The Cell Cycle

Question 1

Hva er en cellesyklus?

Answer 1

Cellesyklusen er syklusen av duplikasjon og deling, og den er den essensielle mekanismen for reproduksjon hos alle levende organismer.
I encellede organismer vil hver syklus produsere en komplett ny organisme.
I flercellede organismer kreves en lang og kompleks rekke av celledelingen for å produsere en fungerende organisme.

Question 2

Hva er cellens mest fundamentale oppgave?

Answer 2

Å overgi sitt genetiske materiale til neste generasjon med celler.

Question 3

Hva skjer om ikke morcellen også duplikerer og overgir kopier av alle organeller og makromolekyler?

Answer 3

De nye cellene ville blitt mindre for hver generasjon.

Question 4

Hva er de to hovedfasene i cellesyklusen?

Answer 4

S-fasen, hvor duplikasjon av kromosomene forekommer (S for DNA syntese). Fasen krever 10-12 timer og okkuperer omtrent halvparten av tiden en typisk cellesyklusn tar.
Etter S-fasen forekommer kromosom-segregering og celledeling i M-fasen (M for mitose). Denne fasen krever mye mindre tid.

Question 5

Hvilke to store hendelser skjer under M-fasen?

Answer 5

Nukleær deling, eller mitose, hvor de to kopierte kromosomene blir fordelt i par av datter-kjerner.
Cytoplasmisk deling, eller cytokinese, hvor selve cellen deles i to.

Question 6

Hva er “gap phases”?

Answer 6

Celler krever ofte mer tid til å vokse og å doble massen av proteiner og organeller, enn det de gjør til å duplikere kromosomene og å dele seg. Delvis for å gi cellen tid til å vokse, har de fleste cellesukluser “gap phases” - en G1.fase mellom M-fasen og S-fasen, og en G2-fase mellom S-fasen og mitose.
“gap phases” fungerer også for å gi cellen tid til å sjekke det innvendige og utvendige miljøet for å forsikre at forholdene er passende og at forberedelser er fullførte for cellen forplikter seg til de komplekse hendelsene i S-fasen og i mitose.

Question 7

Hvilke fire sekvensielle faser er den eukaryote cellesyklusen delt inn i?

Answer 7

G1, S, G2, og M.
G1, S, og G2 kalles sammen for interfase.

Question 8

Hva er G0?

Answer 8

HVis ekstracellulære forhold er ugunstige for celledeling, kan celler forsinke progressen gjennom G1, eller enentuelt gå inn i en spesialisert hvilefase (G0) hvor de kan forbli i dager, uker, eller til og med år.
Hvis forholdene blir gunstige eller signaler om å vokse og å dele seg blir introdusert, vil celler i G0 gå videre gjennom et forpliktelsespunkt i G1 kjent som Start eller Restriksjonspunktet.

Question 9

Hva er en endosylus?

Answer 9

En syklus hvor flere runder av S-fasen forekommer uten å være innom M-fasen, noe som resulterer i celler med mange kopier av genomet.

Question 10

Hvilkemetoder kan anvendes for å undersøke hvilken del av cellesyklusen en celle befinner seg i?

Answer 10

Mikroskopi og fluorescerende fargestoffer, eventuelt måle DNA-innholdet - som dobler seg under S-fasen.

Question 11

Hvordan fungerer cellesyklus-kontrollsystemet?

Answer 11

Kontrollsystemet fungerer som en timer som trigger hendelsene i cellesyklusen i en gitt sekvens.
I sin enkleste form fungerer systemet slik at det git hver fase en gitt tidsperiode. Systemet er - i tidlige embryoniske delinger - uavhengig av hendelsene det kontrollerer, så timing-mekanismen fortsetter slev om disse hendelsene feiler. I de fleste celler responderer likevel systemet på informasjon gitt fra prosessene det kontrollerer.

Question 12

Hva er de tre viktigste reguleringspunktene i cellesyklusen til eukaryote celler?

Answer 12

1) Start (restriksjonspunktet) i den sene G1-fasen når cellen forplikter seg til inngang i cellesyklusen og kromosom-duplikasjon.
2) G2/M-overgangen, når kontrollsystemet trigger tidlige mitotiske hendelser som fører til kromosom-alignment på den mitotiske spindelen i metafasen.
3) Metaphase-to-anaphase transition, når kontrollsystemet stimulerer separasjon av søster-kromatid, noe som fører til fullføringen av mitose og cytokinese.

Question 13

Hva er cyclin-dependent kinases (Cdks)?

Answer 13

Det er protein kinaser som er sentrale komponenter i cellesyklus-kontrollsystemet.
Aktiviteten til kinasene øker og synker ettersom cellen går gjennom syklusen, noe som fører til sykliske endringer i fosforyleringen av intracellulære proteiner som initierer eller regulerer hendelsene i syklusen. En økning i Cdk-aktivitet ved G2/M-overgangen vil for eksempel øke fosforyleringen av proteiner som kontrollerer kromosom-kondensering, nedbrytninge av den nukleære konvolutten, montering av spindelen, og andre hendelser under tidlig mitose.
De sykliske endringene i Cdk-aktivitet blir kontrollert av et komplekst utvalg av andre proteiner.

Question 14

Hva er de tre hovedklassene av cyclins?

Answer 14

1) G1/S-cyclins aktiverer Cdks i den sene G1-fasen og bidrar dermed til å trigge progresjon gjennom Start, noe som resulterer i forpliktelse til inngang i cellesyklusen. Nivåene faller i S-fasen.
2) S-cyclins binder Cdks rett etter progresjon gjennom Start og bidrar til å stimulerer kromosom-duplikasjon. Nivåene er forhøyede frem til mitose.
3) M-cyclins aktiverer Cdks som stimulerer inngang i mitosen ved G2/M-overgangen- Nivåene faller midtveis i mitosen.

Question 15

Hvordan aktiveres Cdks fullstendig?

Answer 15

Binding til cyclins aktiverer ikke Cdk fullstendig. Derfor trengs det en annen kinase (CAK) som fosforylerer nær det aktive setet til Cdk. Dette forårsaker en konformasjonell endring som øker aktiviteten til Cdk-

Question 16

Hva er funksjonen til protein kinasen Wee1?

Answer 16

DEn fosforylerer et par aminosyrer nær det aktive setet, og inhiberer Cdk.
Cdc25 defosforylerer.

Question 17

Hvilke faktorer legger til rette for at substrat blir fosforylert i riktig rekkefølge?

Answer 17

1) Spesifisitet. En spesifikk sekvens på toppen av Cdk som gjør at cyclin-Cdk komplekset binder seg tettere på bestemte mål.
2) Affinitet. Forskjeller i affinitet for interaksjoner mellom det aktive setet til Cdk og substratet
3) Timing for fosforylering er også avhengig av den motsatte fosfatasen.

Question 18

Hvordan kan positiv feedback generere den bryter-lignende oppførselen til overganger i cellesyklusen?

Answer 18

M-Cdks evne til å aktivere sin egen aktivator (Cdc25) og inhibere sin egen inhibitor (Wee1) resulterer i positiv feedback. Resultatet er at alle M-Cdk komplekser i cellen blir raskt og irreversibelt aktivert, noe som fører til rask fosforylering av mange proteiner som driver de tidlige hendelsene i mitose.

Question 19

Hva er anaphase-promoting complex, or cyclosome (APC/C)?

Answer 19

Det er hovedregulatoren til metaphase-to-anaphase overgangen, og destruerer proteiner fremfor å fosforylere dem.
APC/C katalyserer ubiquitylation og destruksjon av to hovedproteiner:
1) Securin, dens destruksjon i metafasen aktiverer en protease som separerer søster-kromatidene og slipper løs anafasen.
2) S- og M-cyclins. Å ødelegge disse cyclins inaktiverer de fleste Cdks i cellen. Som et resultat blir de mange proteinene som fosforyleres av Cdks fra S-fasen til tidlig mitose defosforylert av PP2A og andre fosfataser. Denne defosforylering kreves for fullføring av M-fasen.

Question 20

Hva er det som resetter cellesyklus-kontrollsystemet?

Answer 20

Inaktiveringen av Cdks i den sene M-fasen. Denne tilstanden av Cdk-inaktivitet genererer en stabil G1 gap phase.

Question 21

Hvilke to trinn er initiering av DNA replikasjon delt inn i?

Answer 21

1) Det første trinnet forekommer kun i sen mitose eller tidlig G1 når to inaktive DNA helicases - Mcm helicases - blir satt på DNAet på replikasjonssetet. Dette trinnet kalles noen ganger licensing of replication origins, fordi initiering av DNA syntese er kun tillatt på origins som er forhåndslastet med Mcm helicases.
2) Det andre trinnet forekommer i S-fasen, når Mcm helicases blir aktivert, primært av S-Cdks, noe som resulterer i DNA unwinding og initieringen av DNA syntese.

Question 22

Hva involverer duplikasjon av kromosomer i S-fasen?

Answer 22

Det involverer akkurat replikasjon av heel DNA-molekylet i hvert kromosom, i tillegg til duplikasjon av kromatinproteinene som assosierer med DNAet og styrer ulike aspekter av kromosom-funksjon.

Question 23

Hva trigger kromosom-duplikasjon?

Answer 23

Aktivering av S-Cdk, som aktiverer proteiner som tvinner opp DNAet og initierer replikasjon på replication origins.
Når et replication origin er aktivert, vil S-Cdk også inhibere proteiner som kreves for at det origin skal initiere DNA replikasjon igjen.

Question 24

Hvilke trinn deles mitose inn i ?

Answer 24

Profase - prometafase - metafase - anafase - telofase ( - cytokinesis)

Question 25

Fra et regulatorisk synspunkt, hvilke to hoveddeler kan mitose deles inn i?

Answer 25

1) En økning i M-Cdk aktivitet ved G2/M overgangen trigger hendelser i tidlig mitose (profase, prometafase, og metafase). M-Cdk og andre mitotiske protein kinaser fosforylerer et utvalg proteiner, som fører til monteringen av den mitotiske spindelen og dens binding til søster-kromatider.
2) Begynner ved metafase-til-anafase overgangen, når APC/C trigger ødeleggelse av securin, som befrir en protease som kløyver cohesin og dermed initierer separasjon av søster-kromatidene.

Question 26

Hvilke funksjoner har M-Cdk?

Answer 26

1) Indusere monteringen av den mitotiske spindelen og forsikre at hvert søster-kromatid i et par er bundet til hver sin pol.
2) Trigge kromosom-kondensering
3) Fremme nedbrytning av den nukleære konvolutten og rearrangementer av aktin-cytoskjelettet og Golgi.

Alle disse hendelsene blir initiert når M-Cdk fosforylerer spesifikke proteiner som er involvert i prosessen.

Question 27

Hvilket protein er ansvarlig for kondensering og resolution av søster-kromatider?

Answer 27

Condensin.

Question 28

Hvilke to typer mikrotubuli finnes i den mitotiske spindelen?

Answer 28

Kinetochore microtubules og non-kinetochore microtubules

Question 29

Hvilke tre kategorier kan microtubule-associated proteins deles inn i?

Answer 29

1) nucleating factors
2) Regulatory proteins
3) motor proteins ‘

Question 30

Hvordan kan pluss-ende-depolymerisering drive kinetochores mot polen?

Answer 30

1) Ndc80 komplekser i kinetochore lager flere lav-affinitetsbindinger langs siden av mikrotubuli. Fordi bindingene konstant ødelegges og bygges opp igjen på nye plasser, forblir kinetochore bundet til mikrotubuli selv ved depolymerisering. Dette kan flytte kinetochore mot spindelpolen.
2) microtubule flux, hvor mikrotubuli selv blir dratt mot spindelpolene og demontert på minus-endene.
3) polar ejection force (polar wind)

Question 31

Hv aer funksjonen til spindle assembly checkpoint?

Answer 31

Mekanismen forsikrer at celler ikke går inn i anafasen før alle kromosomer er korrekt bi-orientert på den mitotiske spindelen

Question 32

Hva skjer under anafase A og B?

Answer 32

Anafase A er den initielle polrettede bevegelsen av kromosomer, som skjer sammen med forkorting av kinetochore-mikrotubuli.
Anafase B er separasjon av selve spindelpolene, som begynner etter søsterkromatidene har blitt separert og datterkromosomene har flyttet seg litt fra hverandre.

Question 33

Hvordan og når forekommer cytokinese?

Answer 33

I de fleste dyreceller, begynner cytokinese i anafasen og er ferdig rett etter fullføringen av mitose i telofasen.
Cytokinese begynner med tilstedeværelen av en cleaving furrow på celleoverflaten. Furrow synker raskt og sprer seg rundt cellen til den deler cellen fullstendig i to. Strukturen som er grunnlaget for denne prosessen er the contractile ring - som består av aktin og myosin II. Ringen dannes under anafasen, og trekker seg sakte sammen til den lille membranbruen mellom de to nye cellene kuttes av (abscission).

Question 34

Hvilket protein kontrollerer monteringen og funksjonen til contractile ring?

Answer 34

RhoA, en liten GTPase fra Ras superfamilien.

Question 35

Hvilke tre fundamentale prosesser er organ- og kroppsstørrelse avhengig av?

Answer 35

1) Cellevekst
2) Celledeling
3) Celleoverlevelse

Question 36

Hvilke tre klasser av ekstracellulære signalmolekyler regulerer cellevekt, -deling og -overlevelse?

Answer 36

1) Mitogens, som stiulerer celledeling, primært ved å trigge en bølge av G1/S-Cdk aktivitet som frigjør intracellulære negative kontroller som ellers blokkerer progress gjennom cellesyklusen
2) Vekstfaktorer, som stimulerer cellevekst ved å fremme syntese av proteiner og andre makromolekyler og ved å inhibere deres nedgradering
3) Overlevelsesfaktorer, som fremmer celleoverlevelse ved å undertrykke apoptose