3 faasietappi

Esimest korda jälgisid teadlased rakkude jagunemise protsessi 1800. aastate lõpus. Järjepidevad mikroskoopilised tõendid rakkude energia ja materjali kulutamiseks enese kopeerimiseks ja jagamiseks lükkasid laialt levinud teooria, et spontaansest genereerimisest tekkisid uued rakud. Teadlased hakkasid mõistma rakutsükli nähtust; see on protsess, mille käigus rakud jagunevad rakkude jagunemise teel ja siis elavad oma elu, jätkates oma igapäevaseid rakutegevusi, kuni on aeg rakkude jagunemine ise läbi viia.

On palju põhjuseid, miks rakk ei pruugi jagunemist läbida. Mõned inimkeha rakud seda lihtsalt ei tee; näiteks enamus närvirakkudest lõpetab lõpuks rakkude jagunemise, mistõttu närvikahjustusi taluv inimene võib kannatada püsiva motoorse või sensoorse defitsiidi all.

Kuid tavaliselt on rakutsükkel on protsess, mis koosneb kahest faasist: interfaas ja mitoos. Mitoos on rakutsükli osa, mis hõlmab rakkude jagunemist, kuid keskmine rakk veedab 90 protsenti oma elust interfaasides, mis tähendab lihtsalt, et rakk elab ja kasvab ega jagune. Interfaasides on kolm alamfaasi. Need on

TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)

Interfaaside kolm etappi on G₁, mis tähistab tühimiku 1. faasi; S-faas, mis tähistab sünteesi faasi; ja G₂, mis tähistab tühimiku 2. faasi. Interfaas on eukarüootse rakutsükli kahest faasist esimene. Teine faas on mitoos ehk M-faas, millal toimub rakkude jagunemine. Mõnikord ei lahku rakud G-st₁ kuna need ei ole seda tüüpi rakud, mis jagunevad, või seetõttu, et nad on suremas. Nendel juhtudel on nad staadiumis nimega G₀, mida ei loeta rakutsükli osaks.

Üherakulisi organisme, näiteks baktereid, nimetatakse prokarüootidja kui nad osalevad rakkude jagunemises, on nende eesmärk paljuneda aseksuaalselt; nad loovad järglasi. Prokarüootsete rakkude jagunemist nimetatakse binaarne lõhustumise mitoosi asemel. Prokarüootidel on tavaliselt ainult üks kromosoom, mida isegi tuumamembraan ei sisalda, ja neil puuduvad organellid, mis on teist tüüpi rakkudel. Binaarse lõhustumise ajal teeb prokarüootne rakk oma kromosoomist koopia ja kinnitab seejärel iga õe kromosoomi koopia oma rakumembraani vastaspoolele. Seejärel hakkab see oma membraanis moodustama pilu, mis pigistab sissetungimist protsessis, mida nimetatakse invaginatsiooniks, kuni see eraldub kaheks identseks, eraldi rakuks. Mitootse rakutsükli osaks olevad rakud on eukarüootsed rakud. Need ei ole üksikud elusorganismid, vaid rakud, mis eksisteerivad suuremate organismide koostööd tegevate üksustena. Rakud teie silmades või luudes, kassi keele või esirohu murulabade rakud on kõik eukarüootsed rakud. Need sisaldavad palju rohkem geneetilist materjali kui prokarüoot, seega on ka rakkude jagunemise protsess palju keerulisem.

Rakutsükkel sai oma nime, kuna rakud jagunevad pidevalt, alustades elu uuesti. Kui rakk jaguneb, on see mitoosi faasi lõpp ja see alustab kohe taas interfaasi. Muidugi toimub praktikas rakutsükkel sujuvalt, kuid teadlased on protsessi mikroskoopiliste ehitusplokkide paremaks mõistmiseks protsessis piiritlenud faasid ja alamfaasid. Äsja jagatud rakk, mis on nüüd üks kahest rakust, mis varem olid üksikud rakud, asub G-s₁ interfaasi alamfaas. G₁ on "tühiku" faasi lühend; tuleb veel üks silt G₂. Võite näha, et need on kirjutatud kui G1 ja G2. Kui teadlased avastasid mikroskoobi all mitoosi hõivatud ja põhimõttelise rakutöö, siis nad ka avastasid tõlgendas suhteliselt vähem dramaatilist vahefaasi raku vahel puhkavaks või peatavaks faasiks jaotused.

Nad panid nimeks G₁ etapp, kus seda tõlgendust kasutatakse sõnaga „tühimik“, kuid selles mõttes on see vale nimi. Reaalsuses, G₁ on pigem kasvuetapp kui puhkeperiood. Selles faasis teeb rakk kõiki asju, mis on selle rakutüübi jaoks tavalised. Kui tegemist on valgete verelibledega, täidab see immuunsüsteemi kaitset. Kui see on taime leherakk, teostab see fotosünteesi ja gaasivahetust. Rakk kasvab tõenäoliselt. Mõned rakud kasvavad G ajal aeglaselt₁ samas kui teised kasvavad väga kiiresti. Rakk sünteesib molekule, näiteks ribonukleiinhape (RNA) ja mitmesugused valgud. Teatud hetkel G hilises staadiumis₁ etapil peab rakk “otsustama”, kas minna järgmisele faasietapile või mitte.

Molekul, mida nimetatakse tsükliinisõltuvaks kinaasiks (CDK), reguleerib rakutsüklit. See regulatsioon on vajalik rakkude kasvu kontrolli kaotamise vältimiseks. Loomade kontrolliväline rakujagunemine on veel üks viis pahaloomulise kasvaja või vähi kirjeldamiseks. CDK annab signaale kontrollpunktides rakutsükli konkreetsetes punktides, et rakk saaks edasi liikuda või peatuda. Teatud keskkonnategurid aitavad kaasa sellele, kas CDK annab neid signaale. Nende hulka kuuluvad toitainete kättesaadavus ja kasvufaktorid ning rakkude tihedus ümbritsevas koes. Rakutihedus on eriti oluline eneseregulatsiooni meetod, mida rakud kasutavad kudede tervisliku kasvu kiiruse säilitamiseks. CDK reguleerib rakutsüklit interfaaside kolme etapi ajal, samuti mitoosi ajal (mida nimetatakse ka M-faasiks).

Kui rakk jõuab regulatiivse kontrollpunktini ja ei saa signaali, et jätkata rakutsükliga edasi (näiteks kui see on G lõpus₁ interfaasis ja ootab S-faasi sisenemist faasides), on rakul võimalik teha kahte asja. Üks on see, et see võib peatuda, kuni probleem on lahendatud. Kui mõni vajalik komponent on näiteks kahjustatud või puudu, võidakse teha remonti või täiendusi ja seejärel võib see uuesti kontrollpunktile läheneda. Lahtri teine ​​võimalus on siseneda teise faasi nimega G₀, mis jääb rakutsüklist väljapoole. See tähis on mõeldud rakkudele, mis jätkavad toimimist eeldataval viisil, kuid ei liigu edasi S-faasi ega mitoosi ning sellisena ei tegele rakkude jagunemisega. Enamikku täiskasvanud inimese närvirakkudest peetakse G-sse₀ faasi, kuna tavaliselt ei edene nad S-faasis ega mitoosis. Rakud G-s₀ faasi peetakse vaikseks, see tähendab, et nad on mittejagavas olekus või vananevad, st nad surevad.

G ajal₁ faasietapis on kaks reguleerivat kontrollpunkti, mille rakk peab enne jätkamist läbima. Hinnatakse, kas raku DNA on kahjustatud, ja kui see on nii, tuleb DNA enne selle jätkamist parandada. Isegi kui rakk on muidu valmis liikuma faaside S-faasi, tuleb teha veel üks kontrollpunkt kindel, et keskkonnatingimused - see tähendab rakku vahetult ümbritseva keskkonna seisundit - on soodne. Need tingimused hõlmavad ümbritseva koe rakutihedust. Kui rakul on vajalikud tingimused G-st lähtumiseks₁ kuni S-faasini seondub tsükliinvalk CDK-ga, paljastades molekuli aktiivse osa, mis annab rakule märku, et on aeg alustada S-faasi. Kui lahter ei vasta G-st liikumise tingimustele₁ kuni S-faasini, ei aktiveeri tsükliin CDK-d, mis takistab progresseerumist. Mõnel juhul, näiteks kahjustatud DNA, seonduvad CDK-inhibiitori valgud CDK-tsükliini molekulidega, et vältida progresseerumist, kuni probleem on kõrvaldatud.

Kui lahter siseneb S faas, peab see jätkuma kogu tsükli lõpuni, pööramata tagasi või pöördumata G-ni₀. Kogu protsessis on aga rohkem kontrollpunkte, et tagada sammude nõuetekohane lõpuleviimine enne raku liikumist rakutsükli järgmisse faasi. S-faasis olev „S“ tähistab sünteesi, kuna rakk sünteesib või loob oma DNA täiesti uue koopia. Inimrakkudes tähendab see, et rakk teeb S-faasis täiesti uue 46 kromosoomi komplekti. See etapp on hoolikalt reguleeritud, et vältida vigade üleminekut järgmisse etappi; need vead on mutatsioonid. Mutatsioone juhtub piisavalt sageli, kuid rakutsükli regulatsioonid takistavad palju enamat neist juhtumast. DNA replikatsiooni käigus keerleb iga kromosoom histoonideks nimetatud valkude ahelate ümber ülimalt, vähendades nende pikkust 2 nanomeetrilt 5 mikronini. Kaks uut õe kromosoomi duplikaati nimetatakse kromatiidid. Histoonid seovad kaks sobivat kromatiidi omavahel tihedalt, piki pikkust. Nende liitumispunkti nimetatakse tsentromeeriks. (Selle visuaalse kujutise leiate jaotisest Ressursid.)

DNA replikatsiooni käigus toimuvate keeruliste liikumiste lisamiseks on paljud eukarüootsed rakud diploidsed, mis tähendab, et nende kromosoomid paiknevad tavaliselt paaridena. Enamik inimrakke on diploidsed, välja arvatud paljunemisrakud; nende hulka kuuluvad munarakud (munarakud) ja spermatotsüüdid (spermid), mis on haploidsed ja millel on 23 kromosoomi. Inimese somaatilistel rakkudel, mis on kõik ülejäänud keha rakud, on 46 kromosoomi, mis on paigutatud 23 paari. Paaritatud kromosoome nimetatakse homoloogseks paariks. Interfaasi S-faasi ajal, kui iga üksiku kromosoomi algsest homoloogsest paarist paljundatakse, on saadud kaks õe kromatiidi igast algsest kromosoomist ühendatakse, moodustades figuuri, mis näeb välja nagu kaks X-i liimitud koos. Mitoosi ajal jaguneb tuum kaheks uueks tuumaks, tõmmates igast kromatiidist ühe homoloogsest paarist õest eemale.

Kui rakk läbib S-faasi kontrollpunkte, mis on eriti seotud selle tagamisega, et DNA ei oleks kahjustatud, siis seda korratakse õigesti ja see kordub ainult üks kord, siis võimaldavad regulatiivsed tegurid rakul liikuda järgmise etapi juurde interfaas. See on G₂, mis tähistab Gap 2. faasi, nagu G₁. See on ka vale nimi, kuna rakk ei oota, vaid on selles etapis väga hõivatud. Rakk teeb jätkuvalt oma tavapärast tööd. Meenutage neid näiteid G-st₁ fotosünteesi teostavast leherakust või valgete verelibledest, mis kaitsevad keha patogeenide eest. Samuti valmistub see lahkuma faasist ja sisenema mitoosi (M faas), mis on rakutsükli teine ​​ja viimane etapp, enne kui see jaguneb ja algab uuesti.

Teine kontrollpunkt G ajal₂ tagab, et DNA korrati õigesti, ja CDK võimaldab tal edasi liikuda ainult siis, kui see läbib kogunemise. G ajal₂, rakk replikeerib kromatiide siduva tsentroomi, moodustades nn mikrotuubuli. Sellest saab osa spindlist, mis on kiudude võrk, mis juhatab õekromatiidid üksteisest eemale ja nende õigetele kohtadele äsja jagatud tuumades. Selles faasis jagunevad mitokondrid ja kloroplastid ka siis, kui nad rakus esinevad. Kui rakk on ületanud oma kontrollpunktid, on ta valmis mitoosiks ja on lõpetanud kolm faasietappi. Mitoosi ajal jaguneb tuum kaheks tuumaks ja peaaegu samal ajal nimetatakse seda protsessi tsütokinees jagab tsütoplasma, see tähendab ülejäänud raku, kaheks rakuks. Nende protsesside lõpuks on kaks uut rakku, mis on valmis alustama G-d₁ jälle faasietapp.