3 مراحل الطور البيني

لاحظ العلماء لأول مرة عملية انقسام الخلايا في أواخر القرن التاسع عشر. إن الدليل المجهري المتسق على أن الخلايا تنفق الطاقة والمواد لنسخ وتقسيم نفسها دحض النظرية الشائعة القائلة بأن الخلايا الجديدة نشأت من التوالد التلقائي. بدأ العلماء في فهم ظاهرة دورة الخلية ؛ هذه هي العملية التي "تولد" الخلايا من خلال الانقسام الخلوي ، ثم تعيش حياتها ، وتواصل أنشطتها الخلوية اليومية ، حتى يحين وقت الانقسام الخلوي نفسها.

توجد الكثير من الأسباب التي تجعل الخلية لا تمر بالانقسام. بعض الخلايا في جسم الإنسان لا تفعل ذلك ببساطة ؛ على سبيل المثال ، تتوقف معظم الخلايا العصبية في النهاية عن الانقسام الخلوي ، وهذا هو السبب في أن الشخص الذي يعاني من تلف الأعصاب قد يعاني من عجز حركي أو حسي دائم.

عادة ، على الرغم من أن دورة الخلية هي عملية تتكون من مرحلتين: الطور البيني و الانقسام المتساوي. الانقسام المتساوي هو جزء من دورة الخلية الذي يتضمن انقسام الخلية ، لكن الخلية المتوسطة تقضي 90٪ من حياتها في الطور البيني ، وهو ما يعني ببساطة أن الخلية تعيش وتنمو ولا تنقسم. هناك ثلاث مراحل فرعية داخل الطور البيني. هؤلاء هم جي₁ مرحلة, المرحلة S.، و جي₂ مرحلة.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

المراحل الثلاث من الطور البيني هي G₁، والتي تعني فجوة المرحلة 1 ؛ المرحلة S ، والتي تعني مرحلة التوليف ؛ وج₂، والتي تعني Gap stage 2. الطور البيني هو المرحلة الأولى من مرحلتين من دورة الخلية حقيقية النواة. المرحلة الثانية هي الانقسام الفتيلي ، أو المرحلة M ، والتي تحدث عند حدوث انقسام الخلية. في بعض الأحيان لا تترك الخلايا G₁ لأنها ليست من نوع الخلايا التي تنقسم ، أو لأنها تحتضر. في هذه الحالات ، يكونون في مرحلة تسمى G₀، والتي لا تعتبر جزءًا من دورة الخلية.

تسمى الكائنات وحيدة الخلية مثل البكتيريا بدائيات النوى، وعندما ينخرطون في انقسام الخلايا ، فإن هدفهم هو التكاثر اللاجنسي ؛ إنهم يخلقون ذرية. يسمى انقسام الخلايا بدائية النواة الانشطار الثنائي بدلا من الانقسام. تحتوي بدائيات النوى عادةً على كروموسوم واحد فقط لا يحتوي حتى على غشاء نووي ، كما أنها تفتقر إلى العضيات الموجودة في الأنواع الأخرى من الخلايا. أثناء الانشطار الثنائي ، تصنع خلية بدائية النواة نسخة من كروموسومها ، ثم تربط كل نسخة شقيقة من الكروموسوم بجانب معاكس من غشاء الخلية. ثم يبدأ في تكوين شق في غشاءه يضغط إلى الداخل في عملية تسمى الانقلاب ، حتى ينفصل إلى خليتين متطابقتين منفصلتين. الخلايا التي هي جزء من دورة الخلية الانقسامية هي الخلايا حقيقية النواة. إنها ليست كائنات حية فردية ، بل خلايا توجد كوحدات متعاونة من كائنات أكبر. الخلايا الموجودة في عينيك أو عظامك أو الخلايا الموجودة في لسان قطتك أو في حشائش العشب في حديقتك الأمامية كلها الخلايا حقيقية النواة. تحتوي على مواد وراثية أكثر بكثير من بدائيات النوى ، وبالتالي فإن عملية انقسام الخلية هي أيضًا أكثر تعقيدًا.

حصلت دورة الخلية على اسمها لأن الخلايا تنقسم باستمرار ، لتبدأ الحياة من جديد. بمجرد انقسام الخلية ، يكون هذا هو نهاية مرحلة الانقسام ، ويبدأ على الفور الطور البيني مرة أخرى. بالطبع ، من الناحية العملية ، تحدث دورة الخلية بسلاسة ، لكن العلماء حددوا مراحل ومراحل فرعية داخل العملية من أجل فهم أفضل لبنات البناء المجهرية للحياة. الخلية المقسمة حديثًا ، والتي هي الآن واحدة من خليتين كانتا في السابق خلية واحدة ، موجودة في G₁ طور ثانوي من الطور البيني. جي₁ هو اختصار لمرحلة "الفجوة" ؛ سيكون هناك واحد آخر يسمى G₂. يمكنك أيضًا مشاهدة هذه مكتوبة كـ G1 و G2. عندما اكتشف العلماء العمل الخلوي الأساسي المزدحم للانقسام تحت المجهر ، قاموا بذلك فسر الطور البيني الأقل دراماتيكية نسبيًا على أنه مرحلة راحة أو توقف مؤقتًا بين الخلية الانقسامات.

أطلقوا على G₁ المرحلة مع كلمة "فجوة" باستخدام هذا التفسير ، ولكن بهذا المعنى ، فهي تسمية خاطئة. في الواقع، جي₁ هو أكثر مرحلة من مراحل النمو من مرحلة راحة. خلال هذه المرحلة ، تقوم الخلية بجميع الأشياء الطبيعية لنوع خليتها. إذا كانت خلية دم بيضاء ، فستقوم بإجراءات دفاعية لجهاز المناعة. إذا كانت خلية ورقية في نبات ، فستقوم بعملية التمثيل الضوئي وتبادل الغازات. من المرجح أن تنمو الخلية. تنمو بعض الخلايا ببطء خلال G₁ بينما ينمو الآخرون بسرعة كبيرة. تقوم الخلية بتجميع الجزيئات ، مثل الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتينات المختلفة. عند نقطة معينة في وقت متأخر من G₁ المرحلة ، يجب أن "تقرر" الخلية ما إذا كانت ستنتقل إلى المرحلة التالية من الطور البيني أم لا.

ينظم جزيء يسمى كيناز المعتمد على السيكلين (CDK) دورة الخلية. هذا التنظيم ضروري لمنع فقدان السيطرة على نمو الخلايا. يعد الانقسام الخلوي خارج نطاق السيطرة في الحيوانات طريقة أخرى لوصف الورم الخبيث أو السرطان. يوفر CDK إشارات عند نقاط التفتيش خلال نقاط محددة من دورة الخلية للخلية للمضي قدمًا أو للتوقف مؤقتًا. تساهم عوامل بيئية معينة في ما إذا كان CDK يوفر هذه الإشارات. وتشمل هذه العوامل توافر العناصر الغذائية وعوامل النمو ، وكثافة الخلايا في الأنسجة المحيطة. كثافة الخلايا هي طريقة مهمة بشكل خاص للتنظيم الذاتي تستخدمها الخلايا للحفاظ على معدلات نمو الأنسجة السليمة. ينظم CDK دورة الخلية خلال المراحل الثلاث من الطور البيني ، وكذلك أثناء الانقسام الفتيلي (والذي يسمى أيضًا المرحلة M).

إذا وصلت الخلية إلى نقطة تفتيش تنظيمية ولم تستقبل إشارة للمتابعة إلى الأمام مع دورة الخلية (على سبيل المثال ، إذا كانت في نهاية G₁ في الطور البيني وتنتظر دخول المرحلة S في الطور البيني) ، هناك شيئان محتملان يمكن أن تفعلهما الخلية. أحدها أنه يمكن أن يتوقف أثناء حل المشكلة. إذا ، على سبيل المثال ، بعض المكونات الضرورية تالفة أو مفقودة ، يمكن إجراء إصلاحات أو مكملات ، ومن ثم يمكن أن تقترب من نقطة التفتيش مرة أخرى. الخيار الآخر للخلية هو الدخول في مرحلة مختلفة تسمى G₀، وهو خارج دورة الخلية. هذا التعيين مخصص للخلايا التي ستستمر في العمل بالطريقة التي من المفترض أن تعمل بها ، ولكنها لن تنتقل إلى المرحلة S أو الانقسام الفتيلي ، وعلى هذا النحو ، لن تشارك في انقسام الخلايا. تعتبر معظم الخلايا العصبية البشرية في G₀ المرحلة ، لأنها عادة لا تنتقل إلى المرحلة S أو الانقسام. الخلايا في G₀ تعتبر المرحلة هادئة ، بمعنى أنها في حالة غير مقسمة ، أو شيخوخة ، مما يعني أنها تحتضر.

خلال G₁ مرحلة الطور البيني ، هناك نوعان من نقاط التفتيش التنظيمية التي يجب أن تمر بها الخلية قبل المتابعة. يقوم المرء بتقييم ما إذا كان الحمض النووي للخلية تالفًا ، وإذا كان كذلك ، فيجب إصلاح الحمض النووي قبل أن يتمكن من المضي قدمًا. حتى عندما تكون الخلية جاهزة للشروع في المرحلة S من الطور البيني ، هناك نقطة تفتيش أخرى يجب إجراؤها تأكد من أن الظروف البيئية - أي حالة البيئة المحيطة مباشرة بالخلية - هي ملائم. تشمل هذه الحالات كثافة الخلايا في الأنسجة المحيطة. عندما يكون للخلية الشروط اللازمة للمضي قدمًا من G₁ إلى المرحلة S ، يرتبط بروتين cyclin بـ CDK ، ويعرض الجزء النشط من الجزيء ، والذي يشير إلى الخلية أن الوقت قد حان لبدء المرحلة S. إذا كانت الخلية لا تستوفي شروط الانتقال من G₁ إلى المرحلة S ، لن يقوم cyclin بتنشيط CDK ، مما سيمنع التقدم. في بعض الحالات ، مثل الحمض النووي التالف ، ترتبط البروتينات المثبطة لـ CDK بجزيئات CDK-cyclin لمنع التقدم حتى يتم علاج المشكلة.

بمجرد دخول الخلية المرحلة S.، يجب أن تستمر طوال الطريق حتى نهاية دورة الخلية دون الرجوع أو الانسحاب إلى G₀. ومع ذلك ، هناك المزيد من نقاط التفتيش خلال العملية ، لضمان اكتمال الخطوات بشكل صحيح قبل أن تنتقل الخلية إلى المرحلة التالية من دورة الخلية. ترمز المرحلة "S" في S إلى التوليف لأن الخلية تقوم بتوليف أو إنشاء نسخة جديدة تمامًا من الحمض النووي الخاص بها. في الخلايا البشرية ، هذا يعني أن الخلية تصنع مجموعة جديدة كاملة من 46 كروموسومًا خلال المرحلة S. يتم تنظيم هذه المرحلة بعناية لمنع الأخطاء من المرور إلى المرحلة التالية ؛ هذه الأخطاء هي طفرات. تحدث الطفرات غالبًا بشكل كافٍ ، لكن لوائح دورة الخلية تمنع حدوث المزيد منها. أثناء تكرار الحمض النووي ، يصبح كل كروموسوم ملفوفًا للغاية حول خيوط من البروتينات تسمى الهستونات ، مما يقلل من طولها من 2 نانومتر إلى 5 ميكرون. تسمى الكروموسومات الشقيقة المكررة الجديدة الكروماتيدات. تربط الهستونات الكروماتيدات المتطابقة معًا بإحكام جزئيًا أسفل أطوالها. تسمى النقطة التي يتم فيها الانضمام إلى centromere. (راجع الموارد للحصول على تمثيل مرئي لهذا.)

للإضافة إلى الحركات المعقدة التي تحدث أثناء تكرار الحمض النووي ، فإن العديد من الخلايا حقيقية النواة ثنائية الصبغيات ، مما يعني أن كروموسوماتها عادة ما تكون مرتبة في أزواج. معظم الخلايا البشرية ثنائية الصبغة ، باستثناء الخلايا التناسلية ؛ وتشمل هذه البويضات (البيض) والخلايا المنوية (الحيوانات المنوية) ، والتي هي أحادية العدد وتحتوي على 23 كروموسوم. تحتوي الخلايا الجسدية البشرية ، وهي جميع الخلايا الأخرى في الجسم ، على 46 كروموسومًا ، مرتبة في 23 زوجًا. تسمى الكروموسومات المزدوجة زوجًا متماثلًا. خلال المرحلة S من الطور البيني ، عندما يتم تكرار كل كروموسوم فردي من زوج متماثل أصلي ، ينتج عن ذلك دمج كروماتيدات أختين من كل كروموسوم أصلي ، لتشكيل شكل يبدو وكأنه اثنان من الكروموسومات X ملتصقتان سويا. أثناء الانقسام الفتيلي ، تنقسم النواة إلى نواتين جديدتين ، تسحب واحدة من كل كروماتيد من كل زوج متماثل بعيدًا عن أختها.

إذا مرت الخلية بنقاط تفتيش المرحلة S ، والتي تهتم بشكل خاص بالتأكد من عدم تلف الحمض النووي ، فإنها تتكرر بشكل صحيح وأنها تتكرر مرة واحدة فقط ، ثم تسمح العوامل التنظيمية للخلية بالانتقال إلى المرحلة التالية من الطور البيني. هذا شكل حرف G₂، والتي ترمز إلى Gap stage 2 ، مثل G₁. إنها أيضًا تسمية خاطئة ، حيث أن الخلية لا تنتظر ، ولكنها مشغولة جدًا خلال هذه المرحلة. تواصل الخلية القيام بعملها الطبيعي. أذكر تلك الأمثلة من G₁ لخلية ورقية تقوم بعملية التمثيل الضوئي أو خلية دم بيضاء تدافع عن الجسم ضد مسببات الأمراض. كما أنه يستعد لمغادرة الطور البيني والدخول في الانقسام الفتيلي (الطور M) ، وهي المرحلة الثانية والأخيرة من دورة الخلية ، قبل أن تنقسم وتبدأ من جديد.

نقطة تفتيش أخرى خلال G₂ يضمن تكرار الحمض النووي بشكل صحيح ، ويسمح CDK للمضي قدمًا فقط إذا اجتاز التجمع. خلال G₂، تقوم الخلية بتكرار السنترومير الذي يربط الكروماتيدات ، ويشكل شيئًا يسمى الأنبوب الصغير. سيصبح هذا جزءًا من المغزل ، وهو عبارة عن شبكة من الألياف التي ستوجه الكروماتيدات الشقيقة بعيدًا عن بعضها البعض وإلى أماكنها المناسبة في النوى المقسمة حديثًا. خلال هذه المرحلة ، تنقسم الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء أيضًا ، عندما تكون موجودة في الخلية. عندما تتجاوز الخلية نقاط التفتيش الخاصة بها ، تكون جاهزة للانقسام والانتهاء من المراحل الثلاث من الطور البيني. أثناء الانقسام الفتيلي ، تنقسم النواة إلى نواتين ، وفي نفس الوقت تقريبًا ، عملية تسمى يظهر سيقسم السيتوبلازم ، أي باقي الخلية ، إلى خليتين. بنهاية هذه العمليات ، ستكون هناك خليتان جديدتان جاهزتان لبدء G₁ مرحلة الطور البيني مرة أخرى.