วัฏจักรและการแบ่งเซลล์
วัฏจักรเซลล์คือลำดับขั้นตอนที่เซลล์เพิ่มจำนวนสารพันธุกรรมและแบ่งตัวออกเป็นเซลล์ลูกสองเซลล์ ซึ่งถูกควบคุมโดยระบบควบคุมที่กำหนดเวลาและลำดับที่ถูกต้อง
Definition
วัฏจักรเซลล์คือชุดของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ซึ่งประกอบด้วยการจำลองดีเอ็นเอและการแบ่งเซลล์ โดยที่เซลล์หนึ่งเซลล์กลายเป็นสองเซลล์; การแบ่งเซลล์คือการแบ่งส่วนทางกายภาพของสารภายในเซลล์ออกเป็นเซลล์ลูก
Scope
ส่วนนี้ครอบคลุมระยะต่างๆ ของวัฏจักรเซลล์ ระบบควบคุมระดับโมเลกุลของไซคลินและไซคลิน-ดีเพนเดนต์ไคเนส (cyclin-dependent kinases) และจุดตรวจสอบ (checkpoints) กลไกของการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส (mitosis) และไซโตไคเนซิส (cytokinesis) ที่กระจายโครโมโซมที่เพิ่มจำนวนแล้ว และการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส (meiosis) ซึ่งเป็นการแบ่งเซลล์พิเศษที่สร้างเซลล์สืบพันธุ์
Sub-topics
Core questions
- วัฏจักรเซลล์มีระยะใดบ้างและเกิดอะไรขึ้นในแต่ละระยะ?
- ไซคลินและไซคลิน-ดีเพนเดนต์ไคเนสขับเคลื่อนการดำเนินไปของวัฏจักรเซลล์ได้อย่างไร?
- จุดตรวจสอบทำให้แน่ใจได้อย่างไรว่าเหตุการณ์ต่างๆ เกิดขึ้นตามลำดับที่ถูกต้อง?
- การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสและไมโอซิสแตกต่างกันอย่างไรในผลลัพธ์?
Key theories
- การควบคุมวัฏจักรเซลล์โดยไซคลิน–CDK
- การดำเนินไปของวัฏจักรเซลล์ถูกขับเคลื่อนโดยไซคลิน-ดีเพนเดนต์ไคเนส ซึ่งกิจกรรมจะเพิ่มขึ้นและลดลงตามการสังเคราะห์และการทำลายคู่หูไซคลิน ซึ่งจะกระตุ้นการเปลี่ยนผ่านในแต่ละระยะตามลำดับ
- การควบคุมวัฏจักรการแบ่งเซลล์ทางพันธุกรรม
- การกลายพันธุ์ในยีนที่กำหนดจะขัดขวางวัฏจักรเซลล์ในจุดที่เฉพาะเจาะจง แสดงให้เห็นว่าการแบ่งเซลล์ถูกควบคุมโดยโปรแกรมทางพันธุกรรมที่เป็นระเบียบ แทนที่จะเป็นชุดของปฏิกิริยาแบบเฉื่อยชา
Mechanisms
วัฏจักรเซลล์ดำเนินไปตามระยะ G1, ระยะ S ที่มีการจำลองดีเอ็นเอ, G2 และระยะ M ที่เซลล์แบ่งตัว ระบบควบคุมที่อาศัยไซคลิน-ดีเพนเดนต์ไคเนส ซึ่งถูกกระตุ้นโดยไซคลินและปรับเปลี่ยนโดยฟอสโฟรีเลชันและสารยับยั้ง จะกระตุ้นการเปลี่ยนผ่านในแต่ละระยะ จุดตรวจสอบจะคอยตรวจสอบขนาดเซลล์ ความสมบูรณ์ของดีเอ็นเอ การจำลองดีเอ็นเอที่สมบูรณ์ และการยึดเกาะของโครโมโซม โดยจะหยุดการดำเนินไปจนกว่าเงื่อนไขจะครบถ้วน ในระยะ M สปินเดิลไมโทติก (mitotic spindle) จะแยกโครโมโซม และไซโตไคเนซิสจะแบ่งไซโตพลาสซึม; การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสจะเพิ่มขั้นตอนการรวมตัวกันใหม่ (recombination) และการแบ่งตัวครั้งที่สองเพื่อลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่ง
Clinical relevance
วัฏจักรเซลล์เป็นพื้นฐานของการเจริญเติบโต การซ่อมแซมเนื้อเยื่อ และการสืบพันธุ์ และระบบควบคุมของมันเป็นรากฐานสำคัญของชีววิทยาเซลล์และชีววิทยาพัฒนาการ การอธิบายในที่นี้เป็นไปในเชิงพรรณนาและไม่เป็นการแนะนำการรักษา
History
การศึกษาพันธุศาสตร์ยีสต์ของ Hartwell ได้กำหนดตำแหน่งยีนและจุดตรวจสอบของวัฏจักรการแบ่งเซลล์; Nurse ได้ระบุไซคลิน-ดีเพนเดนต์ไคเนสที่สำคัญ และ Hunt ได้ค้นพบไซคลินในฐานะตัวควบคุมที่ถูกทำลายเป็นระยะ ซึ่งทั้งหมดนี้ได้สร้างความเข้าใจเกี่ยวกับการควบคุมระดับโมเลกุลของวัฏจักรเซลล์
Key figures
- Leland Hartwell
- Paul Nurse
- Tim Hunt
- David Morgan
Related topics
Seminal works
- evans1983
- hartwell1974
Frequently asked questions
- ไซคลิน-ดีเพนเดนต์ไคเนสคืออะไร?
- เป็นเอนไซม์ที่ขับเคลื่อนวัฏจักรเซลล์ไปข้างหน้าโดยการฟอสโฟรีเลทโปรตีนเป้าหมาย แต่จะทำงานได้เมื่อจับกับคู่หูไซคลินเท่านั้น ดังนั้นกิจกรรมของพวกมันจึงถูกกำหนดเวลาโดยการเพิ่มขึ้นและลดลงของไซคลิน
- จุดประสงค์ของจุดตรวจสอบวัฏจักรเซลล์คืออะไร?
- จุดตรวจสอบจะหยุดวัฏจักรชั่วคราวจนกว่าเงื่อนไขสำคัญจะครบถ้วน เช่น การจำลองดีเอ็นเอที่สมบูรณ์และไม่เสียหาย และการยึดเกาะของโครโมโซมที่เหมาะสม เพื่อให้แน่ใจว่าการแบ่งเซลล์จะสร้างเซลล์ลูกที่ถูกต้อง