3 Phasen der Interphase

Wissenschaftler haben den Prozess der Zellteilung erstmals Ende des 19. Jahrhunderts beobachtet. Der konsistente mikroskopische Nachweis, dass Zellen Energie und Material aufwenden, um sich zu kopieren und zu teilen, widerlegte die weit verbreitete Theorie, dass neue Zellen durch spontane Erzeugung entstanden sind. Wissenschaftler begannen, das Phänomen des Zellzyklus zu verstehen; Dies ist der Prozess, bei dem Zellen durch Zellteilung "geboren" werden und dann ihr Leben führen und ihren täglichen Zellaktivitäten nachgehen, bis es Zeit ist, sich selbst der Zellteilung zu unterziehen.

Es gibt viele Gründe, warum eine Zelle eine Teilung nicht durchläuft. Einige Zellen im menschlichen Körper tun dies einfach nicht; zum Beispiel stellen die meisten Nervenzellen irgendwann die Zellteilung ein, weshalb eine Person, die eine Nervenschädigung erleidet, dauerhafte motorische oder sensorische Defizite erleiden kann.

Typischerweise sind die Zellzyklus ist ein Prozess, der aus zwei Phasen besteht: Zwischenphase

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Die drei Phasen der Interphase sind G₁, was für Gap-Phase 1 steht; S-Phase, die für Synthesephase steht; und G₂, was für Gap Phase 2 steht. Die Interphase ist die erste von zwei Phasen des eukaryontischen Zellzyklus. Die zweite Phase ist die Mitose oder M-Phase, in der die Zellteilung stattfindet. Manchmal verlassen Zellen G. nicht₁ weil sie nicht die Art von Zellen sind, die sich teilen, oder weil sie sterben. In diesen Fällen befinden sie sich in einem Stadium namens G₀, die nicht als Teil des Zellzyklus angesehen wird.

Einzellige Organismen wie Bakterien heißen Prokaryoten, und wenn sie sich an der Zellteilung beteiligen, besteht ihr Zweck darin, sich ungeschlechtlich zu vermehren; sie zeugen Nachkommen. Prokaryontische Zellteilung heißt Zellteilung statt Mitose. Prokaryoten haben typischerweise nur ein Chromosom, das nicht einmal von einer Kernmembran enthalten ist, und ihnen fehlen die Organellen, die andere Zellarten haben. Bei der binären Spaltung erstellt eine prokaryontische Zelle eine Kopie ihres Chromosoms und bindet dann jede Schwesterkopie des Chromosoms an eine gegenüberliegende Seite ihrer Zellmembran. Es beginnt dann, einen Spalt in seiner Membran zu bilden, der sich in einem Prozess namens Invagination nach innen drückt, bis er sich in zwei identische, separate Zellen trennt. Die Zellen, die Teil des mitotischen Zellzyklus sind, sind die eukaryotischen Zellen. Sie sind keine einzelnen lebenden Organismen, sondern Zellen, die als kooperierende Einheiten größerer Organismen existieren. Die Zellen in Ihren Augen oder Ihren Knochen, oder die Zellen in der Zunge Ihrer Katze oder in den Grashalmen Ihres Vorgartens sind alle eukaryotische Zellen. Sie enthalten viel mehr genetisches Material als ein Prokaryont, daher ist auch der Prozess der Zellteilung viel komplexer.

Der Zellzyklus hat seinen Namen, weil sich Zellen ständig teilen und das Leben neu beginnt. Sobald sich eine Zelle teilt, ist die Mitosephase beendet und sie beginnt sofort wieder mit der Interphase. Natürlich läuft der Zellzyklus in der Praxis fließend ab, aber Wissenschaftler haben Phasen und Teilphasen innerhalb des Prozesses abgegrenzt, um die mikroskopischen Bausteine ​​des Lebens besser zu verstehen. Die neu geteilte Zelle, die jetzt eine von zwei Zellen ist, die zuvor eine einzelne Zelle waren, befindet sich im G₁ Subphase der Interphase. G₁ ist eine Abkürzung für die „Lücke“-Phase; es wird noch eins mit der Bezeichnung G. geben₂. Sie können diese auch als G1 und G2 geschrieben sehen. Als Wissenschaftler die geschäftige, grundlegende zelluläre Arbeit der Mitose unter dem Mikroskop entdeckten, interpretierte die relativ weniger dramatische Interphase als Ruhe- oder Pausenphase zwischen Zellen Divisionen.

Sie nannten G₁ Bühne mit dem Wort „Lücke“ in dieser Interpretation, aber in diesem Sinne ist es eine falsche Bezeichnung. In Wirklichkeit, G₁ ist eher eine Wachstumsphase als eine Ruhephase. Während dieser Phase tut die Zelle alles, was für ihren Zelltyp normal ist. Wenn es sich um ein weißes Blutkörperchen handelt, führt es Abwehrmaßnahmen für das Immunsystem durch. Wenn es sich um eine Blattzelle in einer Pflanze handelt, führt sie Photosynthese und Gasaustausch durch. Wahrscheinlich wächst die Zelle. Einige Zellen wachsen langsam während G₁ während andere sehr schnell wachsen. Die Zelle synthetisiert Moleküle, wie z Ribonukleinsäure (RNA) und verschiedene Proteine. An einem bestimmten Punkt spät im G₁ Phase muss die Zelle „entscheiden“, ob sie zur nächsten Phase der Interphase übergeht oder nicht.

Ein Molekül namens Cyclin-abhängige Kinase (CDK) reguliert den Zellzyklus. Diese Regulierung ist notwendig, um einen Kontrollverlust über das Zellwachstum zu verhindern. Eine außer Kontrolle geratene Zellteilung bei Tieren ist eine andere Art, einen bösartigen Tumor oder Krebs zu beschreiben. CDK liefert an Kontrollpunkten während bestimmter Punkte des Zellzyklus Signale, damit die Zelle fortfahren oder pausieren kann. Bestimmte Umweltfaktoren tragen dazu bei, ob CDK diese Signale liefert. Dazu gehören die Verfügbarkeit von Nährstoffen und Wachstumsfaktoren sowie die Zelldichte im umliegenden Gewebe. Die Zelldichte ist eine besonders wichtige Methode der Selbstregulation, die von Zellen verwendet wird, um gesunde Gewebewachstumsraten aufrechtzuerhalten. CDK reguliert den Zellzyklus während der drei Phasen der Interphase sowie während der Mitose (auch M-Phase genannt).

Wenn eine Zelle einen regulatorischen Checkpoint erreicht und kein Signal erhält, den Zellzyklus fortzusetzen (z. B. am Ende von G₁ in der Interphase und wartet darauf, in der Interphase in die S-Phase einzutreten), gibt es zwei mögliche Dinge, die die Zelle tun könnte. Einer ist, dass es pausieren könnte, während das Problem gelöst ist. Wenn zum Beispiel eine notwendige Komponente beschädigt ist oder fehlt, könnten Reparaturen oder Ergänzungen durchgeführt werden, und dann könnte sie sich wieder dem Kontrollpunkt nähern. Die andere Option für die Zelle besteht darin, in eine andere Phase namens G. einzutreten₀, die außerhalb des Zellzyklus liegt. Diese Bezeichnung steht für Zellen, die weiterhin so funktionieren, wie sie sollen, aber nicht in die S-Phase oder Mitose übergehen und als solche nicht an der Zellteilung teilnehmen. Die meisten erwachsenen menschlichen Nervenzellen gelten als in der G₀ Phase, da sie typischerweise nicht in die S-Phase oder Mitose übergehen. Zellen im G₀ Phasen werden als ruhend betrachtet, was bedeutet, dass sie sich in einem sich nicht teilenden Zustand befinden, oder als seneszent, was bedeutet, dass sie sterben.

Während der G₁ Phase der Interphase gibt es zwei regulatorische Kontrollpunkte, die die Zelle passieren muss, bevor sie fortfahren kann. Man beurteilt, ob die DNA der Zelle beschädigt ist, und wenn dies der Fall ist, muss die DNA repariert werden, bevor es weitergehen kann. Auch wenn die Zelle ansonsten bereit ist, zur S-Phase der Interphase überzugehen, muss noch ein weiterer Prüfpunkt gemacht werden sicherstellen, dass die Umgebungsbedingungen – d. h. der Zustand der die Zelle unmittelbar umgebenden Umgebung – günstig. Zu diesen Bedingungen gehört die Zelldichte des umgebenden Gewebes. Wenn die Zelle die notwendigen Bedingungen hat, um von G. auszugehen₁ in die S-Phase bindet ein Cyclin-Protein an CDK und legt den aktiven Teil des Moleküls frei, was der Zelle signalisiert, dass es Zeit ist, die S-Phase zu beginnen. Wenn die Zelle die Bedingungen nicht erfüllt, um sich von G zu bewegen₁ in die S-Phase aktiviert das Cyclin das CDK nicht, was das Fortschreiten verhindert. In einigen Fällen, z. B. bei beschädigter DNA, binden CDK-Inhibitor-Proteine ​​an CDK-Cyclin-Moleküle, um ein Fortschreiten zu verhindern, bis das Problem behoben ist.

Sobald die Zelle eintritt S-Phase, muss es bis zum Ende des Zellzyklus weitergehen, ohne sich umzudrehen oder sich auf G. zurückzuziehen₀. Es gibt jedoch während des gesamten Prozesses mehr Kontrollpunkte, um sicherzustellen, dass die Schritte ordnungsgemäß abgeschlossen werden, bevor die Zelle in die nächste Phase des Zellzyklus übergeht. Das „S“ in der S-Phase steht für Synthese, da die Zelle eine brandneue Kopie ihrer DNA synthetisiert oder erstellt. In menschlichen Zellen bedeutet das, dass die Zelle während der S-Phase einen ganz neuen Satz von 46 Chromosomen herstellt. Diese Stufe wird sorgfältig reguliert, um zu verhindern, dass Fehler in die nächste Stufe gelangen; diese Fehler sind Mutationen. Mutationen kommen oft genug vor, aber Zellzyklusregulationen verhindern viel mehr von ihnen. Während der DNA-Replikation wird jedes Chromosom extrem um Proteinstränge, die Histone genannt, gewunden, wodurch ihre Länge von 2 Nanometer auf 5 Mikrometer reduziert wird. Die beiden neuen doppelten Schwesterchromosomen heißen Chromatiden. Die Histone binden die beiden passenden Chromatiden auf halber Strecke fest zusammen. Der Punkt, an dem sie verbunden sind, wird Zentromer genannt. (Siehe Ressourcen für eine visuelle Darstellung davon.)

Zu den komplizierten Bewegungen während der DNA-Replikation kommt hinzu, dass viele eukaryotische Zellen diploid sind, was bedeutet, dass ihre Chromosomen normalerweise paarweise angeordnet sind. Die meisten menschlichen Zellen sind diploid, mit Ausnahme der Fortpflanzungszellen; dazu gehören Eizellen (Eier) und Spermatozyten (Spermien), die haploid sind und 23 Chromosomen haben. Menschliche Körperzellen, die alle anderen Zellen des Körpers sind, haben 46 Chromosomen, die in 23 Paaren angeordnet sind. Die gepaarten Chromosomen werden als homologes Paar bezeichnet. Während der S-Phase der Interphase, wenn jedes einzelne Chromosom eines ursprünglichen homologen Paares repliziert wird, Die resultierenden zwei Schwesterchromatiden von jedem ursprünglichen Chromosom werden verbunden und bilden eine Figur, die wie zwei geklebte X aussieht zusammen. Während der Mitose spaltet sich der Kern in zwei neue Kerne auf und zieht einen von jedem Chromatid von jedem homologen Paar von seiner Schwester weg.

Wenn die Zelle die S-Phasen-Checkpoints passiert, die insbesondere dafür sorgen, dass die DNA nicht beschädigt wurde, korrekt repliziert und nur einmal repliziert wurde, dann erlauben regulatorische Faktoren der Zelle, in die nächste Stufe von fortzuschreiten Zwischenphase. Das ist G₂, was für Gap phase 2 steht, wie G₁. Es ist auch eine falsche Bezeichnung, da die Zelle nicht wartet, sondern während dieser Phase sehr beschäftigt ist. Die Zelle verrichtet weiterhin ihre normale Arbeit. Erinnere dich an diese Beispiele aus G₁ einer Blattzelle, die Photosynthese durchführt, oder einer weißen Blutzelle, die den Körper gegen Krankheitserreger verteidigt. Es bereitet sich auch darauf vor, die Interphase zu verlassen und in die Mitose (M-Phase) einzutreten, die die zweite und letzte Stufe des Zellzyklus ist, bevor sie sich teilt und von vorne beginnt.

Ein weiterer Kontrollpunkt während G₂ stellt sicher, dass die DNA korrekt repliziert wurde, und CDK ermöglicht es ihr, sich nur vorwärts zu bewegen, wenn sie die Musterung besteht. Während G₂, repliziert die Zelle das Zentromer, das die Chromatiden bindet, und bildet einen sogenannten Mikrotubulus. Dies wird Teil der Spindel, die ein Netzwerk von Fasern ist, die die Schwesterchromatiden voneinander weg und an ihre richtigen Plätze in den neu geteilten Kernen führen. Während dieser Phase teilen sich auch Mitochondrien und Chloroplasten, wenn sie in der Zelle vorhanden sind. Wenn die Zelle ihre Kontrollpunkte überschritten hat, ist sie bereit für die Mitose und hat die drei Phasen der Interphase abgeschlossen. Während der Mitose teilt sich der Kern in zwei Kerne, und fast gleichzeitig wird ein Prozess namens Zytokinese teilt das Zytoplasma, also den Rest der Zelle, in zwei Zellen auf. Am Ende dieser Prozesse gibt es zwei neue Zellen, die bereit sind, mit dem G. zu beginnen₁ Phase der Interphase wieder.