Essential Cell Biology

Samankaltaiset tiedostot
Essential Cell Biology

Essential Cell Biology

Solun tuman rakenne ja toiminta. Pertti Panula Biolääketieteen laitos 2012

Perinnöllisyystieteen perusteita III Perinnöllisyystieteen perusteita. BI2 III Perinnöllisyystieteen perusteita 9. Solut lisääntyvät jakautumalla

Genomin ylläpito Tiina Immonen BLL Lääke8eteellinen biokemia ja kehitysbiologia

Ma > GENERAL PRINCIPLES OF CELL SIGNALING

CHEM-C2300 Solu- ja molekyylibiologia Syksy 2015

Muuttumaton genomi? Genomin ylläpito. Jakson luennot. Luennon sisältö DNA:N KAHDENTUMINEN ELI REPLIKAATIO

Lääketieteen ja biotieteiden tiedekunta Sukunimi Bioteknologia tutkinto-ohjelma Etunimet valintakoe pe Tehtävä 1 Pisteet / 15

Tuma. Tuma 2. Tuma 3. Tuma 1. Hemopoiesis. solun kasvaessa tuma kasvaa DNA:n moninkertaistuminen jättisolut

DNA:n informaation kulku, koostumus

Epigeneettinen säätely ja genomin leimautuminen. Tiina Immonen BLL Biokemia ja kehitysbiologia

Kurssiin sisältyvät kappaleet kirjasta Tortora et al. (Microbiology) ja Alberts et al. (Essential Cell Biology), 1/2

Tuma, solusykli ja mitoosi/heikki Hervonen 2012/Biolääketieteen laitos/anatomia Solubiologia ja peruskudokset-jakso

Syöpä. Ihmisen keho muodostuu miljardeista soluista. Vaikka. EGF-kasvutekijä. reseptori. tuma. dna

Solubiologia ja peruskudokset/ Biolääketieteen laitos/ Anatomia TUMA JA SOLUSYKLI HEIKKI HERVONEN

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

Solubiologian luennot Solusykli

Genomin ylläpito TIINA IMMONEN MEDICUM BIOKEMIA JA KEHITYSBIOLOGIA

SOLUN JAKAUTUMINEN, SOLUSYKLI JA APOPTOOSI

Solubiologian luennot Solusykli

PROTEIINIEN MUOKKAUS JA KULJETUS

Vastaa lyhyesti selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

Genomi-ilmentyminen Genom expression (uttryckning) Nina Peitsaro, yliopistonlehtori, Medicum, Biokemia ja Kehitysbiologia

Sytosoli eli solulima. Sytosoli. Solunsisäiset rakenteet, kalvostot ja proteiinien lajittelu (Chapter 12 Alberts et al.)

State of the Union... Functional Genomics Research Stream. Molecular Biology. Genomics. Computational Biology

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

SOLUJEN TOIMINNAN SÄÄTELY

Laskuharjoitus 4 selitykset Juha-Matti Alakoskela, jmalakos@cc.helsinki.fi

NUCLEAR MATRIX IN APOPTOTIC CELL DEATH AND CELL PROLIFERATION

Epigeneettinen säätely ja genomin leimautuminen. Tiina Immonen Medicum, Biokemia ja kehitysbiologia

The Plant Cell / Sytoskeleton

SÄTEILY JA SOLU. Riitta Mustonen ja Aki Salo

Green Growth Sessio - Millaisilla kansainvälistymismalleilla kasvumarkkinoille?

Viral DNA as a model for coil to globule transition

? LUCA (Last universal common ancestor) 3.5 miljardia v.

-1- Ota henkilötodistus mukaasi jättäessäsi vastauspaperin. Kysymyksiin voi vastata suomeksi, ruotsiksi tai englanniksi.

Tuma. Tuma 1. Hemopoiesis

Ota henkilötodistus mukaasi jättäessäsi vastauspaperin. Kysymyksiin voi vastata suomeksi, ruotsiksi tai englanniksi.

Bioteknologian tutkinto-ohjelma Valintakoe Tehtävä 3 Pisteet / 30

- Extra: PCR-alukkeiden suunnittelutehtävä haluttaessa

2.1 Solun rakenne - Lisämateriaalit

Efficiency change over time

HPV-infektion ja kohdunkaulan syövän esiasteiden luonnollinen kulku

Master's Programme in Life Science Technologies (LifeTech) Prof. Juho Rousu Director of the Life Science Technologies programme 3.1.

Capacity Utilization

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

On instrument costs in decentralized macroeconomic decision making (Helsingin Kauppakorkeakoulun julkaisuja ; D-31)

Genomin ilmentyminen

You can check above like this: Start->Control Panel->Programs->find if Microsoft Lync or Microsoft Lync Attendeed is listed

CS284A Representations & Algorithms for Molecular Biology. Xiaohui S. Xie University of California, Irvine

National Building Code of Finland, Part D1, Building Water Supply and Sewerage Systems, Regulations and guidelines 2007

Eliömaailma. BI1 Elämä ja evoluutio Leena Kangas-Järviluoma

7. Product-line architectures

Supplementary information: Biocatalysis on the surface of Escherichia coli: melanin pigmentation of the cell. exterior

The InTegrIn TaIl: a Tale of Cell MoTIlITy and division

1. SIT. The handler and dog stop with the dog sitting at heel. When the dog is sitting, the handler cues the dog to heel forward.

Etunimi: Henkilötunnus:

Infrastruktuurin asemoituminen kansalliseen ja kansainväliseen kenttään Outi Ala-Honkola Tiedeasiantuntija

Functional Genomics & Proteomics

PYÖRÄILY OSANA HELSINGIN SEUDUN KESTÄVÄÄ KAUPUNKILIIKENNETTÄ

LX 70. Ominaisuuksien mittaustulokset 1-kerroksinen 2-kerroksinen. Fyysiset ominaisuudet, nimellisarvot. Kalvon ominaisuudet

Genomin ilmentyminen Liisa Kauppi, Genomibiologian tutkimusohjelma

LIFE2000 rahoitettavat hankkeet

Drosophila on kehitysgenetiikan mallilaji nro 1

Mutaatiot ovat muutoksia perimässä

Security server v6 installation requirements

Results on the new polydrug use questions in the Finnish TDI data

DNA Tiina Immonen, FT, yo-lehtori HY Biolääketieteen laitos, Biokemia ja kehitysbiologia

Security server v6 installation requirements

tgg agg Supplementary Figure S1.

Biotieteiden perusteet farmasiassa, syksy 2017

- Jakautuvat kahteen selvästi erottuvaan luokkaan,

Perinnöllisyyden perusteita

Anatomia ja fysiologia 1 Peruselintoiminnat

Puhdistus ja desinfiointi Hygio-otsonointilaitteella

Supporting information

Solu - perusteet. Enni Kaltiainen

Syövän synty. Esisyöpägeenit (proto-onkogeenit)

Julkaisun laji Opinnäytetyö. Sivumäärä 43

Plant protection of cereals current situation

KONEISTUSKOKOONPANON TEKEMINEN NX10-YMPÄRISTÖSSÄ

Fungi infecting cultivated moss can also cause diseases in crop plants

REGULATION OF MYC ACTIVITY BY POST-TRANSLATIONAL MODIFICATIONS. Xi Qiao

Methods S1. Sequences relevant to the constructed strains, Related to Figures 1-6.

Tork Paperipyyhe. etu. tuotteen ominaisuudet. kuvaus. Väri: Valkoinen Malli: Vetopyyhe

Skene. Games Refueled. Muokkaa perustyyl. for Health, Kuopio

Tietorakenteet ja algoritmit

Other approaches to restrict multipliers

VIIKKI BIOCENTER University of Helsinki

TIEKE Verkottaja Service Tools for electronic data interchange utilizers. Heikki Laaksamo

CHEM-C2300 Solu- ja molekyylibiologia Luento

Läpimurto ms-taudin hoidossa?

"Geenin toiminnan säätely" Moniste sivu 13

16. Allocation Models

Supporting Information for

The CCR Model and Production Correspondence

Kansalaisten näkemykset sekä julkisen liikenteen ja pyöräilyn innovaatiot

Biologian tehtävien vastaukset ja selitykset

Information on Finnish Language Courses Spring Semester 2018 Päivi Paukku & Jenni Laine Centre for Language and Communication Studies

Transkriptio:

Alberts Bray Hopkin Johnson Lewis Raff Roberts Walter Essential Cell Biology FOURTH EDITION Chapter 18 The Cell-Division Cycle Copyright Garland Science 2014 4.12.2017: 1

CHAPTER CONTENTS OVERVIEW OF THE CELL CYCLE THE CELL-CYCLE CONTROL SYSTEM G 1 PHASE S PHASE M PHASE MITOSIS CYTOKINESIS CONTROL OF CELL NUMBERS AND CELL SIZE 2

Solunetti: Solujen elämä noudattaa yleensä tiettyä rytmiä eli solusykliä, jossa solunjakautuminen eli mitoosi ja välivaihe eli interfaasi vuorottelevat. Solusyklin päämääränä on useimmiten tuottaa solunjakautumisen avulla kaksi identtistä solua. Eliöiden kasvu (yksisoluisia lukuunottamatta) vaatii solujen jakautumista. Yksilönkehityksen alkuvaiheet ovatkin kiivainta jakautumisaikaa. Solujen jakautumista tarvitaan kuitenkin jatkuvasti myös aikuisessa yksilössä. Suuri osa eliön soluista on G0-vaiheessa, jossa solujen solusykli on pysähtynyt. Syynä solusyklin pysähtymiseen voi olla esimerkiksi sykliä edistävien kasvutekijöiden loppuminen. G0-vaiheisessa solussa ei ole lainkaan sykliinejä eikä niistä riippuvaisia kinaaseja (CDK). Solusykli voi käynnistyä uudelleen G0-vaiheen solussa kun tarvittavia kasvutekijöitä on jälleen saatavilla. Solun todennäköisyys siirtyä G0-vaiheeseen kasvaa jokaisen sen läpikäymän solunjakautumisen myötä. Solusyklin pituus vaihtelee solusta toiseen. Varsinainen solunjakautuminen kestää useimmissa soluissa enimmillään tunnin, joka on vain pieni osa koko solusyklin kestosta. Solusyklissä on useita tarkistuspisteitä, joiden tehtävänä on varmistaa, ettei solu etene seuraavaan vaiheeseen ennenaikaisesti. Kun olot solun sisällä ja ulkopuolella ovat sopivat solun jakautumiselle, muutokset tiettyjen avainproteiinien stabiiliudessa sallivat spesifisten proteiinikinaasien irtoamisen niitä estävistä säätelijöistä. Tämä laukaisee tapahtumaketjun, joka johtaa DNA:n kahdentumiseen ja solun jakautumiseen. Solusyklin vaiheet seuraavat toisiaan kuvan osoittamassa järjestyksessä: G1-vaihe: kasvuvaihe (Interfaasi) S-vaihe: DNA:n replikaatio (Interfaasi) G2-vaihe: DNA:n eheyden varmistaminen (Interfaasi) M-vaihe: solun jakautuminen 3

OVERVIEW OF THE CELL CYCLE The Eukaryotic Cell Cycle Usually Includes Four Phases A Cell-Cycle Control System Triggers the Major Processes of the Cell Cycle Cell-Cycle Control is Similar in All Eukaryotes 4

OVERVIEW OF THE CELL CYCLE The Eukaryotic Cell Cycle Usually Includes Four Phases A Cell-Cycle Control System Triggers the Major Processes of the Cell Cycle Cell-Cycle Control is Similar in All Eukaryotes 5

7.12.2017: Tenttikysymyksiä kenelläkään? 6

Solunetti: Solun jakautuminen on solun kannalta aina riski, jonka suuruutta monimutkainen säätelykoneisto pyrkii minimoimaan. Solusyklin säätelyä on tutkittu sammakon kudun, hiivan ja viljeltyjen eläinsolulinjojen avulla. Solun jakautumisessa on tiettyjä tarkastuspisteitä, joiden kohdalla solu pyrkii varmistamaan, että jakautuminen on edennyt oikein. Mikäli tarkastuspisteessä havaitaan häiriö esim. DNA-replikaatiossa, solusykli pysähtyy. Jos häiriö on suuri, voi solussa käynnistyä jakautumisen sijasta solukuolema. Tärkeimmät tarkistuspisteet sijaitsevat G1-vaiheessa juuri ennen S- vaiheeseen siirtymistä ja G2-vaiheessa ennen solunjakautumiseen siirtymistä. Solusyklinsäätelyn vauriot voivat saada aikaan epänormaalia solunjakautumista ja aiheuttaa syövän. THE CELL-CYCLE CONTROL SYSTEM The Cell-Cycle Control System Depends on Cyclically Activated Protein Kinases called Cdks Different Cyclin Cdk Complexes Trigger Different Steps in the Cell Cycle Cyclin Concentrations are Regulated by Transcription and by Proteolysis The Activity of Cyclin Cdk Complexes Depends on Phosphorylation and Dephosphorylation Cdk Activity Can be Blocked by Cdk Inhibitor Proteins The Cell-Cycle Control System Can Pause the Cycle in Various Ways 7

8

THE CELL-CYCLE CONTROL SYSTEM The Cell-Cycle Control System Depends on Cyclically Activated Protein Kinases called Cdks Different Cyclin Cdk Complexes Trigger Different Steps in the Cell Cycle Cyclin Concentrations are Regulated by Transcription and by Proteolysis The Activity of Cyclin Cdk Complexes Depends on Phosphorylation and Dephosphorylation Cdk Activity Can be Blocked by Cdk Inhibitor Proteins The Cell-Cycle Control System Can Pause the Cycle in Various Ways Solusyklin säätelyyn osallistuu monimutkainen, proteiinikinaasien toimintaan pohjautuva säätelymekanismi, joka on hyvin konservoitunut kautta eliökunnan. Säätelyjärjestelmän pääkomponentteja ovat sykliinit ja sykliiniriippuvaiset proteiinikinaasit (CDK:t). Solun sisäisen säätelyn lisäksi solusykliä säätelevät myös ympäristösignaalit. Toisin kuin yksisoluiset, jotka jakautuvat aina kun se on mahdollista, monisoluisten eliöiden solut ovat pysähtyneessä tilassa (G0-vaihe) kunnes saavat solunjakautumisen käynnistävän signaalin. Jakautumisen käynnistävä signaali on yleensä kasvutekijä kuten EGF (epidermal growth factor). 9

Sykliinit ovat proteiineja, jotka ilmenevät soluissa vain tiettyjen solusyklin vaiheiden aikana säädellen siten solusyklin vaiheita. Ne säätelevät solusykliä aktivoimalla sykliineistä riippuvaisia kinaaseja (CDK, cyclin-dependent protein kinases) sitoutumalla niihin. Sykliinit hajotetaan proteolyyttisesti proteasomien avulla mitoosin aikana. Alla olevassa kuvassa violetti väri osoittaa sen solusyklin vaiheen, jossa kukin sykliineistä ilmenee solussa. Sykliinit voidaan jaotella kahteen luokkaan: G1-sykliinit esiintyvät nimensä mukaisesti G1-vaiheessa ja edistävät siirtymistä S-vaiheeseen mitoottiset sykliinit ilmenevät G2-vaiheessa ja edistävät siirtymistä solunjakautumiseen CDK:hon sitoutuneet G1-sykliinit käynnistävät DNA-replikaatioon vaadittavien proteiinien, mm. DNA-polymeraasin ja histonien tuoton. Mitoottisen sykliinin määrä lisääntyy G2-vaiheessa ja se sitoutuu CDK:hon, muodostaen MPF-kompleksin (M-phase Promoting Factor). MPF aktivoituu muiden entsyymien vaikutuksesta ja edistää aktiivisessa muodossaan solunjakautumista. MPF inaktivoituu mitoosissa anafaasivaiheessa. 10

Solunetistä: 11

Anaphase-promoting complex tags M and S cyclins with a chain of ubiquitin -> directed to proteasomes -> cyclins rapidly degraded Proteasomes are protein complexes which degrade unneeded or damaged proteins by proteolysis, a chemical reaction that breaks peptide bonds. Enzymes that help such reactions are called proteases. Proteasomes are part of a major mechanism by which cells regulate the concentration of particular proteins and degrade misfolded proteins. In eukaryotes, proteasomes are located in the nucleus and the cytoplasm. THE CELL-CYCLE CONTROL SYSTEM The Cell-Cycle Control System Depends on Cyclically Activated Protein Kinases called Cdks Different Cyclin Cdk Complexes Trigger Different Steps in the Cell Cycle Cyclin Concentrations are Regulated by Transcription and by Proteolysis The Activity of Cyclin Cdk Complexes Depends on Phosphorylation and Dephosphorylation Cdk Activity Can be Blocked by Cdk Inhibitor Proteins The Cell-Cycle Control System Can Pause the Cycle in Various Ways 12

For M-Cdk to be active, inhibitory phosphatases must be removed. It is still not clear how the timing of the phosphatase triggering step is controlled. Other blocking/inhibition modes are also known, e.g. by a Cdk inhibitor (G1 -> S). 13

Solunjakautuminen: mitoositehtävä https://www.youtube.com/watch?v=ofjyw7arp1c 14

15

Mitotic spindle = sukkularihmasto eli tumasukkula; kaksinapainen säiekimppu, joka havaitaan solunjakautumisen aikana. Sen tehtävä on ohjata kromosomien liikkeitä ja solunjakautumista. Spindle pole = sukkulanapa, sukkularihmastoa organisoiva keskus 16

17

18

19

20

MITOSIS Proteolysis Triggers Sister-Chromatid Separation at Anaphase Chromosomes Segregate During Anaphase An Unattached Chromosome Will Prevent Sister-Chromatid Separation The Nuclear Envelope Re-forms at Telophase 21

CYTOKINESIS The Mitotic Spindle Determines the Plane of Cytoplasmic Cleavage The Contractile Ring of Animal Cells Is Made of Actin and Myosin Filaments Cytokinesis in Plant Cells Involves the Formation of a New Cell Wall Membrane-Enclosed Organelles Must Be Distributed to Daughter Cells When a Cell Divides 22

CYTOKINESIS The Mitotic Spindle Determines the Plane of Cytoplasmic Cleavage The Contractile Ring of Animal Cells Is Made of Actin and Myosin Filaments Cytokinesis in Plant Cells Involves the Formation of a New Cell Wall Membrane-Enclosed Organelles Must Be Distributed to Daughter Cells When a Cell Divides 23

Huom! Tässä oli läpikäytynä mitoosi. Meioosi on suvulliseen lisääntymiseen sopivaksi muuntunut solunjakautumistapahtuma, johon kuuluu kaksi tuman ja solun jakautumista, mutta vain yksi kromosomien kahdentuminen eli replikaatio. Ei tarvitse osata tämän kurssin puitteissa. CONTROL OF CELL NUMBERS AND CELL SIZE Apoptosis Helps Regulate Animal Cell Numbers Apoptosis Is Mediated by an Intracellular Proteolytic Cascade The Intrinsic Apoptotic Death Program Is Regulated by the Bcl2 Family of Intracellular Proteins Extracellular Signals Can Also Induce Apoptosis Animal Cells Require Extracellular Signals to Survive, Grow, and Divide 24

Apoptoosi Apoptoosi eli ohjelmoitunut solukuolema on solujen jakautumista säätelevien geenien määräämä solujen ohjelmoitu kuoleminen, joka on normaali osa yksilönkehitystä ja kudosten uusiutumista. Apoptoottisessa solussa tuman kromatiini tiivistyy ja kasautuu tumakotelon reunoille ja DNA hajoaa. Tuma hajoaa osiksi joita tumakotelo yhä ympäröi. Solun tukiranka hajoaa ja solukalvo poimuuntuu. Solu hajoaa solukalvon ympäröimiksi rakkuloiksi. Fagosytoiva solu tuhoaa solun ottamalla sen sisäänsä. Kaikki makromolekyylit tuhoutuvat. Joskus kuitenkin nämä kutistuneet solut/rakkulat voivat säilyä pitkiäkin aikoja tehtävässään, sillä esimerkiksi silmän linssi koostuu lähinnä kuolleista soluista. 25

Solun pinnalla on reseptoreita, joiden aktivoituminen käynnistää apoptoosiin. Reseptorit aktivoituvat välittäjäaineiden sekä tulehdussolun vastinreseptorien avulla. Jos solu on vaurioitunut, se voi sisältä käsin käynnistää apoptoosin. Mitokondriolla on iso osa apoptoosin säätelyssä. Mitokondriot voivat tunnistaa solussa stressitekijöitä jolloin apoptoosi käynnistyy. Myös DNA:n vaurio voi johtaa apoptoosiin säätelyproteiinin välityksellä. Jos solulta puuttuu elonjäämistä edistäviä tekijöitä apoptoosi käynnistyy. Aiheuttajana voi olla esimerkiksi solulle vieras ympäristö tai solun väärä kiinnittyminen. On useita tilanteita, joissa soluista on päästävä eroon: Vaurioituneet tai virusten infektoimat solut saadaan apoptoosin avulla tuhottua. Yksilönkehityksen aikana muun muassa sormien synty on apoptoosin ansiota. Sormet muotoutuvat tarpeettomien solujen kuollessa sormien välistä. Myös auringonvalon vaikutuksesta vaurioituneet ihosolut tuhoutuvat apoptoottisesti. Apoptoosi ei aiheuta tulehdusta (vrt. nekroosi). Apoptoosilla on myös keskeinen merkitys immuunipuolustuksessa, ja syöpään liittyy usein apoptoosin estyminen. 26

27

http://www.nature.com/cr/journal/v17/n9/fig_tab/cr200752f1.html = apoptoosi on monimutkainen sarja signaalinvälitysketjuja (reittejä ei tarvitse osata) CONTROL OF CELL NUMBERS AND CELL SIZE Apoptosis Helps Regulate Animal Cell Numbers Apoptosis Is Mediated by an Intracellular Proteolytic Cascade The Intrinsic Apoptotic Death Program Is Regulated by the Bcl2 Family of Intracellular Proteins Extracellular Signals Can Also Induce Apoptosis Animal Cells Require Extracellular Signals to Survive, Grow, and Divide 28

CONTROL OF CELL NUMBERS AND CELL SIZE Survival Factors Suppress Apoptosis Mitogens Stimulate Cell Division by Promoting Entry into S Phase Growth Factors Stimulate Cells to Grow Some Extracellular Signal Proteins Inhibit Cell Survival, Division, or Growth 29

30

Tenttikysymyksiä? Muistakaa Webropol-palautteen täyttö!!! Kertauksena kurssin keskeiset teemat Essential contents: Microbiology (Tortora) General classes of cells: bacteria, archaea, fungi, algae, plant cells, animal cells + viruses General understanding of similarities and differences Cellular structure of prokaryotes Cellular structure of eukaryotes Lytic and lysogenic cycle of viruses Gram staining General principles of microbial growth (e.g. bacterial growth curve, cultivation in laboratory) Growth requirements of microbes (e.g. temperature, oxygen content) Control of microbial growth (e.g. most common sterilization methods) 7.12.2017 62 31

Essential contents: Microbiology (Tortora) - Principles of light and electron microscopy + similarities and differences when these methods are compared - General principles of transcription and translation (genetics) - Principle of the genetic code - General control mechanisms of the genes (repression and induction) - Effect of mutations in transcription and translation of the genes - General principle of restriction enzymes and their functionality - Restriction enzymes in recombinant DNA technology (= cloning) - Usage of different cell types in biotechnology and gene technology (e.g. as production organisms, food technology) 7.12.2017 63 Essential contents: Essential Cell Biology (Alberts) - General principles of protein transport (e.g. signal sequences in polypeptide chains, role of vesicles) - General principles of cell signaling: different signaling types - Cell cycle: central phases and their purpose, phases in mitosis 7.12.2017 64 32