Celcyclus

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Embryo van acht cellen. Het resultaat van drie generaties celdeling

Celcyclus is bij eukaryotische cellen het cyclische proces van celdeling, groei, tot de volgende celdeling.

Groei en ontwikkeling zijn kenmerken van het leven. Omdat alle organismen uit één of meer cellen bestaan, is groei een proces dat zich ook afspeelt op het niveau van de cel. Bij eukaryoten bevat elke diploïde cel een aantal paren chromosomen, waarbij de twee chromosomen van een paar (behoudens soms de geslachtschromosomen) min of meer aan elkaar gelijk zijn. Een organisme kan soms wat groeien doordat de cellen waaruit het bestaat in grootte toenemen, maar op een gegeven moment is voor verdere groei vermeerdering van cellen nodig. Het principe van vermeerdering van cellen is eenvoudig: een cel doorloopt een fase waarin zij in omvang toeneemt, plasmagroei, daarna deelt de cel zich en twee nieuwe dochtercellen worden gevormd.

Vormen van celdeling[bewerken]

Bij prokaryoten delen de cellen door binaire deling.

Bij eukaryoten zijn er twee vormen van celdeling:

De celdeling waarbij twee cellen ontstaan die dezelfde kenmerken bezitten als de oorspronkelijke cel waaruit zij ontstaan zijn, heet (ongeslachtelijke) deling. Aan de deling gaat de mitose vooraf.

Het proces van celvermeerdering door deling bestaat zelf weer uit drie fasen:

  • een fase waarin het erfelijke materiaal van een cel verdubbeld wordt;
  • de mitose: een fase waarin dit verdubbelde erfelijke materiaal over beide toekomstige cellen verdeeld wordt;
  • de deling van het cytoplasma, cytokinese, met als resultaat twee dochtercellen die, wat betreft de erfelijke informatie, identiek zijn aan de moedercel.

Een groeiende cel heeft meer voedingsstoffen nodig en produceert meer afvalstoffen. Deze toenemende vraag beperkt de grootte van de cel. hoe groter de cel, des te langzamer de voedingsstoffen en afvalstoffen door het cytoplasma getransporteerd worden (grotendeels door diffusie). Dus een kleinere cel heeft een sneller transport en hoe sneller het transport des te sneller de stofwisseling en groei. Dit betekent dat kleine cellen sneller groeien en delen. Een cel kan dus niet te groot worden, omdat het stoffentransport dan te traag verloopt. De eenvoudige oplossing voor dit probleem is het proces van celdeling om zo meer cellen te produceren.

Fasen in de celcyclus[bewerken]

Schematische weergave van de celcyclus

Eukaryote cellen hebben eenzelfde celcyclus, deze is ruwweg in te delen in twee fases, namelijk:

  1. Interfase, voorbereiden op het delen van de cel. De interfase wordt ingedeeld in drie fases:
    • De G1-fase, belangrijke toename van cytoplasma in de cel. En het aanmaken van eiwitten, ter voorbereiding op de celdeling.
    • De S- of synthesefase, de cel gaat alle chromosomen of anders gezegd alle informatie die de kern bevat voor het functioneren van de cel kopiëren door replicatie. Het materiaal kan dan bij de mitose worden gedeeld. Elk van de twee nieuwe chromosomen heet nu chromatide.
    • De G2-fase, de periode tussen het verdubbelen van het DNA en de deling van de cel. In deze fase worden stoffen gemaakt die belangrijk zijn voor de celdeling.
      Tussen G1- en S-fase en na de G2-fase zijn er ook 'checkpoints' (controlepunten). CH2 (checkpoint 2, na G2) controleert of de DNA-replicatie goed is gebeurd. Kleine fouten worden hersteld, maar als er zich te grote fouten voordoen gaat de cel in apoptose (geprogrammeerde celdood).
  2. Mitotische fase, de uiteindelijke deling van de kern:

Duur van de verschillende fasen[bewerken]

De duur van de verschillende fasen is afhankelijk van het celtype en het organisme. Gemiddeld duurt in een celcultuur een celdeling bij cellen van zoogdieren 12 tot 24 uur.

Twee belangrijke fases tijdens de celcyclus zijn de S-fase en de M-fase. Tijdens de M-fase wordt de kern gedeeld, mitose, en splitst de cel zich, cytokinese. De M-fase van een zoogdier cel is relatief kort en duurt ongeveer één uur. De periode tussen een M-fase wordt de interfase genoemd. De interfase bestaat uit de G1-, S- en G2-fase. Tijdens de S-fase (S = synthese), repliceert de cel zijn DNA, wat essentieel vereist is voor celdeling. Voorafgaand aan, en aansluitend aan de S-fase zijn er twee fases waarin de cel kan groeien. De G1-fase (G = gap) is de fase ertussen; de voltooide M-fase en het begin van de S-fase. De G2-fase is de fase tussen; de voltooide S-fase en het begin van de M-fase. Gedurende deze fases wordt er ook gecontroleerd of de interne en externe omstandigheden van de cel geschikt zijn en of de voorbereidingen klaar zijn om de cel te laten doorgaan met mitose of de S-fase. De G1-fase speelt hier een belangrijke rol bij. De lengte van de G1-fase kan sterk variëren, afhankelijk van externe omstandigheden en extracellulaire signalen van andere cellen. Als de omstandigheden van een cel niet goed zijn, bijvoorbeeld bij DNA-schade, of als de cel niet voldoende organellen heeft, kan de cel overgaan in een speciale fase: de G0-fase. Hoelang de cel in de G0-fase blijft kan variëren van dagen tot zelfs jaren. Tijdens de G0-fase kunnen eventuele fouten worden hersteld. Zijn de extracellulaire omstandigheden goed, de eventuele fouten hersteld en zijn de signalen om te groeien en te delen aanwezig, dan bereiken de cellen in de G1- of G0-fase na enige tijd een bepaald punt aan het einde van de fase, het restriction-point. Pas als een cel dit punt gepasseerd is, gaat de cel over tot DNA-replicatie, zelfs als de extracellulaire signalen, die de groei en deling stimuleren, zijn verwijderd.

Voorbeelden van cycli (duur in uren):
Celtype G1 S-fase G2 Mitose Totale duur van
de celdeling
Slijmzwam (Physarum polycephalum) zeer kort 2 4 0,7 ca. 7,7
Tuinboon (Vicia faba) Meristeem van het wortelpuntje 4 9 3,5 2 18,5
Muis (Mus musculus) Tumorcellen in een cultuur 10 9 4 zeer kort ca. 24
Mens (Homo sapiens) Tumorcellen in een cultuur 8 6 4,5 zeer kort ca. 19,5

Regulatie van de celcyclus[bewerken]

Het verloop van de celcylus berust geheel op de cyclische opbouw en afbraak van cycline-Cdk eiwitcomplexen. Verschillende mechanismen binnen de cel kunnen de cycline-Cdk afbraak en opbouw beïnvloeden als reactie op signalen van zowel buiten als binnen de cel. De cycline-Cdk concentraties stijgen telkens voordat de G1-, de S- en de G2-fase beginnen en vallen drastisch terug aan het einde ervan. Men neemt aan dat een controlepunt bereikt wordt op het moment dat de maximum hoeveelheid van deze cycline-CdK's aanwezig is. Daarna vindt weer een snelle afbraak van de cycline-CdK's tot cyclines en Cdk's plaats. De CdK's fosforyliseren een groep andere eiwitten en sturen zo de celcyclus.

Omstandigheden buiten de cel[bewerken]

Celgrootte, hoeveelheid aanwezige voedingsstoffen, aantal buurcellen en de groeiomstandigheden van het organisme bepalen naast de omstandigheden in de cel de delingsactiviteit.

Omstandigheden in de cel[bewerken]

Gedurende de opeenvolgende fasen wordt door een stuurmechanisme op verschillende momenten (checkpoints) gecontroleerd of de celdeling goed verloopt en de vorige fase goed is afgesloten voordat overgegaan wordt naar de volgende fase. Op zo'n controlemoment is het mogelijk dat de celdeling afgebroken wordt of dat de cel overgaat in geprogrammeerde celdood (apoptose).

Bij afwijkingen in de G- of S-fase stopt de celdeling en treedt een reparatiemechanisme in werking.

De chromatiden in de anafase van de mitose splitsen zich pas als alle centromeren met transportdraden aan het spoellichaampje (centrosoom) zijn verbonden en de chromosomen in het equatoriale vlak naast elkaar zijn komen te liggen (bij de meiose splitsen de chromatiden niet).

De celcyclus bij kankercellen wordt niet meer door het organisme gecontroleerd. Deze cellen delen zich autonoom (zelfstandig) en de duur van de celdeling is veranderd.