3 етапа на интерфазата

Учените за първи път наблюдават процеса на клетъчно делене в края на 1800-те. Постоянните микроскопични доказателства, че клетките изразходват енергия и материал, за да се копират и разделят, опровергават широко разпространената теория, че новите клетки са възникнали от спонтанно генериране. Учените започват да разбират феномена на клетъчния цикъл; това е процесът, чрез който клетките се "раждат" чрез клетъчно делене и след това живеят живота си, извършвайки ежедневните си клетъчни дейности, докато дойде време да се подложат на клетъчното делене.

Съществуват множество причини, поради които клетката може да не премине през разделяне. Някои клетки в човешкото тяло просто не го правят; например, повечето нервни клетки в крайна сметка спират да се подлагат на клетъчно делене, поради което човек, който понася увреждане на нервите, може да претърпи трайни двигателни или сензорни дефицити.

Обикновено обаче клетъчен цикъл е процес, който се състои от две фази: междуфазна и митоза. Митозата е частта от клетъчния цикъл, която включва клетъчно делене, но средната клетка прекарва 90 процента от живота си в интерфаза, което просто означава, че клетката живее и расте и не се дели. В рамките на междуфазата има три подфази. Това са

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Трите етапа на интерфазата са G₁, което означава Gap фаза 1; S фаза, която означава фаза на синтез; и G₂, което означава Gap фаза 2. Интерфазата е първата от двете фази на еукариотния клетъчен цикъл. Втората фаза е митоза, или М фаза, която е моментът на клетъчно делене. Понякога клетките не напускат G₁ защото не са от типа клетки, които се делят, или защото умират. В тези случаи те са в етап, наречен G₀, което не се счита за част от клетъчния цикъл.

Наричат ​​се едноклетъчни организми като бактерии прокариоти, и когато те участват в клетъчното делене, тяхната цел е да се размножават безполово; те създават потомство. Нарича се прокариотно клетъчно делене бинарно делене вместо митоза. Прокариотите обикновено имат само една хромозома, която дори не се съдържа в ядрена мембрана и им липсват органелите, които имат други видове клетки. По време на бинарното делене прокариотната клетка прави копие на своята хромозома и след това прикрепя всяко сестринско копие на хромозомата към противоположната страна на клетъчната си мембрана. След това започва да образува цепнатина в мембраната си, която се прищипва навътре в процес, наречен инвагинация, докато се отдели на две еднакви, отделни клетки. Клетките, които са част от митотичния клетъчен цикъл, са еукариотните клетки. Те не са отделни живи организми, а клетки, които съществуват като взаимодействащи единици на по-големи организми. Клетките в очите ви или костите ви, или клетките в езика на котката ви или в тревите на тревната ви трева са всички еукариотни клетки. Те съдържат много повече генетичен материал от прокариот, така че процесът на клетъчно делене също е много по-сложен.

Клетъчният цикъл получи името си, защото клетките непрекъснато се делят, започвайки живота си наново. След като клетката се раздели, това е краят на фазата на митоза и тя веднага започва отново фаза. Разбира се, на практика клетъчният цикъл се случва плавно, но учените са разграничили фазите и подфазите в процеса, за да разберат по-добре микроскопичните градивни елементи на живота. Новоразделената клетка, която сега е една от двете клетки, които преди това са били една клетка, е в G₁ подфаза на междуфазната. G₁ е съкращение за фаза „Gap”; ще има още един с етикет G₂. Можете също да видите тези, написани като G1 и G2. Когато учените откриха под микроскопа натоварената основна клетъчна работа по митоза, те интерпретира относително по-малко драматичната интерфаза като фаза на почивка или пауза между клетката дивизии.

Те кръстиха G₁ етап с думата „пропаст“, ​​използвайки тази интерпретация, но в този смисъл това е погрешно наименование. В действителност, G₁ е по-скоро етап на растеж отколкото етап на почивка. По време на тази фаза клетката прави всички неща, които са нормални за нейния тип клетки. Ако това са бели кръвни клетки, те ще изпълняват защитни действия за имунната система. Ако това е листна клетка в растението, тя ще извършва фотосинтеза и газообмен. Клетката вероятно ще расте. Някои клетки растат бавно по време на G₁ докато други растат много бързо. Клетката синтезира молекули, като напр рибонуклеинова киселина (РНК) и различни протеини. В определен момент късно в G₁ етап, клетката трябва да „реши“ дали да премине към следващия етап на интерфаза.

Молекула, наречена циклин-зависима киназа (CDK), регулира клетъчния цикъл. Това регулиране е необходимо, за да се предотврати загуба на контрол върху растежа на клетките. Извън контрол на клетъчното делене при животните е друг начин за описване на злокачествен тумор или рак. CDK предоставя сигнали на контролните точки по време на определени точки от клетъчния цикъл, за да продължи клетката или да направи пауза. Някои фактори на околната среда допринасят за това дали CDK предоставя тези сигнали. Те включват наличието на хранителни вещества и растежни фактори и клетъчната плътност в околната тъкан. Клетъчната плътност е особено важен метод за саморегулация, използван от клетките за поддържане на здрави темпове на растеж на тъканите. CDK регулира клетъчния цикъл по време на трите етапа на интерфаза, както и по време на митоза (която също се нарича М фаза).

Ако клетка достигне регулаторен контролен пункт и не получи сигнал да продължи напред с клетъчния цикъл (например, ако е в края на G₁ в интерфаза и чака да влезе в S фаза в интерфаза), има две възможни неща, които клетката може да направи. Единият е, че може да направи пауза, докато проблемът бъде решен. Ако например някакъв необходим компонент е повреден или липсва, могат да бъдат извършени поправки или добавки и след това той може отново да се приближи до контролно-пропускателния пункт. Другата опция за клетката е да влезе в различна фаза, наречена G₀, което е извън клетъчния цикъл. Това обозначение е за клетки, които ще продължат да функционират по начина, по който се предполага, но няма да преминат към S фаза или митоза и като такива няма да участват в клетъчното делене. Повечето възрастни човешки нервни клетки се считат за G₀ фаза, тъй като те обикновено не преминават към S фаза или митоза. Клетки в G₀ фаза се считат за неподвижни, което означава, че те са в неразделящо се състояние или стареене, което означава, че умират.

По време на G₁ етап на интерфаза, има два регулаторни контролни пункта, през които клетката трябва да премине, преди да продължи. Човек преценява дали ДНК на клетката е повредена и ако е, ДНК трябва да бъде поправена, преди да може да продължи. Дори когато клетката по друг начин е готова да премине към S фазата на интерфазата, трябва да се направи друга контролна точка сигурни, че условията на околната среда - което означава състоянието на околната среда, непосредствено заобикаляща клетката - са благоприятен. Тези условия включват клетъчната плътност на околната тъкан. Когато клетката има необходимите условия да продължи от G₁ към S фаза, циклин протеин се свързва с CDK, излагайки активната част на молекулата, която сигнализира на клетката, че е време да започне S фаза. Ако клетката не отговаря на условията да се премести от G₁ до S фаза, циклинът няма да активира CDK, което ще предотврати прогресията. В някои случаи, като повредена ДНК, CDK-инхибиторните протеини ще се свържат с CDK-циклиновите молекули, за да предотвратят прогресията, докато проблемът бъде отстранен.

След като клетката влезе S фаза, той трябва да продължи до края на клетъчния цикъл, без да се връща назад или да се оттегля към G₀. В процеса обаче има повече контролни точки, за да се гарантира, че стъпките се изпълняват правилно, преди клетката да премине към следващата фаза на клетъчния цикъл. „S“ в S фазата означава синтез, защото клетката синтезира или създава чисто ново копие на своята ДНК. В човешките клетки това означава, че клетката прави изцяло нов набор от 46 хромозоми по време на S фазата. Този етап е внимателно регулиран, за да се предотврати преминаването на грешки към следващия етап; тези грешки са мутации. Мутациите се случват достатъчно често, но разпоредбите за клетъчния цикъл предотвратяват много повече от тях. По време на репликацията на ДНК всяка хромозома става изключително навита около нишки протеини, наречени хистони, намалявайки дължината им от 2 нанометра на 5 микрона. Извикват се двете нови дублирани сестрински хромозоми хроматиди. Хистоните свързват двете съвпадащи хроматиди плътно по дължината им. Точката, където те са съединени, се нарича центромера. (Вижте Ресурси за визуално представяне на това.)

В допълнение към сложните движения, случващи се по време на репликацията на ДНК, много еукариотни клетки са диплоидни, което означава, че техните хромозоми обикновено са подредени по двойки. Повечето човешки клетки са диплоидни, с изключение на репродуктивните клетки; те включват ооцити (яйца) и сперматоцити (сперма), които са хаплоидни и имат 23 хромозоми. Човешките соматични клетки, които са всички останали клетки в тялото, имат 46 хромозоми, подредени в 23 двойки. Сдвоените хромозоми се наричат ​​хомоложна двойка. По време на S фазата на интерфазата, когато се репликира всяка отделна хромозома от оригинална хомоложна двойка, в резултат на това се присъединяват две сестрински хроматиди от всяка оригинална хромозома, образувайки фигура, която изглежда като залепени две Х заедно. По време на митозата ядрото ще се раздели на две нови ядра, издърпвайки по една от всяка хроматида от всяка хомоложна двойка от сестра си.

Ако клетката премине контролно-пропускателните пунктове на S фазата, които са особено загрижени да се уверят, че ДНК не е била повредена, то тя репликира се правилно и че се репликира само веднъж, тогава регулаторните фактори позволяват на клетката да премине към следващия етап на междуфазна. Това е G₂, което означава Gap фаза 2, като G₁. Освен това е погрешно наименование, тъй като клетката не чака, но е много заета по време на този етап. Клетката продължава да върши нормалната си работа. Спомнете си тези примери от G₁ на листна клетка, извършваща фотосинтеза, или бели кръвни клетки, защитаващи тялото срещу патогени. Също така се подготвя да напусне интерфазата и да влезе в митоза (М фаза), която е вторият и последен етап от клетъчния цикъл, преди да се раздели и да започне отначало.

Друг контролен пункт по време на G₂ гарантира, че ДНК е била репликирана правилно, а CDK му позволява да се придвижва напред, само ако преминава през сбор. По време на G₂, клетката възпроизвежда центромерата, която свързва хроматидите, образувайки нещо, наречено микротубула. Това ще стане част от вретеното, което представлява мрежа от влакна, които ще водят сестринските хроматиди далеч една от друга и до правилните им места в новоразделените ядра. По време на тази фаза митохондриите и хлоропластите също се делят, когато присъстват в клетката. Когато клетката надхвърли контролните си пунктове, тя е готова за митоза и е завършила трите етапа на интерфаза. По време на митозата ядрото ще се раздели на две ядра и почти едновременно ще се нарече процес цитокинеза ще раздели цитоплазмата, което означава останалата част от клетката, на две клетки. До края на тези процеси ще има две нови клетки, готови да започнат G₁ етап на интерфаза отново.