Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Τμήμα Κυττάρων σε Προκαρυώτες και Ευκαρυώτες
- Η πρώτη φάση Gap
- Τα σημεία ελέγχου της ενδιάμεσης φάσης
- Σύνθεση του γονιδιώματος
- Προετοιμασία για διαίρεση κυττάρων
Οι επιστήμονες παρατήρησαν για πρώτη φορά τη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης στα τέλη του 18ου αιώνα. Οι συνεπείς μικροσκοπικές ενδείξεις των κυττάρων που εξαντλούν την ενέργεια και το υλικό για να αντιγράψουν και να διαχωριστούν διαψεύσουν τη γενικευμένη θεωρία ότι τα νέα κύτταρα προέκυψαν από αυθόρμητη γενεά. Οι επιστήμονες άρχισαν να κατανοούν το φαινόμενο του κυτταρικού κύκλου. αυτή είναι η διαδικασία με την οποία τα κύτταρα "γεννιούνται" μέσω της κυτταρικής διαίρεσης, και στη συνέχεια ζουν τη ζωή τους, πηγαίνοντας στις καθημερινές τους κυτταρικές δραστηριότητες, μέχρι την ώρα να υποστούν την κυτταρική διαίρεση τους.
Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους μια κυψέλη δεν μπορεί να περάσει από μια διαίρεση. Μερικά κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα απλά δεν το κάνουν. για παράδειγμα, τα περισσότερα νευρικά κύτταρα τελικά σταματούν να υποβάλλονται σε κυτταρική διαίρεση, γι 'αυτό ένα άτομο που υποφέρει από νευρική βλάβη μπορεί να υποστεί μόνιμο κινητικό ή αισθητήριο έλλειμμα.
Τυπικά, όμως, ο κυτταρικός κύκλος είναι μια διαδικασία που αποτελείται από δύο φάσεις: ενδιάμεση φάση και μίτωση. Το Mitosis είναι το τμήμα του κυτταρικού κύκλου που περιλαμβάνει την κυτταρική διαίρεση, αλλά το μέσο κύτταρο ξοδεύει το 90% της ζωής του σε ενδιάμεση φάση, πράγμα που απλά σημαίνει ότι το κύτταρο ζει και μεγαλώνει και δεν διαιρείται. Υπάρχουν τρία δευτερεύοντα στάδια μέσα στην ενδιάμεση φάση. Αυτά είναι τα G1 φάση S, και G2 φάση.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Τα τρία στάδια της ενδιάμεσης φάσης είναι G1, η οποία αντιπροσωπεύει τη φάση 1 Gap. S, η οποία αντιπροσωπεύει τη φάση της σύνθεσης. και G2, η οποία αντιπροσωπεύει τη φάση Gap 2. Η ενδιάμεση φάση είναι η πρώτη από τις δύο φάσεις του κύκλου των ευκαρυωτικών κυττάρων. Η δεύτερη φάση είναι η μίτωση ή η φάση Μ, η οποία συμβαίνει όταν συμβαίνει η κυτταρική διαίρεση. Μερικές φορές τα κύτταρα δεν αφήνουν το G1 επειδή δεν είναι ο τύπος των κυττάρων που διαιρούν ή επειδή πεθαίνουν. Σε αυτές τις περιπτώσεις, βρίσκονται σε στάδιο που ονομάζεται G0, η οποία δεν θεωρείται μέρος του κυτταρικού κύκλου.
Τμήμα Κυττάρων σε Προκαρυώτες και Ευκαρυώτες
Οι μονοκύτταροι οργανισμοί όπως τα βακτηρίδια ονομάζονται προκαρυωτικοί, και όταν εμπλέκονται στην κυτταρική διαίρεση, ο σκοπός τους είναι να αναπαραχθούν ασυμπτωματικά. δημιουργούν απογόνους. Η προκαρυωτική κυτταρική διαίρεση ονομάζεται δυαδική σχάση αντί της μίτωσης. Οι προκαρυώτες τυπικά έχουν μόνο ένα χρωμόσωμα που δεν περιέχεται ούτε από μια πυρηνική μεμβράνη και δεν διαθέτουν τα οργανίδια που έχουν άλλα είδη κυττάρων. Κατά τη διάρκεια της δυαδικής σχάσης, ένα προκαρυωτικό κύτταρο κάνει ένα αντίγραφο του χρωμοσώματος του και στη συνέχεια συνδέει κάθε αδελφή αντίγραφο του χρωμοσώματος σε μια αντίθετη πλευρά της κυτταρικής μεμβράνης του. Ακολούθως αρχίζει να σχηματίζει μια σχισμή στη μεμβράνη της, η οποία τείνει προς τα μέσα σε μια διαδικασία που ονομάζεται διαταραχή, μέχρις ότου διαχωριστεί σε δύο πανομοιότυπα ξεχωριστά κύτταρα. Τα κύτταρα που αποτελούν μέρος του μιτωτικού κυτταρικού κύκλου είναι τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Δεν είναι μεμονωμένοι ζωντανοί οργανισμοί, αλλά κύτταρα που υπάρχουν ως συνεργαζόμενες μονάδες μεγαλύτερων οργανισμών. Τα κύτταρα στα μάτια σας ή τα οστά σας ή τα κελιά στη γλώσσα των γάτων σας ή στις λεπίδες γρασιδιού στο μπροστινό σας γκαζόν είναι όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Περιέχουν πολύ περισσότερο γενετικό υλικό από ένα προκαρυωτικό, οπότε η διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης είναι επίσης πολύ πιο πολύπλοκη.
Η πρώτη φάση Gap
Ο κυτταρικός κύκλος πήρε το όνομά του επειδή τα κύτταρα διαιρούνται διαρκώς, αρχίζοντας ξανά τη ζωή. Μόλις μια κυψέλη διαιρείται, αυτό είναι το τέλος της φάσης της μίτωσης, και αμέσως ξεκινάει από την άλλη φάση. Φυσικά, στην πράξη, ο κυτταρικός κύκλος συμβαίνει ρευστά, αλλά οι επιστήμονες έχουν οριοθετήσει φάσεις και υποφάσεις μέσα στη διαδικασία για να κατανοήσουν καλύτερα τα μικροσκοπικά δομικά στοιχεία της ζωής. Το πρόσφατα διαιρούμενο κύτταρο, το οποίο είναι τώρα ένα από τα δύο κύτταρα που προηγουμένως ήταν ένα μόνο κύτταρο, βρίσκεται στο G1 υποφάση της ενδιάμεσης φάσης. σολ1 είναι μια σύντμηση για τη φάση "Gap". θα υπάρχει ένα άλλο με την ένδειξη G2. Μπορεί επίσης να δείτε αυτές γραμμένες ως G1 και G2. Όταν οι επιστήμονες ανακάλυψαν το απασχολημένο, θεμελιώδες κυτταρικό έργο της μίτωσης κάτω από το μικροσκόπιο, ερμήνευσαν τη σχετικά λιγότερο δραματική ενδιάμεση φάση ως φάση ηρεμίας ή παύσης μεταξύ των κυτταρικών διαιρέσεων.
Ονομάστηκαν G1 στάδιο με τη λέξη "χάσμα" χρησιμοποιώντας αυτή την ερμηνεία, αλλά με αυτή την έννοια, είναι μια εσφαλμένη ονομασία. Στην πραγματικότητα, ο Γ1 είναι περισσότερο ένα στάδιο ανάπτυξης από ένα στάδιο ξεκούρασης. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, το κύτταρο κάνει όλα τα πράγματα που είναι φυσιολογικά για τον τύπο του κυττάρου. Αν είναι λευκά αιμοσφαίρια, θα εκτελεί αμυντικές ενέργειες για το ανοσοποιητικό σύστημα. Αν πρόκειται για κύτταρο φύλλων σε ένα φυτό, θα πραγματοποιήσει φωτοσύνθεση και ανταλλαγή αερίων. Το κύτταρο είναι πιθανό να αυξάνεται. Μερικά κύτταρα αναπτύσσονται αργά κατά τη διάρκεια του G1 ενώ άλλες αναπτύσσονται πολύ γρήγορα. Το κύτταρο συνθέτει μόρια, όπως το ριβονουκλεϊνικό οξύ (RNA) και διάφορες πρωτεΐνες. Σε κάποιο σημείο αργότερα στο G1 το κελί πρέπει να "αποφασίσει" εάν θα μεταβεί ή όχι στο επόμενο στάδιο της ενδιάμεσης φάσης.
Τα σημεία ελέγχου της ενδιάμεσης φάσης
Ένα μόριο που ονομάζεται εξαρτώμενη από κυκλίνη κινάση (CDK) ρυθμίζει τον κυτταρικό κύκλο. Αυτή η ρύθμιση είναι απαραίτητη για να αποφευχθεί η απώλεια ελέγχου της κυτταρικής ανάπτυξης. Η διαίρεση κυττάρων εκτός ελέγχου στα ζώα είναι ένας άλλος τρόπος περιγραφής ενός κακοήθους όγκου ή καρκίνου. Το CDK παρέχει σήματα στα σημεία ελέγχου κατά τη διάρκεια συγκεκριμένων σημείων του κυτταρικού κύκλου για να προχωρήσει το κύτταρο ή να σταματήσει. Ορισμένοι περιβαλλοντικοί παράγοντες συμβάλλουν στο εάν το CDK παρέχει αυτά τα σήματα. Αυτές περιλαμβάνουν τη διαθεσιμότητα θρεπτικών και αυξητικών παραγόντων και την πυκνότητα των κυττάρων στον περιβάλλοντα ιστό. Η πυκνότητα κυττάρων είναι μια ιδιαίτερα σημαντική μέθοδος αυτορρύθμισης που χρησιμοποιείται από τα κύτταρα για τη διατήρηση υγιών ρυθμών ανάπτυξης ιστού. Το CDK ρυθμίζει τον κυτταρικό κύκλο κατά τη διάρκεια των τριών σταδίων της ενδιάμεσης φάσης, καθώς και κατά τη διάρκεια της μίτωσης (η οποία ονομάζεται επίσης φάση Μ).
Εάν ένα κύτταρο φτάσει σε ένα ρυθμιστικό σημείο ελέγχου και δεν λάβει σήμα για να συνεχίσει προς τα εμπρός με τον κυτταρικό κύκλο (για παράδειγμα, αν είναι στο τέλος του G1 σε ενδιάμεση φάση και περιμένει να εισέλθει στη φάση S σε ενδιάμεση φάση), υπάρχουν δύο πιθανά πράγματα που θα μπορούσε να κάνει το κελί. Το ένα είναι ότι θα μπορούσε να σταματήσει ενώ λύνεται το πρόβλημα. Εάν, για παράδειγμα, κάποιο απαραίτητο εξάρτημα είναι κατεστραμμένο ή λείπει, θα μπορούσαν να γίνουν επισκευές ή συμπληρώματα και στη συνέχεια θα μπορούσε να προσεγγίσει και πάλι το σημείο ελέγχου. Η άλλη επιλογή για το κελί είναι να εισέλθει σε μια διαφορετική φάση που ονομάζεται G0, η οποία βρίσκεται έξω από τον κυτταρικό κύκλο. Αυτός ο χαρακτηρισμός είναι για κύτταρα τα οποία θα συνεχίσουν να λειτουργούν με τον τρόπο που υποτίθεται ότι αλλά δεν θα προχωρήσουν στη φάση S ή τη μίτωση και ως εκ τούτου δεν θα συμμετάσχουν στην κυτταρική διαίρεση. Τα περισσότερα ενήλικα ανθρώπινα νευρικά κύτταρα θεωρούνται ότι βρίσκονται στο G0 δεδομένου ότι συνήθως δεν προχωρούν σε φάση S ή μίτωση. Τα κύτταρα στο G0 φάση θεωρείται ότι είναι ηρεμία, που σημαίνει ότι βρίσκονται σε μια μη διαχωριστική κατάσταση, ή γερές, που σημαίνει ότι πεθαίνουν.
Κατά τη διάρκεια του G1 φάση της ενδιάμεσης φάσης, υπάρχουν δύο ρυθμιστικά σημεία ελέγχου τα οποία πρέπει να περάσει η κυψέλη πριν προχωρήσουμε. Κάποιος αξιολογεί εάν το DNA του κυττάρου έχει υποστεί βλάβη, και αν είναι, το DNA πρέπει να επιδιορθωθεί πριν να μπορέσει να προχωρήσει. Ακόμη και όταν η κυψέλη είναι διαφορετικά έτοιμη να προχωρήσει στη φάση S της ενδιάμεσης φάσης, υπάρχει ένα άλλο σημείο ελέγχου για να βεβαιωθείτε ότι οι περιβαλλοντικές συνθήκες - δηλαδή η κατάσταση του περιβάλλοντος που βρίσκεται ακριβώς γύρω από το κελί - είναι ευνοϊκές. Αυτές οι συνθήκες περιλαμβάνουν την κυτταρική πυκνότητα του περιβάλλοντος ιστού. Όταν το κελί έχει τις απαραίτητες συνθήκες για να προχωρήσει από το G1 σε φάση S, μια πρωτεΐνη κυκλίνης δεσμεύεται στο CDK, εκθέτοντας το ενεργό τμήμα του μορίου, το οποίο σηματοδοτεί στο κύτταρο ότι είναι καιρός να αρχίσει η φάση S. Αν το κελί δεν πληροί τις προϋποθέσεις για να μετακινηθεί από το G1 σε φάση S, η κυκλίνη δεν θα ενεργοποιήσει το CDK, πράγμα που θα αποτρέψει την εξέλιξη. Σε μερικές περιπτώσεις, όπως το κατεστραμμένο ϋΝΑ, οι πρωτεΐνες του CDK-αναστολέα θα δεσμευτούν σε μόρια CDK-κυκλίνης για να αποτρέψουν την πρόοδο μέχρι να διορθωθεί το πρόβλημα.
Σύνθεση του γονιδιώματος
Μόλις το κύτταρο εισέλθει στη φάση S, πρέπει να συνεχίσει μέχρι το τέλος του κυτταρικού κύκλου χωρίς να γυρίσει πίσω ή να αποσυρθεί στο G0. Ωστόσο, υπάρχουν περισσότερα σημεία ελέγχου καθ 'όλη τη διάρκεια της διαδικασίας, για να διασφαλιστεί ότι τα βήματα ολοκληρώνονται σωστά προτού το κελί μεταβεί στην επόμενη φάση του κυτταρικού κύκλου. Το "S" στη φάση S αντιπροσωπεύει τη σύνθεση επειδή το κύτταρο συνθέτει ή δημιουργεί ένα ολοκαίνουργιο αντίγραφο του DNA του. Στα ανθρώπινα κύτταρα, αυτό σημαίνει ότι το κύτταρο κάνει μια ολόκληρη νέα σειρά από 46 χρωμοσώματα κατά τη φάση S. Αυτό το στάδιο ρυθμίζεται προσεκτικά ώστε να αποφευχθεί η μετάβαση στο επόμενο στάδιο. αυτά τα σφάλματα είναι μεταλλάξεις. Οι μεταλλάξεις συμβαίνουν αρκετά συχνά, αλλά οι κανονισμοί κυκλικού κύκλου εμποδίζουν την εμφάνιση περισσότερων από αυτά. Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής του DNA, κάθε χρωμόσωμα γίνεται εξαιρετικά περιτυλιγμένο γύρω από τα νήματα των πρωτεϊνών που ονομάζονται ιστόνες, μειώνοντας το μήκος τους από 2 νανόμετρα στα 5 μικρά. Τα δύο νέα διπλά αθροιστικά χρωμοσώματα καλούνται χρωματοειδή. Οι ιστόνες δεσμεύουν τα δύο αντίστοιχα χρωματίδια μαζί σφιχτά εν μέρει κάτω από τα μήκη τους. Το σημείο στο οποίο ενώνουν ονομάζεται κεντρομερές. (Δείτε τους πόρους για μια οπτική αναπαράσταση αυτού.)
Για να προσθέσετε στις περίπλοκες κινήσεις που συμβαίνουν κατά την αναπαραγωγή του DNA, πολλά ευκαρυωτικά κύτταρα είναι διπλοειδή, πράγμα που σημαίνει ότι τα χρωμοσώματα τους κανονικά είναι διατεταγμένα σε ζεύγη. Τα περισσότερα ανθρώπινα κύτταρα είναι διπλοειδή, με εξαίρεση τα αναπαραγωγικά κύτταρα. Αυτά περιλαμβάνουν ωάρια (αυγά) και σπερματοκύτταρα (σπέρμα), τα οποία είναι απλοειδή και έχουν 23 χρωμοσώματα. Τα ανθρώπινα σωματικά κύτταρα, τα οποία είναι όλα τα άλλα κύτταρα του σώματος, έχουν 46 χρωμοσώματα, διατεταγμένα σε 23 ζεύγη. Τα ζευγαρωμένα χρωμοσώματα ονομάζονται ομόλογα ζεύγη. Κατά τη διάρκεια της φάσης S της ενδιάμεσης φάσης, όταν κάθε μεμονωμένο χρωμόσωμα από ένα πρωτότυπο ομόλογο ζευγάρι αναδιπλασιαστεί, τα προκύπτοντα δύο χρωματοειδή αδελφών από κάθε πρωτότυπο χρωμόσωμα ενώνονται, σχηματίζοντας ένα σχήμα που μοιάζει με δύο Χ κολλημένα μαζί. Κατά τη διάρκεια της μίτωσης, ο πυρήνας θα χωριστεί σε δύο νέους πυρήνες, τραβώντας ένα από κάθε χρωματίτιδα από κάθε ομόλογο ζεύγος μακριά από την αδελφή του.
Προετοιμασία για διαίρεση κυττάρων
Αν το κύτταρο περάσει τα σημεία ελέγχου της φάσης S, τα οποία ασχολούνται ιδιαίτερα με τη διασφάλιση ότι το DNA δεν έχει υποστεί ζημιά, ότι έχει αναπαραχθεί σωστά και ότι αντιγράφεται μόνο μία φορά, τότε οι κανονιστικοί παράγοντες επιτρέπουν στο κύτταρο να προχωρήσει στο επόμενο στάδιο της ενδιάμεσης φάσης. Αυτό είναι G2, η οποία αντιπροσωπεύει τη φάση Gap 2, όπως η G1. Είναι επίσης μια εσφαλμένη ονομασία, καθώς το κελί δεν περιμένει, αλλά είναι πολύ απασχολημένο σε αυτό το στάδιο. Το κελί συνεχίζει να εργάζεται κανονικά. Θυμηθείτε αυτά τα παραδείγματα από τον G1 ενός κυττάρου φύλλου που εκτελεί φωτοσύνθεση ή ενός λευκού αιμοσφαιρίου που υπερασπίζεται το σώμα έναντι παθογόνων. Προετοιμάζεται επίσης να εγκαταλείψει την ενδιάμεση φάση και να εισέλθει στη μίτωση (φάση Μ), η οποία είναι η δεύτερη και τελική φάση του κυτταρικού κύκλου, προτού υποδιαιρεθεί και αρχίσει ξανά.
Ένα άλλο σημείο ελέγχου κατά τη διάρκεια του G2 εξασφαλίζει ότι το DNA έχει αναπαραχθεί σωστά και το CDK του επιτρέπει να προχωρήσει μπροστά μόνο αν περάσει. Κατά τη διάρκεια του G2, το κύτταρο αναπαράγει το κεντρομερές που δεσμεύει τα χρωματοειδή, σχηματίζοντας κάτι που ονομάζεται μικροσωληνίσκο. Αυτό θα γίνει μέρος της ατράκτου, που είναι ένα δίκτυο ινών που θα καθοδηγεί τα αδελφά χρωματιστά μακρυά από το ένα το άλλο και στις κατάλληλες θέσεις τους στους νεοδιαχωρισμένους πυρήνες. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες επίσης διαιρούνται, όταν είναι παρόντα στο κύτταρο. Όταν το κύτταρο έχει ξεπεράσει τα σημεία ελέγχου του, είναι έτοιμο για μίτωση και έχει ολοκληρώσει τα τρία στάδια της ενδιάμεσης φάσης. Κατά τη διάρκεια της μίτωσης, ο πυρήνας θα χωριστεί σε δύο πυρήνες, και σχεδόν την ίδια στιγμή, μια διαδικασία που ονομάζεται κυτταροκίνηση θα διαιρέσει το κυτταρόπλασμα, δηλαδή το υπόλοιπο κύτταρο, σε δύο κύτταρα. Μέχρι το τέλος αυτών των διαδικασιών, θα υπάρχουν δύο νέα κελιά, έτοιμα να ξεκινήσουν το G1 στάδιο της ενδιάμεσης φάσης και πάλι.