أثر عملية فسفرة البروتين الهدف من قِبَل إنزيمات الفسفرة المعتمدة على السايكلين:
تدمير البروتين الهدف دائمًا بصورة نهائية
تحويل البروتين الهدف إلى سايكلين جديد
لا يوجد أي أثر فعلي لهذه الفسفرة
تحفيز البروتين الهدف أو تثبيطه بحسب حاجة الخلية
مثال توضيحي على اختلاف سرعة دورة الخلية بين نوعين مختلفين من الخلايا الحقيقية النوى:
خلية قمّة نامية في جذر البصل (نحو 20 ساعة) مقابل خلية طلائية معوية بشرية (نحو 10-12 ساعة)
جميع الخلايا الحقيقية النوى تنقسم في المدّة الزمنية نفسها بالضبط
الخلايا النباتية لا تنقسم مطلقًا خلافًا للحيوانية
الخلايا الحيوانية فقط هي التي تمرّ بدورة خلية
ما يحدث للخلية إذا لم تستقبل في نقطة مراقبة G₁ إشارة تقدّم مناسبة:
تُكمل بقية أطوار الدورة مباشرة دون أي تأخير
تنقسم فورًا إلى خليتين جديدتين
تدخل مباشرة إلى مرحلة الانقسام M
قد تخرج من دورتها إلى الطور الصفري
دور إشارات التقدّم (Go-ahead Signals) في انتقال الخلية عبر نقاط المراقبة:
تحفيز انتقال الخلية إلى المرحلة أو الطور اللاحق عند استقبالها في نقطة المراقبة
إيقاف الخلية في مكانها بصورة دائمة
تدمير المادة الوراثية للخلية فورًا
تحويل الخلية مباشرة إلى الطور الصفري
نتيجة انقسام النواة إلى نواتين خلال مرحلة الانقسام الخلوي M:
نواتان مختلفتان تمامًا في المادة الوراثية
نواة واحدة فقط تبقى دون انقسام
نواتان متماثلتان من حيث المادة الوراثية
ثلاث نوى مختلفة الحجم
العملية التي تلي انقسام النواة مباشرة في مرحلة الانقسام الخلوي M:
انقسام السيتوبلازم
طور التضاعف S
العودة إلى طور G₁ فورًا
دخول الخلية الطور الصفري مباشرة
طور المرحلة البينية الذي يُعدّ أول أطوار دورة الخلية، وتنمو فيه الخلية ويزداد حجمها وتتضاعف فيه معظم العضيّات:
طور النمو الثاني G₂
طور الانقسام M
طور النمو الأول G₁
مثال على إشارة خلوية داخلية تؤثّر في تنظيم دورة الخلية:
عوامل النمو الخارجية
وجود كمّية كافية من الغذاء، أو وجود خلل في DNA
المستقبِلات على سطح الخلية الهدف
الهرمونات الخارجية فقط
الإشارات الخلوية التي تنشأ من خارج الخلية، وترتبط بمستقبِلات على سطح الخلية الهدف:
الإشارات الداخلية
إشارات الموت المبرمج فقط
الإشارات الخارجية
السايكلينات فقط
النقاط المحدّدة التي تُنظَّم عندها دورة الخلية بواسطة الإشارات الخلوية، ويُطلق على كلٍّ منها اسم نقطة مراقبة:
Cyclins
Cdks
Apoptosis
Checkpoints
العلاقة بين وجود خلل في DNA ونوع الإشارة الخلوية الداخلية التي قد تُصدرها الخلية استجابة لذلك:
إشارة تقدّم فورية دون أي تأخير
لا تُصدر الخلية أي إشارة استجابة لوجود خلل في DNA
تتحوّل هذه الإشارة دائمًا إلى سايكلين جديد
إشارة توقّف أو إشارة موت مبرمج بحسب شدّة الخلل وقابليته للتصحيح
طور المرحلة البينية الذي تستمرّ فيه الخلية بالنمو وأداء أنشطتها، وتبدأ فيه بإنتاج البروتينات التي تُصنَع منها الخيوط المغزلية استعدادًا للانقسام:
ما يحدث للخلية في حال وجود خطأ في جزيئي DNA الناتجين من عملية التضاعف عند نقطة مراقبة G₂:
تتجاهل الخلية الخطأ وتُكمل الانقسام كالمعتاد
تتوقّف دورة الخلية عند هذه النقطة؛ لإتاحة الفرصة لتصحيح الخطأ أو موت الخلية المبرمج
يزداد معدّل انقسام الخلية بصورة تلقائية
تتحوّل الخلية فورًا إلى الطور الصفري بلا رجعة
الأطوار الثلاثة التي تتكوّن منها المرحلة البينية مرتّبة بحسب تسلسل حدوثها:
G₂ ثم S ثم G₁
S ثم G₁ ثم G₂
M ثم G₁ ثم S
G₁ ثم S ثم G₂
سلسلة المراحل والأطوار التي تمرّ بها الخلية بدءًا من تكوّنها نتيجة انقسام خلية أخرى، وحتى انقسامها هي نفسها لتكوين خليتين جديدتين:
التمايز الخلوي
الدورة الخلوية (دورة الخلية)
الاستتباب الخلوي
النقل الفعّال
ما يميّز خلية موجودة في طور النمو الأول G₁ عن خلية أخرى في طور النمو الثاني G₂ من حيث كمّية DNA:
كمّية DNA في G₂ تكون ضعف كمّيتها في G₁ نتيجة التضاعف الذي حدث في طور S بينهما
كمّية DNA في G₁ تساوي ضعف كمّيتها في G₂
كمّية DNA تبقى متساوية تمامًا في كلا الطورين
لا علاقة بين كمّية DNA وهذين الطورين
دور نقاط المراقبة في منع تكوّن الأورام السرطانية:
منع دخول الخلايا غير الطبيعية مرحلة الانقسام وازدياد أعدادها
تسريع انقسام جميع الخلايا بلا استثناء
زيادة إنتاج البروتينات الهيكلية فقط
لا علاقة لنقاط المراقبة بالأورام إطلاقًا
نوع الإشارات الخلوية التي تعمل على إبقاء الخلية في الطور نفسه، ومنع انتقالها إلى الطور الذي يليه:
إشارات التوقّف
إشارات التقدّم
السايكلينات
إنزيمات الفسفرة المعتمدة على السايكلين
طور المرحلة البينية الذي يتضاعف فيه جزيء DNA، فتصبح كمّية المادة الوراثية في نهايته ضعف ما كانت عليه:
الطور الصفري G₀
العضيّة الخلوية التي ينتج منها الجسمان المركزيان في الخلايا الحيوانية خلال طور النمو الثاني:
الميتوكندريا
الجسيمان المركزيان (السنتريولات)
جهاز غولجي
الشبكة الإندوبلازمية
الوصف الأدق لمصطلح 'دورة الخلية' كما ورد في سياق دراستها:
المدّة الزمنية الثابتة نفسها لجميع أنواع الخلايا دون استثناء
سلسلة المراحل والأطوار التي تمرّ بها الخلية بدءًا من نشأتها وحتى انقسامها لتكوين خليتين جديدتين
العملية التي تحدث فقط في الخلايا بدائية النوى
انقسام النواة فقط دون أي مراحل أخرى
عدد أطوار المرحلة البينية في دورة الخلية:
طور واحد فقط
طوران اثنان
ثلاثة أطوار
أربعة أطوار
نوع الخلايا التي تُكمل دورة الخلية كاملة بنشاط دون الدخول في طور السكون، مثل الخلايا الطلائية المبطّنة للقناة الهضمية:
الخلايا الساكنة تمامًا
الخلايا الميتة برمجيًّا
الخلايا النشطة انقساميًّا
الخلايا عديمة النواة
نتيجة عدم ارتباط بعض الكروماتيدات الشقيقة بالخيوط المغزلية بصورة صحيحة عند نقطة مراقبة M:
تُكمل الخلية الانقسام متجاهلة هذا الخلل
تتوقّف الخلية عن عملية الانقسام حتى ترتبط جميع الكروماتيدات بالخيوط المغزلية
تدخل الخلية فورًا إلى الطور الصفري
تتضاعف الكروماتيدات غير المرتبطة عددًا إضافيًّا من المرّات
ما يحدث في مرحلة الانقسام الخلوي (M) بعد طور النمو الثاني:
تضاعف DNA فقط دون أي انقسام
توقّف كامل لجميع الأنشطة الخلوية
ازدياد عدد العضيّات فقط دون انقسام
انقسام النواة يليه انقسام السيتوبلازم
ما يُتحقّق منه في نقطة مراقبة M بين الطور الاستوائي والطور الانفصالي:
ارتباط الكروماتيدات الشقيقة بالخيوط المغزلية على نحو صحيح
كمّية الغذاء المتوافرة للخلية
تضاعف DNA لأول مرة
حجم النواة مقارنة بحجم السيتوبلازم
نقاط المراقبة الرئيسة الثلاث في دورة الخلية:
S وM فقط
G₀ وG₁ فقط
G₁ وG₂ وM
M فقط دون غيرها
مثال على خلايا تدخل الطور الصفري ولا تغادره أبدًا، ولا تنقسم مطلقًا بعد دخولها فيه:
الخلايا الطلائية المبطّنة للقناة الهضمية
خلايا نخاع العظم
خلايا قمّة الجذر النامية
الخلايا العضلية والخلايا العصبية
الفرق بين انقسام السيتوبلازم في الخلايا النباتية والخلايا الحيوانية، كما أُشير إليه:
لا يوجد أي فرق بين النوعين إطلاقًا
لا ينقسم السيتوبلازم في الخلايا النباتية على الإطلاق
لا ينقسم السيتوبلازم في الخلايا الحيوانية على الإطلاق
يختلف انقسام السيتوبلازم بين النوعين من الخلايا
المخاطر المحتملة في حال اختفاء نقطة مراقبة G₂ من دورة الخلية:
توقّف الخلية عن الانقسام نهائيًّا
زيادة دقّة تضاعف DNA بصورة كبيرة
انتقال الخلايا إلى الانقسام رغم وجود أخطاء في DNA، ما قد يُسهم في نشوء خلايا غير طبيعية
دخول جميع الخلايا في الطور الصفري فورًا
المدّة الزمنية التقريبية اللازمة لانقسام خلية طلائية في الأمعاء الدقيقة للإنسان:
حوالي 20 ساعة
حوالي 10-12 ساعة
حوالي 30 ساعة
حوالي 3 ساعات
الفرق الجوهري بين إشارات التوقّف وإشارات الموت المبرمج من حيث تأثيرهما في مصير الخلية:
كلتا الإشارتين تؤدّيان إلى الأثر نفسه تمامًا
التوقّف يُبقي الخلية حيّة في الطور نفسه مؤقّتًا، بينما الموت المبرمج يؤدّي إلى تحطّم مكوّناتها وموتها
إشارات التوقّف تقتل الخلية فورًا خلافًا للموت المبرمج
لا فرق بين الإشارتين من حيث المصدر أو الأثر
سبب اعتبار المرحلة البينية أطول مرحلة زمنيًّا في دورة الخلية بشكل عام:
كونها المرحلة الوحيدة التي يحدث فيها أي نشاط خلوي
اقتصارها على انقسام السيتوبلازم فقط
كونها المرحلة الأقصر مقارنة بمرحلة الانقسام M
احتواؤها على معظم أنشطة النمو والتحضير للانقسام بما فيها التضاعف الكامل لـDNA
مثال على خلايا يمكنها العودة من الطور الصفري إلى طور G₁ لإكمال دورة الخلية عند تحفيزها بإشارات خلوية مناسبة:
الخلايا العصبية
الخلايا العضلية القلبية
خلايا العدسة في العين
خلايا الكبد
سبب استمرار بعض الخلايا العصبية والعضلية طوال حياة الفرد دون أن تنقسم مجدّدًا بعد النضج:
دخولها الطور الصفري G₀ وعدم مغادرتها له
خلوّها التام من النواة والمادة الوراثية
احتواؤها على أكبر عدد من السايكلينات مقارنة بغيرها
خضوعها لانقسام مستمرّ دون توقّف طوال الحياة
دور المستقبِلات الموجودة على سطح الخلية الهدف في استجابتها للإشارات الخلوية الخارجية:
لا دور فعليًّا لهذه المستقبِلات في استقبال الإشارات
تفرز هذه المستقبِلات السايكلينات مباشرة
تمنع هذه المستقبِلات وصول أي إشارة خارجية للخلية
ارتباط الإشارة الخارجية بهذه المستقبِلات هو ما يُمكّن الخلية من استقبال الإشارة والاستجابة لها
مثال على إشارة خلوية خارجية تُحفّز الخلية على الاستمرار في دورة الخلية:
وجود خلل في DNA
نقص الغذاء
عوامل النمو
نقاط المراقبة
العلاقة بين تضاعف الجسيمين المركزيين خلال طور النمو الثاني G₂ وعملية الانقسام اللاحقة:
يُهيّئ هذا التضاعف الخلية لتكوين الخيوط المغزلية اللازمة لفصل الكروماتيدات أثناء الانقسام
لا علاقة لتضاعف الجسيمين المركزيين بعملية الانقسام إطلاقًا
يمنع هذا التضاعف الخلية من دخول مرحلة الانقسام M
يحدث هذا التضاعف فقط في الخلايا النباتية دون الحيوانية
ما يُتحقّق منه في نقطة مراقبة G₂ قبل انتقال الخلية إلى مرحلة الانقسام:
انتهاء انقسام السيتوبلازم فقط
انتهاء تضاعف DNA وعدم وجود أخطاء في الجزيئين الناتجين
توافر الغذاء الكافي فقط دون أي شيء آخر
ارتباط الكروماتيدات بالخيوط المغزلية
العلاقة بين طور G₀ وطور G₁ من حيث إمكانية الانتقال بينهما:
بعض الخلايا يمكنها العودة من G₀ إلى G₁ عند توافر إشارات خلوية مناسبة، بينما تبقى خلايا أخرى في G₀ نهائيًّا
الانتقال من G₀ إلى G₁ مستحيل دائمًا مهما كانت الظروف
جميع الخلايا تنتقل من G₀ إلى G₁ تلقائيًّا كل 24 ساعة
لا يوجد أي طور يُسمّى G₀ في دورة الخلية
العملية الخلوية التي تحدث خلال طور التضاعف S وتُهيّئ الخلية لانقسام متساوٍ سليم:
مضاعفة العضيّات الخلوية فقط
تضاعف جزيء DNA
إنتاج البروتينات الهيكلية فقط
مجموعة من البروتينات توجد في معظم الخلايا حقيقية النوى، وتُصنَّع أثناء دورة الخلية، وتُحطَّم خلالها سريعًا، وتؤدّي دورًا في تنظيم الدورة:
الهيموغلوبينات
السايكلينات (Cyclins)
الغلوبيولينات المناعية
الأنسولينات
سبب اعتبار طور النمو الأول G₁ نقطة قرار مهمّة في مسار الخلية:
فيه فقط يحدث انقسام النواة مباشرة
فيه تُحدَّد الاستجابة للإشارات الخلوية التي تقرّر مواصلة الدورة أو الدخول إلى الطور الصفري
فيه تتضاعف الميتوكوندريا حصرًا دون أي عضيّة أخرى
لا علاقة لهذا الطور بأي قرار خلوي
وظائف الخلية التي تستمرّ في أدائها أثناء وجودها في الطور الصفري G₀، باستثناء الأنشطة التي تُهيّئها للانقسام:
لا تؤدّي الخلية أي وظيفة إطلاقًا في هذا الطور
تتوقّف الخلية عن أداء وظائفها الحيوية بالكامل
جميع الوظائف والأنشطة الخلوية الطبيعية باستثناء أنشطة التحضير للانقسام
تقتصر وظيفتها على إنتاج السايكلينات فقط
نوع الإشارات الخلوية التي تُحفّز انتقال الخلية إلى المرحلة أو الطور اللاحق في دورة الخلية:
إشارات الموت المبرمج
العامل الذي يؤثّر في اختلاف المدّة الزمنية اللازمة لإكمال دورة الخلية بين نوع وآخر من الخلايا:
لون الخلية فقط
نوع الخلية والظروف المحيطة بها
حجم النواة فقط دون أي عامل آخر
عدد الميتوكندريا فقط
سبب حاجة الخلية لتضاعف DNA في طور S قبل الدخول إلى مرحلة الانقسام M:
لضمان حصول كل خلية ابنة ناتجة على نسخة كاملة من المادة الوراثية بعد الانقسام
لزيادة حجم النواة فقط دون أي هدف وظيفي آخر
لتقليل كمّية DNA في الخلية الأصلية قبل انقسامها
لا علاقة لتضاعف DNA بعملية الانقسام اللاحقة
مصير السايكلين بعد أداء دوره في تحفيز إنزيم الفسفرة المعتمد عليه:
يبقى مرتبطًا بالإنزيم إلى الأبد
يتحوّل إلى بروتين هدف جديد
يخرج من الخلية إلى الوسط الخارجي
يُحطَّم سريعًا خلال دورة الخلية
المدّة الزمنية التقريبية اللازمة لانقسام خلية قمّة نامية في جذر البصل:
حوالي 5 ساعات
حوالي 48 ساعة
أهمّ نقاط المراقبة في دورة الخلية، والتي تستقبل فيها الخلية إشارات خلوية داخلية وخارجية تحدّد الوقت المناسب لدخول طور التضاعف:
نقطة مراقبة G₁
نقطة مراقبة G₂
نقطة مراقبة M
لا توجد نقطة مراقبة رئيسة محدّدة
المرحلتان الرئيستان اللتان تمرّ بهما دورة الخلية في الكائنات حقيقية النوى:
مرحلة النمو ومرحلة الموت المبرمج
مرحلة التضاعف ومرحلة الاختزال
المرحلة البينية ومرحلة الانقسام الخلوي
مرحلة التمايز ومرحلة الهجرة الخلوية
سبب تصنيف السايكلينات ضمن العوامل المنظّمة لدورة الخلية رغم عدم كونها إنزيمات بحدّ ذاتها:
ارتباطها بإنزيمات الفسفرة المعتمدة على السايكلين وتحفيزها لأداء وظيفتها التنظيمية
كونها تحلّ محلّ DNA في نواة الخلية
كونها المسؤولة الوحيدة عن انقسام السيتوبلازم
كونها نوعًا من الإشارات الخلوية الخارجية فقط
الأثر المتوقّع لطفرة تُعطِّل عمل نقطة مراقبة G₁ بصورة دائمة في خلية ما:
تحسّن كبير في دقّة انقسام الخلية
احتمال دخول الخلية طور التضاعف دون التحقّق السليم من جهوزيتها، ما قد يُسهم في اضطرابات في دورة الخلية
زيادة عدد الجسيمات المركزية فقط
نوع الإشارات الخلوية التي تُنشِّط جينات تُسهم في إنتاج إنزيمات تُحطّم مكوّنات الخلية، ما يؤدّي إلى موتها:
إشارات الموت المبرمج (Apoptosis Signals)
نقاط المراقبة فقط
النسبة التقريبية التي تمثّلها المرحلة البينية من زمن دورة الخلية الكلي:
90%
10%
50%
70%
عدد نقاط المراقبة العديدة الموجودة في دورة الخلية، مقارنة بعدد النقاط الرئيسة المحدّدة منها:
توجد نقطة مراقبة واحدة فقط في كامل دورة الخلية
جميع نقاط المراقبة الموجودة تُعدّ رئيسة بالتساوي
لا توجد أي نقاط مراقبة عدا نقطة G₁
توجد نقاط مراقبة عديدة، لكنّ الرئيسة منها ثلاث فقط (G₁ وG₂ وM)
الأمران الرئيسان اللذان يُسهم فيهما ارتباط السايكلين بإنزيم الفسفرة المعتمد على السايكلين:
تثبيط الإنزيم نهائيًّا، ومنع عمله بالكامل
تحفيز الإنزيم، وإرشاده إلى البروتينات الهدف التي يعمل على فسفرتها
تحويل الإنزيم إلى سايكلين جديد
إيقاف دورة الخلية بصورة دائمة
طور السكون الذي تدخله بعض الخلايا خارج دورة الخلية النشطة، ولا تُكمل فيه بقية أطوار الدورة:
الطور الاستوائي
الطور التمهيدي
الإنزيمات التي تُحفَّز بعد ارتباطها بالسايكلين، وتعمل على إضافة مجموعة فوسفات إلى بروتينات هدف في عملية تُسمّى الفسفرة:
إنزيمات ATP Synthase
إنزيمات الفسفرة المعتمدة على السايكلين (Cdks)
إنزيمات المالتيز
إنزيمات ATPase
سبب وصف نقطة مراقبة G₁ بأنّها 'أهمّ نقاط المراقبة' في بعض السياقات العلمية:
كونها النقطة الوحيدة الموجودة في دورة الخلية
كونها تحدث بعد انتهاء الانقسام مباشرة فقط
كونها النقطة التي تُحدَّد فيها إمكانية دخول الخلية طور التضاعف بناءً على تكامل الإشارات الداخلية والخارجية
كونها لا ترتبط بأي إشارات خلوية إطلاقًا