3 στάδια της ενδιάμεσης φάσης

Οι επιστήμονες παρατήρησαν για πρώτη φορά τη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης στα τέλη του 1800. Οι συνεπείς μικροσκοπικές ενδείξεις ότι τα κύτταρα ξοδεύουν ενέργεια και υλικό για να αντιγράψουν και να διαιρεθούν, διαψεύδουν τη διαδεδομένη θεωρία ότι νέα κύτταρα προέκυψαν από αυθόρμητη παραγωγή. Οι επιστήμονες άρχισαν να καταλαβαίνουν το φαινόμενο του κυτταρικού κύκλου. Αυτή είναι η διαδικασία με την οποία τα κύτταρα «γεννιούνται» μέσω της διαίρεσης των κυττάρων, και στη συνέχεια ζουν τη ζωή τους, συνεχίζοντας τις καθημερινές τους κυτταρικές δραστηριότητες, μέχρι να έρθει η ώρα να υποβληθούν οι ίδιοι στην κυτταρική διαίρεση.

Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους ένα κελί μπορεί να μην περάσει από διαίρεση. Μερικά κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα απλά δεν το κάνουν. Για παράδειγμα, τα περισσότερα νευρικά κύτταρα σταματούν τελικά να υποβάλλονται σε κυτταρική διαίρεση, και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένα άτομο που υφίσταται νευρική βλάβη μπορεί να υποστεί μόνιμα κινητικά ή αισθητικά ελλείμματα.

Συνήθως, όμως, το κυτταρικός κύκλος είναι μια διαδικασία που αποτελείται από δύο φάσεις: ενδιάμεση φάση και μίτωσις. Η μίωση είναι το μέρος του κυτταρικού κύκλου που περιλαμβάνει την κυτταρική διαίρεση, αλλά το μέσο κύτταρο ξοδεύει το 90 τοις εκατό της ζωής του στην ενδιάμεση φάση, πράγμα που σημαίνει απλά ότι το κύτταρο ζει και αναπτύσσεται και δεν διαιρείται. Υπάρχουν τρεις υποφάσεις εντός της ενδιάμεσης φάσης. Αυτά είναι σολ₁ φάση, Φάση S, και σολ₂ φάση.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Τα τρία στάδια της ενδιάμεσης φάσης είναι G₁, που σημαίνει Gap phase 1. S phase, που σημαίνει συνθετική φάση. και Ζ₂, που σημαίνει Gap phase 2. Η Interphase είναι η πρώτη από τις δύο φάσεις του κύκλου των ευκαρυωτικών κυττάρων. Η δεύτερη φάση είναι η μίτωση ή η φάση Μ, που συμβαίνει όταν συμβαίνει η κυτταρική διαίρεση. Μερικές φορές τα κύτταρα δεν αφήνουν το G₁ επειδή δεν είναι ο τύπος των κυττάρων που διαιρούνται ή επειδή πεθαίνουν. Σε αυτές τις περιπτώσεις, βρίσκονται σε ένα στάδιο που ονομάζεται G₀, που δεν θεωρείται μέρος του κυτταρικού κύκλου.

Οι μονοκύτταροι οργανισμοί όπως τα βακτήρια ονομάζονται προκαρυώτεςκαι όταν ασχολούνται με την κυτταρική διαίρεση, σκοπός τους είναι να αναπαράγονται άσεξα. δημιουργούν απογόνους. Η προκαρυωτική κυτταρική διαίρεση καλείται δυαδική σχάση αντί για μίτωση. Τα προκαρυωτικά συνήθως έχουν μόνο ένα χρωμόσωμα που δεν περιέχεται καν από μια πυρηνική μεμβράνη και δεν διαθέτουν τα οργανίδια που έχουν άλλα είδη κυττάρων. Κατά τη διάρκεια της δυαδικής σχάσης, ένα προκαρυωτικό κύτταρο δημιουργεί ένα αντίγραφο του χρωμοσώματός του και στη συνέχεια επισυνάπτει κάθε αδελφή αντίγραφο του χρωμοσώματος σε μια αντίθετη πλευρά της κυτταρικής μεμβράνης του. Στη συνέχεια αρχίζει να σχηματίζει μια σχισμή στη μεμβράνη της που τσιμπάει προς τα μέσα σε μια διαδικασία που ονομάζεται σπασμός, έως ότου χωριστεί σε δύο πανομοιότυπα, ξεχωριστά κύτταρα. Τα κύτταρα που αποτελούν μέρος του μιτωτικού κυτταρικού κύκλου είναι τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Δεν είναι μεμονωμένοι ζωντανοί οργανισμοί, αλλά κύτταρα που υπάρχουν ως συνεργαζόμενες μονάδες μεγαλύτερων οργανισμών. Τα κύτταρα στα μάτια σας ή τα οστά σας, ή τα κύτταρα στη γλώσσα της γάτας σας ή στις λεπίδες του χόρτου στο μπροστινό γκαζόν σας είναι όλα ευκαρυωτικά κύτταρα. Περιέχουν πολύ περισσότερο γενετικό υλικό από ένα προκαρυωτικό, επομένως η διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης είναι επίσης πολύ πιο περίπλοκη.

Ο κυτταρικός κύκλος πήρε το όνομά του επειδή τα κύτταρα χωρίζονται συνεχώς, ξεκινώντας εκ νέου τη ζωή. Μόλις διαιρεθεί ένα κύτταρο, αυτό είναι το τέλος της φάσης μίτωσης και ξεκινά πάλι αμέσως την ενδιάμεση φάση. Φυσικά, στην πράξη, ο κυτταρικός κύκλος συμβαίνει ρευστά, αλλά οι επιστήμονες έχουν οριοθετήσει φάσεις και υποφάσεις στη διαδικασία προκειμένου να κατανοήσουν καλύτερα τα μικροσκοπικά δομικά στοιχεία της ζωής. Το πρόσφατα διαιρεμένο κελί, το οποίο είναι τώρα ένα από τα δύο κελιά που προηγουμένως ήταν ένα μόνο κελί, βρίσκεται στο G₁ υποφάση της ενδιάμεσης φάσης. σολ₁ είναι μια συντομογραφία για τη φάση «κενό» · θα υπάρχει ένα άλλο με την ένδειξη G₂. Μπορείτε επίσης να δείτε αυτά γραμμένα ως G1 και G2. Όταν οι επιστήμονες ανακάλυψαν το πολυάσχολο, θεμελιώδες κυτταρικό έργο της μίτωσης κάτω από το μικροσκόπιο, αυτοί ερμήνευσε τη σχετικά λιγότερο δραματική ενδιάμεση φάση ως φάση ηρεμίας ή παύσης μεταξύ του κυττάρου διαιρέσεις.

Ονομάστηκαν G₁ σκηνή με τη λέξη «κενό» χρησιμοποιώντας αυτήν την ερμηνεία, αλλά με αυτή την έννοια, είναι ένα ψευδές όνομα. Στην πραγματικότητα, σολ₁ είναι περισσότερο ένα στάδιο ανάπτυξης παρά ένα στάδιο ανάπαυσης. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, το κελί κάνει όλα τα πράγματα που είναι φυσιολογικά για τον τύπο του κυττάρου. Εάν πρόκειται για λευκά αιμοσφαίρια, θα εκτελεί αμυντικές ενέργειες για το ανοσοποιητικό σύστημα. Εάν είναι ένα φυλλικό κύτταρο σε ένα φυτό, θα εκτελεί φωτοσύνθεση και ανταλλαγή αερίων. Το κύτταρο είναι πιθανό να αναπτύσσεται. Μερικά κύτταρα αναπτύσσονται αργά κατά τη διάρκεια του G₁ ενώ άλλοι αναπτύσσονται πολύ γρήγορα. Το κύτταρο συνθέτει μόρια, όπως ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) και διάφορες πρωτεΐνες. Σε κάποιο σημείο αργά στο G₁ στάδιο, το κελί πρέπει να "αποφασίσει" εάν θα προχωρήσει στο επόμενο στάδιο της ενδιάμεσης φάσης.

Ένα μόριο που ονομάζεται εξαρτώμενη από κυκλίνη κινάση (CDK) ρυθμίζει τον κυτταρικό κύκλο. Αυτός ο κανονισμός είναι απαραίτητος για να αποφευχθεί η απώλεια ελέγχου της ανάπτυξης των κυττάρων. Η εκτός ελέγχου κυτταρική διαίρεση σε ζώα είναι ένας άλλος τρόπος περιγραφής ενός κακοήθους όγκου ή καρκίνου. Το CDK παρέχει σήματα σε σημεία ελέγχου κατά τη διάρκεια συγκεκριμένων σημείων του κυτταρικού κύκλου ώστε το κελί να προχωρήσει ή να σταματήσει. Ορισμένοι περιβαλλοντικοί παράγοντες συμβάλλουν στο εάν το CDK παρέχει αυτά τα σήματα. Αυτά περιλαμβάνουν τη διαθεσιμότητα θρεπτικών ουσιών και αυξητικών παραγόντων και την κυτταρική πυκνότητα στον περιβάλλοντα ιστό. Η πυκνότητα των κυττάρων είναι μια ιδιαίτερα σημαντική μέθοδος αυτορρύθμισης που χρησιμοποιείται από τα κύτταρα για τη διατήρηση υγιών ρυθμών ανάπτυξης ιστών. Το CDK ρυθμίζει τον κυτταρικό κύκλο κατά τη διάρκεια των τριών σταδίων της ενδιάμεσης φάσης, καθώς και κατά τη διάρκεια της μίτωσης (η οποία ονομάζεται επίσης φάση Μ).

Εάν ένα κελί φτάσει σε ένα ρυθμιστικό σημείο ελέγχου και δεν λαμβάνει σήμα για να συνεχίσει τον κύκλο κυττάρων (για παράδειγμα, εάν βρίσκεται στο τέλος του G₁ στην ενδιάμεση φάση και περιμένει να εισέλθει στη φάση S στην ενδιάμεση φάση), υπάρχουν δύο πιθανά πράγματα που θα μπορούσε να κάνει το κελί. Το ένα είναι ότι θα μπορούσε να σταματήσει ενώ το πρόβλημα έχει λυθεί. Εάν, για παράδειγμα, κάποιο απαραίτητο στοιχείο είναι κατεστραμμένο ή λείπει, θα μπορούσαν να γίνουν επισκευές ή συμπληρώματα και, στη συνέχεια, θα μπορούσε να πλησιάσει ξανά το σημείο ελέγχου. Η άλλη επιλογή για το κελί είναι να εισέλθει σε μια διαφορετική φάση που ονομάζεται G₀, που βρίσκεται εκτός του κυτταρικού κύκλου. Αυτός ο χαρακτηρισμός αφορά κύτταρα τα οποία θα συνεχίσουν να λειτουργούν με τον τρόπο που πρέπει, αλλά δεν θα προχωρήσουν στη φάση S ή τη μίτωση, και ως εκ τούτου, δεν θα εμπλακούν στην κυτταρική διαίρεση. Τα περισσότερα ενήλικα ανθρώπινα νευρικά κύτταρα θεωρούνται ότι βρίσκονται στο G₀ φάση, δεδομένου ότι συνήθως δεν προχωρούν σε φάση S ή μίτωση. Κελιά στο G₀ Η φάση θεωρείται ηρεμία, που σημαίνει ότι βρίσκονται σε μη διαιρούμενη κατάσταση, ή γηρατειά, που σημαίνει ότι πεθαίνουν.

Κατά τη διάρκεια του G₁ στάδιο της ενδιάμεσης φάσης, υπάρχουν δύο ρυθμιστικά σημεία ελέγχου που πρέπει να περάσει το κελί πριν προχωρήσει. Κάποιος εκτιμά εάν το DNA του κυττάρου είναι κατεστραμμένο και αν είναι, το DNA πρέπει να επισκευαστεί πριν προχωρήσει. Ακόμα και όταν το κελί είναι διαφορετικά έτοιμο να προχωρήσει στη φάση S της ενδιάμεσης φάσης, υπάρχει ένα άλλο σημείο ελέγχου που πρέπει να γίνει Βεβαιωθείτε ότι οι περιβαλλοντικές συνθήκες - δηλαδή η κατάσταση του περιβάλλοντος που περιβάλλει αμέσως το κελί - είναι ευνοϊκός. Αυτές οι συνθήκες περιλαμβάνουν την κυτταρική πυκνότητα του περιβάλλοντος ιστού. Όταν το κελί έχει τις απαραίτητες συνθήκες για να προχωρήσει από το G₁ στη φάση S, μια πρωτεΐνη κυκλίνης συνδέεται με το CDK, εκθέτοντας το ενεργό μέρος του μορίου, το οποίο σηματοδοτεί στο κύτταρο ότι είναι καιρός να ξεκινήσει η φάση S. Εάν το κελί δεν πληροί τις προϋποθέσεις για μετακίνηση από το G₁ στη φάση S, η κυκλίνη δεν θα ενεργοποιήσει το CDK, το οποίο θα αποτρέψει την εξέλιξη. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως το κατεστραμμένο DNA, οι πρωτεΐνες αναστολέα CDK θα συνδεθούν με μόρια CDK-κυκλίνης για να αποτρέψουν την εξέλιξη έως ότου επιλυθεί το πρόβλημα.

Μόλις εισέλθει το κελί Φάση S, πρέπει να συνεχίσει μέχρι το τέλος του κυτταρικού κύκλου χωρίς να γυρίσει πίσω ή να αποσυρθεί στο G₀. Υπάρχουν περισσότερα σημεία ελέγχου σε όλη τη διαδικασία, ωστόσο, για να διασφαλιστεί ότι τα βήματα ολοκληρώνονται σωστά πριν το κελί μετακινηθεί στην επόμενη φάση του κυτταρικού κύκλου. Το «S» στη φάση S σημαίνει σύνθεση επειδή το κύτταρο συνθέτει ή δημιουργεί ένα ολοκαίνουργιο αντίγραφο του DNA του. Στα ανθρώπινα κύτταρα, αυτό σημαίνει ότι το κύτταρο δημιουργεί ένα εντελώς νέο σύνολο 46 χρωμοσωμάτων κατά τη φάση S. Αυτό το στάδιο ρυθμίζεται προσεκτικά για να αποφευχθεί η μετάβαση σφαλμάτων στο επόμενο στάδιο. αυτά τα σφάλματα είναι μεταλλάξεις. Οι μεταλλάξεις συμβαίνουν αρκετά συχνά, αλλά οι κανονισμοί του κυτταρικού κύκλου αποτρέπουν την εμφάνιση πολύ περισσότερων. Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής του DNA, κάθε χρωμόσωμα συσσωρεύεται εξαιρετικά γύρω από κλώνους πρωτεϊνών που ονομάζονται ιστόνες, μειώνοντας το μήκος τους από 2 νανόμετρα σε 5 μικρά. Τα δύο νέα διπλά αδελφή χρωμοσώματα καλούνται χρωματοειδή. Οι ιστόνες δεσμεύουν τα δύο ταιριαστά χρωματοειδή μεταξύ τους σφιχτά εν μέρει στα μήκη τους. Το σημείο όπου ενώνονται ονομάζεται κεντρομερές. (Δείτε τους πόρους για μια οπτική αναπαράσταση αυτού.)

Για να προσθέσετε στις περίπλοκες κινήσεις που συμβαίνουν κατά την αντιγραφή του DNA, πολλά ευκαρυωτικά κύτταρα είναι διπλοειδή, πράγμα που σημαίνει ότι τα χρωμοσώματά τους κανονικά είναι διατεταγμένα σε ζεύγη. Τα περισσότερα ανθρώπινα κύτταρα είναι διπλοειδή, με εξαίρεση τα αναπαραγωγικά κύτταρα. Αυτά περιλαμβάνουν ωοκύτταρα (αυγά) και σπερματοκύτταρα (σπέρμα), τα οποία είναι απλοειδή και έχουν 23 χρωμοσώματα. Τα ανθρώπινα σωματικά κύτταρα, τα οποία είναι όλα τα άλλα κύτταρα του σώματος, έχουν 46 χρωμοσώματα, διατεταγμένα σε 23 ζεύγη. Τα ζευγάρια χρωμοσώματα ονομάζονται ομόλογο ζεύγος. Κατά τη φάση S της ενδιάμεσης φάσης, όταν κάθε μεμονωμένο χρωμόσωμα από ένα αρχικό ομόλογο ζεύγος αντιγράφεται, το προκύπτουν δύο αδελφές χρωματοειδή από κάθε αρχικό χρωμόσωμα ενώνονται, σχηματίζοντας μια μορφή που μοιάζει με δύο Χ κολλημένα μαζί. Κατά τη διάρκεια της μίτωσης, ο πυρήνας θα χωριστεί σε δύο νέους πυρήνες, τραβώντας ένα από κάθε χρωματοειδές από κάθε ομόλογο ζεύγος μακριά από την αδερφή του.

Εάν το κελί περάσει τα σημεία ελέγχου φάσης S, τα οποία ασχολούνται ιδιαίτερα με το να βεβαιωθείτε ότι το DNA δεν έχει καταστραφεί, αυτό είναι αναπαράγεται σωστά και ότι αναπαράγεται μόνο μία φορά, τότε οι ρυθμιστικοί παράγοντες επιτρέπουν στο κελί να προχωρήσει στο επόμενο στάδιο του ενδιάμεση φάση. Αυτός είναι ο G₂, που σημαίνει Gap phase 2, όπως το G₁. Είναι επίσης ένα λάθος όνομα, καθώς το κελί δεν περιμένει, αλλά είναι πολύ απασχολημένο σε αυτό το στάδιο. Το κελί συνεχίζει να κάνει την κανονική του εργασία. Θυμηθείτε αυτά τα παραδείγματα από τον G₁ ενός κυττάρου φύλλων που εκτελεί φωτοσύνθεση ή λευκών αιμοσφαιρίων που υπερασπίζονται το σώμα από παθογόνα. Προετοιμάζεται επίσης να αφήσει την ενδιάμεση φάση και να εισέλθει στη μίτωση (φάση Μ), η οποία είναι το δεύτερο και τελευταίο στάδιο του κυτταρικού κύκλου, προτού διαιρεθεί και αρχίσει ξανά.

Ένα άλλο σημείο ελέγχου κατά τη διάρκεια του G₂ διασφαλίζει ότι το DNA αναπαράχθηκε σωστά και το CDK του επιτρέπει να προχωράει μόνο αν περάσει. Κατά τη διάρκεια του G₂, το κύτταρο αναπαράγει την κεντρομερή που δεσμεύει τα χρωματοειδή, σχηματίζοντας κάτι που ονομάζεται μικροσωληνίσκος. Αυτό θα γίνει μέρος του άξονα, το οποίο είναι ένα δίκτυο ινών που θα καθοδηγήσει τα αδελφή χρωματοειδή μακριά το ένα από το άλλο και στις κατάλληλες θέσεις τους στους νέους διαιρεμένους πυρήνες. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες διαιρούνται επίσης, όταν είναι παρόντα στο κύτταρο. Όταν το κύτταρο έχει ξεπεράσει τα σημεία ελέγχου του, είναι έτοιμο για μίτωση και έχει ολοκληρώσει τα τρία στάδια της ενδιάμεσης φάσης. Κατά τη διάρκεια της μίτωσης, ο πυρήνας θα χωριστεί σε δύο πυρήνες, και σχεδόν ταυτόχρονα, μια διαδικασία που ονομάζεται κυτοκίνηση θα διαιρέσει το κυτταρόπλασμα, που σημαίνει το υπόλοιπο κύτταρο, σε δύο κύτταρα. Μέχρι το τέλος αυτών των διαδικασιών, θα υπάρχουν δύο νέα κελιά, έτοιμα να ξεκινήσουν το G₁ και πάλι το στάδιο της ενδιάμεσης φάσης.