M-fase: Hvad sker der i denne fase af cellecyklussen?

Celler er de grundlæggende enheder i livet og er de mest irreducerbare enheder, der bevarer alle de grundlæggende egenskaber ved levende ting, såsom metabolisk aktivitet og et reproduktionsmiddel. Ligesom hele organismer udvikler sig gennem deres egen version af en livscyklus - fødsel, modning, reproduktion, aldring og død - har individuelle celler en livscyklus af sig selv, passende betegnet som cellecyklus.

(Nogle levende ting, skal det bemærkes, består kun af en enkelt celle, der gør "livscyklus" og "cellecyklus" fuldstændigt overlappende forslag for disse organismer.)

Celler i komplekse organismer lever ikke næsten så længe som de væsner, de findes i. Cellelivscyklussen er generelt mere forudsigelig og lettere at adskille i temmelig forskellige komponenter end livsbuen for et moderat komplekst dyr.

Disse faser inkluderer mellemfase og M-fase, der hver inkluderer et antal understationer. M-fasen omfatter mitose, den proces, hvormed celler reproducerer aseksuelt for at skabe nye celler.

Selv den mest formidable aktive vulkaner tilbringe langt mere tid i dvale, end de bryder ud, men ingen lægger særlig vægt på de hvilende perioder. På en måde er celler sådan: mitose er langt den mest travle og dramatiske del af cellecyklussen, men cellen bruger faktisk det meste af sin tid på mellemfase. Selve denne fase inkluderer G₁, S og G₂ niveauer.

En nyoprettet celle kommer ind i den første hul (G₁) fase, hvor hele celleindholdet (fx mitokondrier, endoplasmatisk retikulum, Golgi-apparat og andet organeller) undtagen kromosomerne duplikeres.

I det efterfølgende syntese (S) fase, er alle cellens kromosomer - hos mennesker er der 46 - duplikeret (eller replikeret, at bruge biokemisk sprog).

I det andet hul (G₂) fase, cellen udfører en kvalitetskontrol af sig selv, scanner det replikerede indhold for fejl og foretager de nødvendige rettelser. Cellen fortsætter derefter til M-fase.

• Nogle celler i væv, hvor spredning og omsætning er lav, såsom lever, bruger lange perioder i en mærket fase G₀, med denne "afkørsel" fra den typiske cyklus, der finder sted lige efter mitose er afsluttet.

Under mellemfasen vokser cellen til den størrelse, den har brug for for at dele den, og fremstiller kopier af dens forskellige elementer i forskellige trin undervejs. Afslutningen på G₁ fase signaliseres af et protein, der markerer det, der kaldes en G₁ kontrolpunkt.

En lignende G₂ kontrolpunkt markerer starten på M-fasen. Der er ingen S₁ kontrolpunkt, dog. I nogle celler løber S-fasen lige ind i M-fasen.

Når cellen ikke bruger tid på at kontrollere sit arbejde i en programmeret G₂ fase er begivenheden direkte forud for M-fasen DNA-replikation (replikation af kromosomer) i S-fasen. Ellers en G₂ fase af varierende længde optager punktet i cellecyklussen lige før mitosen begynder.

Mitose er en proces, der opstår i eukaryote celler (f.eks. planteceller, pattedyrceller og celler fra andre dyr, protister og svampe) og resulterer i produktionen af to datterceller fra den ene forældercelle, hvor dattercellerne er genetisk identiske med forældrene og hinanden.

Det er således aseksuelt og kontrasterer det med meiose, en type celledeling, der finder sted i visse celler i gonaderne og involverer jonglering og blanding af genetisk materiale. Dens modstykke i prokaryotverdenen er binær fission. I de fleste dyreceller tager processen cirka en time - en lille brøkdel af en typisk celles levetid.

Ordet "mitose" betyder "tråd", da dette beskriver det mikroskopiske udseende af kromosomer, der forbereder sig på at dele sig, og som således er kondenseret i lange, lineære strukturer. Selv under et kraftigt mikroskop, interfase kromosomer, som ligger diffust i kerne, er meget vanskelige at visualisere.

Det antages almindeligt, at mitose henviser til opdeling i lige store halvdele af modercellen. Dette er ikke tilfældet, da mitose kun refererer til begivenheder i kernen, der involverer kromosomer. Celledeling som helhed kaldes cytokinese, mens nuklear division (inklusive den nukleare konvolut) er kendt som karyokinesis.

Klassisk, de fire navngivne stadier af mitose inkludere i den rækkefølge, de forekommer, profase, metafase, anafase og telofase. Mange kilder inkluderer detaljeret beskrivelse af en femte fase, prometaphase, der uden tvivl er forskellig fra både profase og metafase.

Hver af disse faser har sine egne indviklede vidundere, som snart vil blive detaljeret. Men det er ofte nyttigt at tilpasse hver mitosefase mentalt med en kort uklarhed om, hvad det indebærer. For eksempel:

• Profase: Kromosomkondensation opstår.
• Prometaphase: Spindler fastgøres.
• Metafase: Kromosomer er justeret.
• Anafase: Kromatider adskilles.
• Telofase: Membranreformer.

Alligevel, hvis en ven fortæller dig, at M-fasen har fire underafsnit, og en anden hævder, at det er fem, kridt dette op til sandsynlige forskelle i deres alder (og dermed når de lærte om M-fasen i skolen) og overvej dem begge ret.

Udseendet af kondenserede kromosomer markerer starten på profase, på samme måde som dannelsen af ​​forskellige klynger af chatterende mennesker markerer den "officielle" start på en social sammenkomst.

Når kromatinkondensation omdanner det genetiske materiale til fuldt dannede kromosomer, kan søsterkromatiderne i hvert replikeret kromosom ses sammenføjet ved centromer mellem dem. Centromeren er stedet, hvor en kinetochore til sidst dannes på hver kromatid.

Også i profase, de to centrosomer, som blev duplikeret i mellemfase, begynder at bevæge sig mod modsatte sider eller poler af cellen. Dermed begynder de at samle mitotisk spindel, som består af spindelfibre lavet af mikrotubuli der strækker sig fra cellepolerne mod centrum og fastgøres til kinetochores (blandt andre strukturer).

Som du sandsynligvis ville forudsige, er spindelfibrene orienteret parallelt med hinanden og vinkelret på den eventuelle linje for kromosomafdeling.

Også i mange højere eukaryoter nedbrydes den nukleare hylster under virkningen af ​​proteinkinaseenzymer i denne fase, og den vil blive genopbygget fra bunden i slutningen af ​​mitosen i telofase.

Men i andre organismer adskilles kernekapslen aldrig formelt. I stedet strækkes den ud sammen med cellen i sin helhed, når kromosomerne adskilles og er pænt opdelt på én gang.

Forestil dig, at du står i en helt mørk gang og famler fremad mod en bank af lysafbrydere, som du ved er der, men ikke kan intuitere den nøjagtige position af. Men du vil virkelig have en drink vand fra køkkenet, så du er vedholdende.

Dette tilnærmer spindelfibrenes opførsel, når deres ender "strækker sig ud" og vokser mod kromosomer fra begge cellens poler. "Håber" at forbinde til kinetochores, der tjener som spindelfibrenes forbindelseslokal, de kan ses ser ud til at undersøge cytoplasma, trække tilbage og undersøge nogle mere, indtil de endelig rammer deres mål.

Inden længe er spindelfibre på hver side af cellen blevet fastgjort til kinetokoren på kromatidet i hvert par, der tilfældigvis ligger på den samme side af cellen. Der er ingen genetiske implikationer af denne tilfældighed, fordi hver kromatid har nøjagtigt samme DNA som sin søster.

Spindelfibrene indleder derefter en "trækkamp" i et forsøg på i sidste ende at afbalancere deres anstrengelser på en måde der efterlader kromosomernes centromerer, og dermed kromosomerne selv, i en lineær type justering.

Ved starten af metafase, nedbrydning af nukleare kuvert fortsætter til færdiggørelse, undtagen naturligvis i celler, der slet ikke mister deres nukleare membraner. Men det definerende trin i metafase, som typisk er meget kort, er, at kromosomerne stilles op langs planet, der vil fungere som grænsefladen for kromosomafdeling.

Denne lille overflade kaldes metafasepladeog med tanken om, at cellen er som en meget lille kugle i tankerne, er denne plades placering langs ækvator af cellen.

Det er muligt for mere end en spindelmikrotubul at knytte sig til en given kinetochore fra samme side, men i det mindste en kinetochore mikrotubuli er knyttet til hver pol. Efter at mikrorørene har været involveret i deres spil med push-and-pull i længe nok til at nå frem til en tilstand af afbalanceret spænding, holder kromosomerne op med at bevæge sig, og metafasen er forbi.

På dette tidspunkt kan spindelfibre vinde op på to andre steder i cellen udover kinetochores. Disse kan være polar mikrotubuli (også kaldet interpolar mikrotubuli), der strækker sig forbi de opstillede kromosomer og over ækvator, næsten til den modsatte mitotiske spindeloprindelse; eller astral mikrotubuli, der når fra spindelpolen til cellemembranen på samme side.

Anafase er den mest visuelt slående komponent i M-fase, fordi den involverer hurtig kromosombevægelse, når de replikerede kromosomer splittes fra hinanden. Dette opnås ved at søsterkromatiderne i hvert duplikerede, justerede kromosomsæt trækkes mod modsatte poler af cellen af ​​spindelfibrene.

Dette gøres på grund af mikrotubuliernes arbejde, men det letter ved nedbrydning af sammenhæng proteiner, der binder kinetochore til kinetochore-fibrene. I anafase begynder cellen at strække sig fra en groft sfærisk form (eller en cirkel, hvis du ser på et tværsnit) til en groft ovoid form (dvs. en ellipse).

Anafase kan ses som værende anafase A, hvor kinetochore spindelfibrene trækker kromosomerne fra hinanden som beskrevet, og anafase B, hvor de astrale fibre trækker polerne endnu længere fra ækvator og dermed længere fra hinanden og tegner interpolære fibre forbi kromosomerne på samme side og let trække dem sammen til turen i samme retning.

Også en kontraktil ring dannes fra actinproteiner lige under plasmamembranen i anafase; denne ring deltager i "klemningen" under cytokinese, der resulterer i spaltning af hele cellen.

I starten af ​​denne del af M-fasen har kromosomer i form af datterkerner nået modsatte ender af cellen. Den mitotiske spindel er efter at have afsluttet sit arbejde adskilt; forestil dig, siger, et lille stillads, der er bygget langs siden af ​​en lille bygning, så konstruktionen kan skilles ad, bjælke for bjælke, og du får ideen.

Dette er virkelig et oprydningstrin i M-fasen, analog med epilogen i en roman. "Plottet" blev løst i slutningen af ​​anafasen, fordi kromatiderne er kommet dit, hvor de skulle rejse, men inden "tegnene" kan komme videre, er der behov for noget husholdning.

I telofase, samles kernemembranen igen, og kromosomerne kondenseres. Dette er ikke ligesom at køre videoen af ​​profase i omvendt retning, men det er tæt på. I cytokinese, opdeles cellen i to identiske datterceller, som hver forbereder sig på at komme ind i G1-fasen og påbegynde en egen cellecyklus.