Vsebina
- TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
- Oddelek za celice v prokariotih in evkariotih
- Prva faza vrzeli
- Kontrolne točke Interfase
- Sinteza genoma
- Priprave na celični oddelek
Znanstveniki so prvič opazili proces delitve celic v poznih 1800-ih. Dosledni mikroskopski dokazi o celicah, ki porabijo energijo in material za kopiranje in delitev, so ovrgli razširjeno teorijo, da so nove celice nastale iz spontane generacije. Znanstveniki so začeli razumeti pojav celičnega cikla; to je postopek, s katerim se celice "rodijo" skozi delitev celic, nato pa živijo svoje življenje v skladu s svojimi dnevnimi aktivnostmi celic, dokler ne pridejo same celice.
Obstaja veliko razlogov, zakaj celica ne bi šla skozi delitev. Nekaterih celic v človeškem telesu preprosto ni; na primer, večina živčnih celic sčasoma preneha z delitvijo celic, zato lahko oseba, ki utrpi poškodbe živcev, utrpi trajni motorični ali senzorični primanjkljaj.
Običajno je celični cikel postopek, ki je sestavljen iz dveh faz: interfaze in mitoze. Mitoza je del celičnega cikla, ki vključuje delitev celic, vendar povprečna celica preživi 90 odstotkov svojega življenja v interfazi, kar preprosto pomeni, da celica živi in raste in se ne deli. V interfazi so tri podfaze. To so G1 fazo, S fazo in G2 faza.
TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
Tri stopnje interfaze so G1, kar pomeni Gap faza 1; S faza, ki pomeni Sintezna faza; in G2, kar pomeni Gap faza 2. Interfaza je prva od dveh faz evkariontskega celičnega cikla. Druga faza je mitoza oziroma M faza, ki nastane, ko pride do delitve celic. Včasih celice ne zapustijo G1 ker niso tip celic, ki se delijo, ali ker umirajo. V teh primerih so v fazi, imenovani G0, ki se ne šteje za del celičnega cikla.
Oddelek za celice v prokariotih in evkariotih
Enocelični organizmi, kot so bakterije, se imenujejo prokarioti, in kadar se vključijo v delitev celic, je njihov namen razmnoževanje aseksualno; ustvarjajo potomce. Prokariontska delitev celic se imenuje binarna cepitev namesto mitoze. Prokarioti imajo navadno le en kromosom, ki ga niti jedrska membrana ne vsebuje, in nimajo organelov, ki jih imajo druge vrste celic. Med binarno cepitvijo prokariotska celica naredi kopijo svojega kromosoma, nato pa vsako sestrsko kopijo kromosoma pritrdi na nasprotno stran svoje celične membrane. Nato začne v svoji membrani tvoriti vrzel, ki se prilepi navznoter v procesu, imenovanem invaginacija, dokler se ne loči na dve enaki, ločeni celici. Celice, ki so del mitotskega celičnega cikla, so evkariontske celice. Niso posamezni živi organizmi, ampak celice, ki obstajajo kot sodelujoče enote večjih organizmov. Celice v očeh ali kosteh ali celice v jeziku mačk ali v travah na prednji trati so vse evkariontske celice. Vsebujejo veliko več genskega materiala kot prokariot, zato je postopek delitve celic tudi veliko bolj zapleten.
Prva faza vrzeli
Celični cikel je dobil ime, ker se celice nenehno delijo in začnejo življenje na novo. Ko se celica razdeli, je to konec faze mitoze in ta se takoj spet začne z interfazo. Seveda se v praksi celični cikel dogaja tekoče, vendar so znanstveniki v procesu razmejili faze in podfaze, da bi bolje razumeli mikroskopske gradnike življenja. Na novo razdeljena celica, ki je zdaj ena od dveh celic, ki sta bili prej ena sama celica, je v skupini G1 podfaza interfaz. G1 je okrajšava za fazo „vrzeli“; bo še en z oznako G2. Morda jih vidite tudi kot G1 in G2. Ko so znanstveniki pod mikroskopom odkrili zasedeno, temeljno celično delo mitoze, so razmeroma manj dramatično interfazo razlagali kot fazo počitka ali pavze med celičnimi delitvami.
Poimenovali so G1 z besedo "vrzel", ki uporablja to razlago, vendar je v tem smislu napačno. V resnici je G1 je bolj faza rasti kot faza počitka. V tej fazi celica počne vse, kar je normalno za njen tip celice. Če je bela krvna celica, bo izvajala obrambne ukrepe za imunski sistem. Če je v rastlini listna celica, bo izvajala fotosintezo in izmenjavo plinov. Celica verjetno raste. Nekatere celice med G rastejo počasi1 drugi pa zelo hitro rastejo. Celica sintetizira molekule, kot so ribonukleinska kislina (RNA) in različne beljakovine. V določenem trenutku pozno v G1 Na koncu se mora celica "odločiti", ali bo prešla na naslednjo stopnjo medfaze.
Kontrolne točke Interfase
Molekula, imenovana ciklinsko odvisna kinaza (CDK), uravnava celični cikel. Ta uredba je potrebna za preprečitev izgube nadzora nad rastjo celic. Delitev celične delitve pod nadzorom je še en način opisovanja malignega tumorja ali raka. CDK zagotavlja signale na kontrolnih točkah med določenimi točkami cikla celice, da se celica nadaljuje ali zaustavi. Nekateri okoljski dejavniki prispevajo k temu, ali CDK zagotavlja te signale. Ti vključujejo razpoložljivost hranil in rastnih faktorjev ter gostoto celic v okoliškem tkivu. Gostota celic je še posebej pomembna metoda samoregulacije, ki jo celice uporabljajo za vzdrževanje stopnje zdravega tkiva. CDK uravnava celični cikel med tremi fazami interfaze, pa tudi med mitozo (ki ji pravimo tudi faza M).
Če celica doseže regulativno kontrolno točko in ne prejme signala, da nadaljuje s celicnim ciklom (na primer, če je na koncu G1 v interfazi in čaka, da vstopi v fazo S v interfazi), obstajata dve možni stvari, ki bi jih celica lahko storila. Eno je, da bi lahko začasno ustavilo, medtem ko je težava rešena. Če je na primer kakšen potreben sestavni del poškodovan ali manjka, bi lahko izvedli popravila ali dopolnitve, nato pa se lahko znova približa kontrolni točki. Druga možnost za celico je, da vstopi v drugo fazo, imenovano G0, ki je zunaj celičnega cikla. Ta oznaka je namenjena celicam, ki bodo še naprej delovale tako, kot bi morale, a ne bodo prešle na fazo S ali mitozo in se kot take ne bodo vključile v delitev celic. Za večino odraslih človeških živčnih celic velja, da so v skupini G0 fazo, saj običajno ne prehajajo na S fazo ali mitozo. Celice v G0 faza se šteje za mirovalno, kar pomeni, da so v nerazdeljenem ali staroscentnem stanju, kar pomeni, da umirajo.
Med G1 na stopnji interfaze, obstajata dve regulativni kontrolni točki, skozi katero mora celica preiti, preden nadaljuje. Presojamo, ali je celica DNK poškodovana, in če je, jo moramo popraviti, preden lahko nadaljuje. Tudi ko je celica drugače pripravljena nadaljevati S fazo medfaze, obstaja še ena kontrolna točka, ki zagotavlja, da so okoljski pogoji - kar pomeni stanje okolja, ki neposredno obdaja celico - ugodne. Ti pogoji vključujejo celično gostoto okoliškega tkiva. Ko ima celica potrebne pogoje za nadaljevanje iz G1 na S fazo se ciklinski protein veže na CDK, ki izpostavi aktivni del molekule, kar celici sporoči, da je čas, da začne S fazo. Če celica ne izpolnjuje pogojev za prehod iz G1 do S faze ciklin ne bo aktiviral CDK, kar bo preprečilo napredovanje. V nekaterih primerih, na primer poškodovana DNK, se proteini zaviralca CDK vežejo na molekule CDK-ciklina, da preprečijo napredovanje, dokler težave ne odpravimo.
Sinteza genoma
Ko celica vstopi v fazo S, mora nadaljevati vse do konca cikla celice, ne da bi se obrnila nazaj ali se umaknila na G0. Vendar je v celotnem postopku več kontrolnih točk, da se zagotovi pravilno izvedbo korakov, preden se celica premakne na naslednjo fazo cikla celice. "S" v S fazi pomeni sintezo, ker celica sintetizira ali ustvari povsem novo kopijo DNK. V človeških celicah to pomeni, da celica ustvari popolnoma nov niz 46 kromosomov med S fazo. Ta faza je skrbno urejena, da prepreči prehod napak v naslednjo stopnjo; te napake so mutacije. Mutacije se dogajajo dovolj pogosto, vendar predpisi o celičnem ciklu preprečujejo, da bi se dogajalo veliko več. Med podvajanjem DNK postane vsak kromosom izjemno zavit okoli pramenov beljakovin, imenovanih histoni, kar zmanjša njihovo dolžino z 2 nanometrov na 5 mikronov. Dva nova podvojena sestrska kromosoma imenujemo kromatidi. Histoni vežejo dva ujemajoča se kromatida skupaj, medsebojno tesno po dolžini. Točka, kjer so združeni, se imenuje centromere. (Glejte Viri za vizualno predstavitev tega.)
Poleg zapletenih gibanj, ki se dogajajo med podvajanjem DNK, je veliko evkariontskih celic diploidnih, kar pomeni, da so njihovi kromosomi običajno razporejeni v parih. Večina človeških celic je diploidnih, razen reproduktivnih celic; Sem spadajo oociti (jajčeca) in spermatociti (spermatozoidi), ki so haploidni in imajo 23 kromosomov. Človeške somatske celice, ki so vse ostale celice v telesu, imajo 46 kromosomov, razporejenih v 23 parov. Seznanjeni kromosomi se imenujejo homologni par. Med Sfazno fazo interfaze, ko se vsak posamezen kromosom iz originalnega homolognega para replicira, se dobljeni dve sestrski kromatidi iz vsakega izvirnega kromosoma združita in tvorita figuro, ki je videti kot dva X, ki sta zlepljena skupaj. Med mitozo se bo jedro razcepilo v dve novi jedri, tako da bo vsako kromatido potegnilo iz vsakega homolognega para stran od sestre.
Priprave na celični oddelek
Če celica preide kontrolne točke S faze, ki še posebej skrbijo za to, da se DNK ni poškodoval, da se je pravilno replicirala in da se je samo enkrat replicirala, potem regulativni dejavniki omogočijo celici, da nadaljuje v naslednjo fazo medfaze. To je G2, kar pomeni Gap faza 2, kot G1. Prav tako je napaka, saj celica ne čaka, ampak je v tej fazi zelo zaposlena. Celica še naprej opravlja svoje normalno delo. Spomnimo se teh primerov iz G1 listne celice, ki izvaja fotosintezo ali belih krvnih celic, ki branijo telo pred patogeni. Pripravlja se tudi, da zapusti interfazo in vstopi v mitozo (M fazo), ki je druga in zadnja stopnja celičnega cikla, preden se razdeli in začne znova.
Še ena kontrolna točka med G2 zagotavlja, da se je DNK pravilno kopiral, CDK pa mu omogoča, da se premika naprej le, če preide zbiranje. Med G2, celica posnema centromere, ki vežejo kromatide in tvorijo nekaj, imenovano mikrotubul. To bo postalo del vretena, ki je mreža vlaken, ki bodo sestrske kromatide vodile stran od drugega in do njihovih ustreznih mest v novo razdeljenih jedrih. V tej fazi se delijo tudi mitohondriji in kloroplasti, kadar so prisotni v celici. Ko je celica presegla svoje kontrolne točke, je pripravljena na mitozo in zaključila tri faze interfaze. Med mitozo se bo jedro razdelilo na dve jedri, skoraj istočasno pa bo proces, imenovan citokineza, citoplazmo, kar pomeni preostali del celice, razdelil na dve celici. Do konca teh procesov bosta nastali dve novi celici, pripravljeni za začetek skupine G1 spet stopnja interfaze.