Στάδια ενός τυπικού κυτταρικού κύκλου

Τα δύο είδη ζωντανών κυττάρων έχουν διαφορετικούς κυτταρικούς κύκλους. Προκαρυώτες είναι απλοί οργανισμοί των οποίων τα κύτταρα δεν έχουν πυρήνα. Αυτά τα κύτταρα αναπτύσσονται και στη συνέχεια χωρίζονται χωρίς να ακολουθεί έναν πολύπλοκο κυτταρικό κύκλο. Ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν σύνθετη δομή με πυρήνα και οργανίδια όπως τα μιτοχόνδρια. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, ο τυπικός κυτταρικός κύκλος αποτελείται από μια διαδικασία τεσσάρων σταδίων κυτταρικής διαίρεσης που ονομάζεται μίτωσις (νεότερες πηγές προσθέτουν ένα πέμπτο στάδιο) και a τρία έως τέσσερα στάδια ενδιάμεση φάση στο οποίο το κελί περνά τον περισσότερο χρόνο του.

Και στα προκαρυωτικά και στα ευκαρυωτικά κύτταρα ο κυτταρικός κύκλος χωρίζεται μεταξύ κυτταρική διαίρεση και η περίοδος μεταξύ των διαιρέσεων. Τα προκαρυωτικά κύτταρα αναπτύσσονται αρκεί να είναι διαθέσιμα τα απαιτούμενα θρεπτικά συστατικά, υπάρχει αρκετός χώρος και τα απόβλητα δεν συσσωρεύονται. Όταν φτάσουν σε ένα συγκεκριμένο μέγεθος, χωρίζονται σε δύο.

Για τα ευκαρυωτικά κύτταρα, η ανάπτυξη και η διαίρεση των κυττάρων εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα συχνά αποτελούν μέρος ενός πολυκυτταρικού οργανισμού και δεν μπορούν απλώς να αναπτυχθούν και να χωριστούν ανεξάρτητα. Γι 'αυτούς, η μίωση και τα στάδια του κυτταρικού κύκλου μεταξύ των φάσεων συντονίζονται με τα άλλα κύτταρα του οργανισμού. Κελιά διαφοροποιούν να αναλάβει συγκεκριμένους ρόλους. Πολλά από αυτά τα κελιά περνούν σχεδόν όλο το χρόνο τους στην ενδιάμεση φάση, εκτελώντας τις εξειδικευμένες λειτουργίες τους.

Τα προκαρυωτικά κύτταρα έχουν μόνο δύο στάδια στον κυτταρικό κύκλο τους. Βρίσκονται είτε στο στάδιο ανάπτυξης είτε, εάν είναι αρκετά μεγάλα, μπαίνουν στο σχάση στάδιο. Η στρατηγική επιβίωσης πολλών προκαρυωτικών είναι να πολλαπλασιάζεται γρήγορα έως ότου επιτευχθούν εξωτερικά όρια, όπως έλλειψη θρεπτικών ουσιών. Ως αποτέλεσμα, το τμήμα σχάσης του κυτταρικού κύκλου μπορεί να πραγματοποιηθεί πολύ γρήγορα.

Το πρώτο βήμα της φάσης σχάσης είναι Αναπαραγωγή DNA. Τα προκαρυωτικά κύτταρα έχουν έναν μόνο κυκλικό κλώνο DNA συνδεδεμένο στην κυτταρική μεμβράνη. Κατά τη διάρκεια της σχάσης, δημιουργείται ένα αντίγραφο του DNA και προσαρτάται επίσης στην κυτταρική μεμβράνη. Καθώς το κύτταρο επιμηκύνεται κατά την προετοιμασία για σχάση, τα δύο αντίγραφα DNA αποσπώνται σε αντίθετα άκρα του κυττάρου.

Νέο υλικό κυτταρικής μεμβράνης εναποτίθεται μεταξύ των δύο άκρων της κυψέλης και ένα νέο τοίχωμα αναπτύσσεται μεταξύ τους. Όταν το νέο κυτταρικό τοίχωμα ολοκληρωθεί, δύο νέα θυγατρικά κύτταρα διαχωρίζονται και εισέρχονται στο στάδιο ανάπτυξης του κυτταρικού κύκλου τους. Κάθε ένα από τα νέα κύτταρα έχει τον ίδιο κλώνο του DNA και ένα μερίδιο του άλλου κυτταρικού υλικού.

Όπως τα προκαρυωτικά κύτταρα, τα κύτταρα των ευκαρυωτικών πρέπει να αναπαράγουν το DNA τους και να χωριστούν σε δύο θυγατρικά κύτταρα. Αυτή η διαδικασία είναι περίπλοκη επειδή πολλοί κλώνοι του DNA πρέπει να αντιγραφούν και η δομή των ευκαρυωτικών κυττάρων πρέπει να αναπαραχθεί. Επιπλέον, τα εξειδικευμένα κύτταρα μπορεί να αναπαράγονται γρήγορα, ενώ άλλα σχεδόν ποτέ δεν διαιρούνται και άλλα άλλα εξέρχονται εντελώς από τον κύκλο των κυττάρων.

Τα ευκαρυωτικά κύτταρα διαιρούνται επειδή ο οργανισμός αναπτύσσεται ή αντικαθιστά κύτταρα που έχουν χαθεί. Για παράδειγμα, οι νέοι οργανισμοί πρέπει να αναπτυχθούν στο σύνολό τους και τα κύτταρα τους πρέπει να διαιρεθούν. Τα δερματικά κύτταρα πεθαίνουν συνεχώς και αποβάλλονται από την επιφάνεια του οργανισμού. Πρέπει να διαιρούνται συνεχώς για να αντικαταστήσουν αυτά τα χαμένα κελιά. Άλλα κύτταρα όπως οι νευρώνες στον εγκέφαλο είναι εξαιρετικά εξειδικευμένα και δεν διαιρούνται καθόλου. Το εάν ένα κύτταρο έχει έναν ενεργό κύκλο κυττάρων εξαρτάται από το ρόλο του στο σώμα.

Ακόμη και τα κύτταρα που χωρίζουν τακτικά περνούν το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου τους σε ενδιάμεση φάση, προετοιμάζοντας να χωρίσουν. Το Interphase έχει τα ακόλουθα τέσσερα στάδια:

• Το πρώτο στάδιο του κενού ονομάζεται σολ₁. Είναι η φάση ανάπαυσης αφού το κύτταρο ολοκληρώσει τη διαίρεση με μίτωση και πριν αρχίσει να προετοιμάζεται για μια άλλη διαίρεση.
• Από το G1, το κελί μπορεί να εξέλθει από τον κύκλο του κυττάρου και να εισέλθει στο σολ₀ φάση. Στο G₀, τα κελιά δεν διαιρούνται πλέον ή προετοιμάζονται για διαίρεση.
• Τα κύτταρα αρχίζουν να προετοιμάζονται για διαίρεση με έξοδο από το G₁ και μπαίνοντας στο σύνθεση ή μικρό στάδιο. Το DNA του κυττάρου αναπαράγεται κατά τη διάρκεια του σταδίου S ως το πρώτο βήμα για την εμπλοκή της μίτωσης.
• Μόλις ολοκληρωθεί η αναπαραγωγή του DNA, το κύτταρο εισέρχεται στο δεύτερο στάδιο του κενού, σολ₂. Κατά τη διάρκεια του G₂ επαληθεύεται ο σωστός πολλαπλασιασμός του DNA και παράγονται κυτταρικές πρωτεΐνες απαραίτητες για την κυτταρική διαίρεση.

Το κενό διαχωρίζει τη μίωση από τη διαδικασία αντιγραφής του DNA. Αυτός ο διαχωρισμός είναι κρίσιμος για να διασφαλιστεί ότι μόνο εκείνα τα κύτταρα με πλήρη και ακριβή αντιγραφή DNA μπορούν να διαχωριστούν. σολ₁ ενσωματώνει σημεία ελέγχου που επαληθεύουν ότι το κελί έχει χωριστεί επιτυχώς και ότι το DNA του έχει συσταθεί σωστά. σολ₂ έχει διαφορετικά σημεία ελέγχου για να βεβαιωθείτε ότι η αναπαραγωγή DNA ήταν επιτυχής. Η ακεραιότητα του DNA επαληθεύεται και η κυτταρική διαίρεση μπορεί να ακυρωθεί ή να αναβληθεί.

Μόλις το κελί εξέρχεται από τη φάση και το G₂, το κύτταρο χωρίζεται κατά τη διάρκεια της μίτωσης. Στην αρχή της μίτωσης, υπάρχουν διπλά αντίγραφα του DNA και το κύτταρο έχει παράγει αρκετά υλικό, πρωτεΐνες, οργανίδια και άλλα δομικά στοιχεία που επιτρέπουν την κυτταρική διαίρεση σε δύο θυγατρικά κύτταρα. Τα τέσσερα στάδια της μίτωσης είναι τα εξής:

• Προφητεία. Το κυτταρικό DNA σχηματίζει ζεύγη χρωμοσωμάτων και η πυρηνική μεμβράνη διαλύεται. Αρχίζει να σχηματίζεται ο άξονας κατά τον οποίο διαχωρίζονται τα χρωμοσώματα. Θέση νεότερων πηγών προμετάφαση μετά την προφάση αλλά πριν από τη μεταφάση.
  
• Μεταφάση. Ο σχηματισμός του άξονα είναι πλήρης. και τα χρωμοσώματα ευθυγραμμίζονται στην πλάκα μεταφάσεων, ένα επίπεδο στα μισά του δρόμου μεταξύ των άκρων του άξονα.
• Ανάφαση. Τα χρωμοσώματα αρχίζουν να μεταναστεύουν κατά μήκος του άξονα, καθένα από τα διπλότυπα ταξιδεύει σε αντίθετα άκρα του κυττάρου καθώς το κύτταρο επιμηκύνεται.
• Τηλοφάση. Η χρωμοσωμική μετανάστευση είναι πλήρης και σχηματίζεται ένας νέος πυρήνας για κάθε σετ. Ο άξονας διαλύεται και σχηματίζεται μια νέα κυτταρική μεμβράνη μεταξύ των δύο θυγατρικών κυττάρων.

Μίτωσις συμβαίνει γρήγορα. Τα νέα κελιά εισέρχονται στην ενδιάμεση φάση G₁ στάδιο. Τα νέα κύτταρα συχνά διαφοροποιούνται σε αυτό το σημείο και γίνονται εξειδικευμένα κύτταρα, όπως κύτταρα ήπατος ή κύτταρα αίματος. Ορισμένα κελιά παραμένουν αδιαφοροποίητα και αποτελούν την πηγή περισσότερων κελιών που μπορούν να διαιρεθούν και να γίνουν εξειδικευμένα. Τα σήματα για την κυτταρική διαίρεση, διαφοροποίηση και εξειδίκευση προέρχονται από άλλα κύτταρα του οργανισμού.

Η κύρια λειτουργία του κυτταρικού κύκλου είναι η παραγωγή θυγατρικών κυττάρων με α γενετικός κώδικας πανομοιότυπο με το αρχικό κελί. Αυτό είναι όπου ο κύκλος μπορεί να καταρρεύσει με τα πιο επιβλαβή αποτελέσματα και αυτό προσπαθούν να αποφύγουν τα σημεία ελέγχου στα στάδια του κενού. Θυγατρικά κύτταρα με ελαττωματικό DNA και επομένως ένας ελαττωματικός γενετικός κώδικας μπορεί να προκαλέσει καρκίνο και άλλες ασθένειες. Τα κύτταρα που δεν έχουν τα σημεία ελέγχου μπορούν να πολλαπλασιαστούν με ανεξέλεγκτο τρόπο και μπορούν να δημιουργήσουν αναπτύξεις και όγκους.

Όταν ένα κελί ανακαλύπτει ένα πρόβλημα σε ένα σημείο ελέγχου, μπορεί να προσπαθήσει να διορθώσει το πρόβλημα ή, αν δεν μπορεί, μπορεί να προκαλέσει θάνατο κυττάρου ή απόπτωση. Τα περίπλοκα στάδια και τα σημεία ελέγχου του κυτταρικού κύκλου βοηθούν στη διασφάλιση ότι μόνο υγιή κύτταρα με επαληθευμένο DNA μπορούν να πολλαπλασιαστούν και να παράγουν τα εκατομμύρια νέα κύτταρα που παράγει ένα κανονικό σώμα.

Ένας κυτταρικός κύκλος που δεν λειτουργεί σωστά οδηγεί σε ελαττωματικά κύτταρα. Εάν αυτά δεν πιάνονται σε σημείο ελέγχου, το αποτέλεσμα μπορεί να είναι ένας οργανισμός που δεν μπορεί να εκπληρώσει κανονικές λειτουργίες όπως η αναζήτηση τροφής ή η αναπαραγωγή. Εάν τα ελαττωματικά κύτταρα βρίσκονται σε ένα βασικό όργανο όπως η καρδιά ή ο εγκέφαλος, μπορεί να προκύψει ο θάνατος του οργανισμού.