3 fáze mezifáze

Vědci poprvé pozorovali proces dělení buněk na konci 19. století. Důsledné mikroskopické důkazy o tom, že buňky vynakládají energii a materiál na to, aby se kopírovaly a rozdělily, vyvrátily rozšířenou teorii, že nové buňky vznikly ze spontánní generace. Vědci začínali chápat fenomén buněčného cyklu; toto je proces, při kterém se buňky „rodí“ buněčným dělením a poté žijí své životy každodenními buněčnými aktivitami, dokud není čas podstoupit buněčné dělení samy.

Existuje spousta důvodů, proč buňka nemusí projít rozdělením. Některé buňky v lidském těle prostě ne; například většina nervových buněk nakonec přestane procházet buněčným dělením, a proto může osoba, která snáší poškození nervů, trpět trvalým motorickým nebo smyslovým deficitem.

Typicky však buněčný cyklus je proces, který se skládá ze dvou fází: mezifáze a mitóza. Mitóza je součástí buněčného cyklu, který zahrnuje dělení buněk, ale průměrná buňka tráví 90 procent svého života v mezifázi, což jednoduše znamená, že buňka žije a roste a nedělí se. V mezifázi jsou tři subfáze. Tyto jsou G₁ fáze, S fáze, a G₂ fáze.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Tři fáze mezifáze jsou G₁, což znamená mezera fáze 1; S fáze, což je zkratka pro fázi syntézy; a G.₂, což znamená mezera fáze 2. Interfáze je první ze dvou fází eukaryotického buněčného cyklu. Druhou fází je mitóza neboli M fáze, kdy dochází k dělení buněk. Někdy buňky neopouštějí G.₁ protože nejsou typem buněk, které se dělí, nebo proto, že umírají. V těchto případech jsou ve fázi zvané G₀, který se nepovažuje za součást buněčného cyklu.

Jednobuněčné organismy, jako jsou bakterie, se nazývají prokaryoty, a když se účastní buněčného dělení, jejich účelem je reprodukovat nepohlavně; vytvářejí potomky. Říká se prokaryotické dělení buněk binární dělení místo mitózy. Prokaryoty mají obvykle pouze jeden chromozom, který není ani obsažen v jaderné membráně, a chybí jim organely, které mají jiné druhy buněk. Během binárního štěpení prokaryotická buňka vytvoří kopii svého chromozomu a poté připojí každou sesterskou kopii chromozomu k opačné straně své buněčné membrány. Poté začne ve své membráně vytvářet štěrbinu, která se v procesu zvaném invaginace sevře dovnitř, dokud se nerozdělí na dvě identické oddělené buňky. Buňky, které jsou součástí mitotického buněčného cyklu, jsou eukaryotické buňky. Nejsou to jednotlivé živé organismy, ale buňky, které existují jako spolupracující jednotky větších organismů. Buňky v očích nebo v kostech nebo buňky v kočičím jazyku nebo ve stéblech trávy na předním trávníku jsou všechny eukaryotické buňky. Obsahují mnohem více genetického materiálu než prokaryot, takže proces dělení buněk je také mnohem složitější.

Buněčný cyklus dostal své jméno, protože buňky se neustále dělí a začínají život znovu. Jakmile se buňka rozdělí, je to konec mitotické fáze a okamžitě začne znovu mezifázi. V praxi se buněčný cyklus samozřejmě děje plynule, ale vědci v rámci procesu vymezili fáze a subfázi, aby lépe porozuměli mikroskopickým stavebním kamenům života. Nově rozdělená buňka, která je nyní jednou ze dvou buněk, které byly dříve jedinou buňkou, je v G₁ subfáze mezifáze. G₁ je zkratka pro fázi „Gap“; tam bude další s označením G₂. Můžete je také vidět psané jako G1 a G2. Když vědci objevili pod mikroskopem rušnou základní buněčnou práci mitózy, udělali to interpretoval relativně méně dramatickou mezifázi jako fázi odpočinku nebo pauzy mezi buňkami divize.

Pojmenovali G.₁ fáze se slovem „mezera“ používající tuto interpretaci, ale v tomto smyslu se jedná o nesprávné pojmenování. V realitě, G₁ je více fází růstu než fáze odpočinku. Během této fáze buňka dělá všechny věci, které jsou normální pro její typ buňky. Pokud se jedná o bílé krvinky, bude provádět obranné akce pro imunitní systém. Pokud se jedná o listovou buňku v rostlině, bude provádět fotosyntézu a výměnu plynů. Buňka pravděpodobně roste. Některé buňky rostou pomalu během G₁ zatímco jiné rostou velmi rychle. Buňka syntetizuje molekuly, jako např ribonukleová kyselina (RNA) a různé proteiny. V určitém okamžiku pozdě v G₁ fázi se buňka musí „rozhodnout“, zda přejde do další fáze mezifáze.

Molekula zvaná cyklin-dependentní kináza (CDK) reguluje buněčný cyklus. Tato regulace je nezbytná, aby se zabránilo ztrátě kontroly nad buněčným růstem. Buněčné dělení mimo kontrolu u zvířat je dalším způsobem, jak popsat maligní nádor nebo rakovinu. CDK poskytuje signály na kontrolních bodech během konkrétních bodů buněčného cyklu, aby buňka pokračovala nebo pozastavila. Určité faktory prostředí přispívají k tomu, zda CDK poskytuje tyto signály. Patří mezi ně dostupnost živin a růstových faktorů a hustota buněk v okolní tkáni. Hustota buněk je obzvláště důležitou metodou samoregulace používanou buňkami k udržení zdravého růstu tkáně. CDK reguluje buněčný cyklus během tří fází mezifáze i během mitózy (která se také nazývá M fáze).

Pokud buňka dosáhne regulačního kontrolního bodu a nepřijme signál, aby pokračovala vpřed s buněčným cyklem (například pokud je na konci G₁ v mezifázi a čeká na vstup do fáze S v mezifázi), existují dvě možné věci, které by buňka mohla udělat. Jedním z nich je, že by se mohlo pozastavit, dokud bude problém vyřešen. Pokud je například poškozena nebo chybí některá nezbytná součástka, mohly by být provedeny opravy nebo doplnění a pak by se mohla znovu přiblížit ke kontrolnímu bodu. Druhou možností pro buňku je vstoupit do jiné fáze zvané G₀, který je mimo buněčný cyklus. Toto označení je pro buňky, které budou i nadále fungovat tak, jak mají, ale nepřejdou do fáze S nebo mitózy a jako takové se nebudou podílet na dělení buněk. Většina dospělých lidských nervových buněk je považována za G₀ fáze, protože obvykle nepostupují do S fáze nebo mitózy. Buňky v G₀ fáze jsou považovány za klidové, což znamená, že jsou v nerozdělujícím stavu, nebo za senescentní, což znamená, že umírají.

Během G₁ fázi mezifáze existují dva regulační kontrolní body, kterými buňka musí projít, než bude pokračovat. Jeden posoudí, zda je DNA buňky poškozena, a pokud ano, musí být DNA opravena, než bude moci pokračovat. I když je buňka jinak připravena pokračovat do fáze S mezifáze, je třeba udělat další kontrolní bod ujistěte se, že podmínky prostředí - tj. stav prostředí bezprostředně obklopujícího buňku - jsou příznivý. Mezi tyto podmínky patří hustota buněk okolní tkáně. Když má buňka nezbytné podmínky pro postup z G₁ do S fáze se cyklinový protein váže na CDK a vystavuje aktivní část molekuly, která signalizuje buňce, že je čas zahájit S fázi. Pokud buňka nesplňuje podmínky pro přesun z G₁ do fáze S, cyklin neaktivuje CDK, což zabrání progresi. V některých případech, jako je poškozená DNA, se proteiny inhibitoru CDK budou vázat na molekuly CDK-cyklinu, aby se zabránilo progresi, dokud nebude problém odstraněn.

Jakmile buňka vstoupí S fáze, musí pokračovat celou cestu až do konce buněčného cyklu, aniž by se otočil zpět nebo se stáhl na G₀. V celém procesu je více kontrolních bodů, aby bylo zajištěno, že jsou kroky dokončeny správně, než buňka přejde do další fáze buněčného cyklu. „S“ ve fázi S znamená syntézu, protože buňka syntetizuje nebo vytváří zcela novou kopii své DNA. V lidských buňkách to znamená, že buňka vytvoří během S fáze zcela novou sadu 46 chromozomů. Tato fáze je pečlivě regulována, aby se zabránilo přenosu chyb do další fáze; ty chyby jsou mutace. Mutace probíhají dostatečně často, ale regulace buněčného cyklu brání mnohem více z nich. Během replikace DNA se každý chromozom extrémně stočil kolem řetězců proteinů nazývaných histony, čímž se zmenšila jejich délka z 2 nanometrů na 5 mikronů. Jsou volány dva nové duplicitní sesterské chromozomy chromatidy. Histony vážou dvě shodné chromatidy k sobě těsně po částech své délky. Bod, kde jsou spojeny, se nazývá centroméra. (Viz Zdroje, kde je to vizuálně znázorněno.)

Abychom přidali ke komplikovaným pohybům probíhajícím během replikace DNA, mnoho eukaryotických buněk je diploidních, což znamená, že jejich chromozomy jsou obvykle uspořádány v párech. Většina lidských buněk je diploidních, s výjimkou reprodukčních buněk; mezi ně patří oocyty (vejce) a spermatocyty (spermie), které jsou haploidní a mají 23 chromozomů. Lidské somatické buňky, které jsou všemi ostatními buňkami v těle, mají 46 chromozomů uspořádaných do 23 párů. Spárované chromozomy se nazývají homologní páry. Během S fáze mezifáze, kdy se replikuje každý jednotlivý chromozom z původního homologního páru, výsledné dvě sesterské chromatidy z každého původního chromozomu se spojí a vytvoří postavu, která vypadá jako slepená dvě X. spolu. Během mitózy se jádro rozpadne na dvě nová jádra, přičemž jeden z každého chromatidu z každého homologního páru odtáhne od své sestry.

Pokud buňka projde kontrolními body fáze S, které se zvláště starají o to, aby nebyla poškozena DNA, tak to replikoval správně a že se replikoval pouze jednou, pak regulační faktory umožňují buňce pokračovat do další fáze mezifáze. Toto je G₂, což je zkratka pro Gap phase 2, jako G₁. Jde také o nesprávné pojmenování, protože buňka nečeká, ale během této fáze je velmi zaneprázdněna. Buňka pokračuje v normální práci. Připomeňme si ty příklady z G.₁ listové buňky provádějící fotosyntézu nebo bílých krvinek chránících tělo před patogeny. Připravuje se také na opuštění mezifáze a vstup do mitózy (fáze M), což je druhá a poslední fáze buněčného cyklu, než se rozdělí a začne znovu.

Další kontrolní bod během G₂ zajišťuje, že DNA byla replikována správně, a CDK jí umožňuje pohyb vpřed, pouze pokud projde shromážděním. Během G₂, buňka replikuje centromeru, která váže chromatidy, za vzniku něčeho, co se nazývá mikrotubul. To se stane součástí vřetena, což je síť vláken, která povede sesterské chromatidy od sebe navzájem a na správná místa v nově rozdělených jádrech. Během této fáze se také dělí mitochondrie a chloroplasty, jsou-li přítomny v buňce. Když buňka překonala své kontrolní body, je připravena na mitózu a dokončila tři fáze mezifáze. Během mitózy se jádro rozdělí na dvě jádra a téměř současně se nazývá proces cytokineze rozdělí cytoplazmu, což znamená zbytek buňky, na dvě buňky. Na konci těchto procesů budou dvě nové buňky připravené zahájit G₁ fáze mezifáze znovu.