičovských kombinací chromozomů. U člověka s n = 23 činí tato pravděpodobnost pro jednu gametu 1:4 194 304. ž ž žZákladem pohlavního rozmnožování je splynutí dvou gamet, čímž vzniká zygota - diploidní buňka žtato zygota se mitózou rozdělí na dvě, 4,8,16… až dojde k narození dítěte. Proces pak bude stále pokračovat žv každé tělní buňce dítěte je tedy ž přesná kopie genů, které vytvořily ž zygotu ž žMeioza – crossing over žRozchod chromozomů při meioze (heterotyp. Dělení) žGamety .. Kombinace do zygoty žKombinace obou partnerů žmutace ž žNikdy nemůže vzniknout totožný člověk žDědičnost ano, ale každý člověk je naprosto jedinečný žKlíčová slova: žFáze buněčného cyklu; pučení; rýhování; přehradečné dělení; karyokineze; cytokineze; homologické chromozomy, mitóza; meióza, poidie buněk