3 vaiheiden välivaihetta

Tutkijat havaitsivat solujen jakautumisprosessin ensimmäisen kerran 1800-luvun lopulla. Johdonmukainen mikroskooppinen näyttö soluista, jotka kuluttavat energiaa ja materiaalia itsensä kopioimiseksi ja jakamiseksi, kumosi laajan teorian, jonka mukaan uudet solut syntyivät spontaanista syntymisestä. Tutkijat alkoivat ymmärtää solusyklin ilmiötä; tämä on prosessi, jossa solut "syntyvät" solujen jakautumisen kautta ja elävät sitten elämäänsä päivittäisten solutoimintojensa läpi, kunnes on aika itse solujen jakautua.

On olemassa monia syitä, miksi solu ei välttämättä käy läpi jakoa. Jotkut ihmiskehon solut eivät yksinkertaisesti tee niin; esimerkiksi suurin osa hermosoluista lopulta lopettaa solujen jakautumisen, minkä vuoksi hermovaurioita kestävä henkilö voi kärsiä pysyvistä motorisista tai aistivajeista.

Tyypillisesti kuitenkin solusykli on prosessi, joka koostuu kahdesta vaiheesta: välivaihe ja mitoosi. Mitoosi on solusyklin osa, johon liittyy solujen jakautumista, mutta keskimääräinen solu viettää 90 prosenttia elämästään interfaasissa, mikä tarkoittaa yksinkertaisesti sitä, että solu elää ja kasvaa eikä jakaudu. Interfaasissa on kolme alaosaa. Nämä ovat

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Interfaasin kolme vaihetta ovat G₁, joka tarkoittaa aukon vaihetta 1; S-vaihe, joka tarkoittaa synteesivaihetta; ja G₂, joka tarkoittaa aukon vaihetta 2. Interfaasi on ensimmäinen eukaryoottisolusyklin kahdesta vaiheesta. Toinen vaihe on mitoosi tai M-vaihe, jolloin tapahtuu solujen jakautumista. Joskus solut eivät jätä G: tä₁ koska ne eivät ole jakautuvia solutyyppejä tai koska ne ovat kuolemassa. Näissä tapauksissa ne ovat vaiheessa nimeltä G₀, jota ei pidetä osana solusykliä.

Yksisoluisia organismeja, kuten bakteereja, kutsutaan prokaryootit, ja kun he osallistuvat solujen jakautumiseen, niiden tarkoituksena on lisääntyä aseksuaalisesti; he ovat luomassa jälkeläisiä. Prokaryoottisolujen jakautumista kutsutaan binaarinen fissio mitoosin sijasta. Prokaryooteilla on tyypillisesti vain yksi kromosomi, jota ei edes sisällä ydinkalvo, ja niiltä puuttuu organelleja, joita muilla soluilla on. Binaarisen fissioinnin aikana prokaryoottisolu tekee kopion kromosomistaan ​​ja kiinnittää sitten kromosomin kukin sisarikopio solukalvonsa vastakkaiselle puolelle. Sitten se alkaa muodostaa halkeaman kalvoonsa, joka puristuu sisäänpäin prosessissa, jota kutsutaan invaginaatioksi, kunnes se erottuu kahdeksi identtiseksi, erilliseksi soluksi. Mitoottisolusykliin kuuluvat solut ovat eukaryoottisoluja. Ne eivät ole yksittäisiä eläviä organismeja, vaan soluja, jotka esiintyvät suurempien organismien yhteistyöyksiköinä. Solut silmissäsi tai luissasi, tai kissasi kielen tai ruohonleikkureiden solut etunurmella ovat kaikki eukaryoottisolut. Ne sisältävät paljon enemmän geneettistä materiaalia kuin prokaryootti, joten myös solujen jakautumisprosessi on paljon monimutkaisempi.

Solusykli sai nimensä, koska solut jakautuvat jatkuvasti ja alkavat elämän uudestaan. Kun solu jakautuu, se on mitoosivaiheen loppu, ja se alkaa välittömästi vaiheenvaiheen. Tietenkin käytännössä solusykli tapahtuu sujuvasti, mutta tutkijat ovat määrittäneet prosessin vaiheet ja alivaiheet ymmärtääkseen paremmin elämän mikroskooppisia rakennuspalikoita. Äskettäin jaettu solu, joka on nyt yksi kahdesta solusta, jotka aiemmin olivat yksi solu, on G: ssä₁ välivaiheen alivaihe. G₁ on lyhenne "aukko" -vaiheesta; tulee olemaan toinen merkitty G: llä₂. Saatat nähdä myös nämä kirjoitettuina G1 ja G2. Kun tutkijat löysivät mitoosin kiireisen, perustavanlaatuisen solutyön mikroskoopilla, he tulkitsi suhteellisen vähemmän dramaattisen välivaiheen lepo- tai taukovaiheeksi solun välillä jakoihin.

He nimesivät G: n₁ vaiheessa tulkinnalla sanalla ”gap”, mutta siinä mielessä se on väärä nimi. Todellisuudessa, G₁ on enemmän kasvuvaihe kuin lepovaihe. Tämän vaiheen aikana solu tekee kaikki asiat, jotka ovat normaalia sen tyyppiselle solulle. Jos se on valkosolu, se suorittaa puolustavia toimia immuunijärjestelmälle. Jos se on kasvin lehtisolu, se suorittaa fotosynteesiä ja kaasunvaihtoa. Solu todennäköisesti kasvaa. Jotkut solut kasvavat hitaasti G: n aikana₁ toiset taas kasvavat hyvin nopeasti. Solu syntetisoi molekyylejä, kuten ribonukleiinihappo (RNA) ja erilaisia ​​proteiineja. Tietyssä vaiheessa myöhään G: ssä₁ solun on "päätettävä" siirtyykö seuraavaan vaiheiden vaiheeseen vai ei.

Molekyyli, jota kutsutaan sykliiniriippuvaiseksi kinaasiksi (CDK), säätelee solusykliä. Tämä säätö on välttämätön estämään solukasvun hallinnan menettäminen. Eläinten kontrolloimaton solujako on toinen tapa kuvata pahanlaatuista kasvainta tai syöpää. CDK antaa signaaleja tarkistuspisteissä solusyklin tiettyjen pisteiden aikana solun etenemiseen tai taukoon. Tietyt ympäristötekijät vaikuttavat siihen, tarjoaako CDK nämä signaalit. Näitä ovat ravinteiden saatavuus ja kasvutekijät sekä solutiheys ympäröivässä kudoksessa. Solutiheys on erityisen tärkeä itsesääntelymenetelmä, jota solut käyttävät terveiden kudosten kasvunopeuksien ylläpitämiseen. CDK säätelee solusykliä interfaasin kolmessa vaiheessa sekä mitoosin aikana (jota kutsutaan myös M-vaiheeksi).

Jos solu saavuttaa sääntelyn tarkistuspisteen eikä saa signaalia jatkaakseen solusykliä eteenpäin (esimerkiksi jos se on G: n lopussa₁ interfaasissa ja odottaa siirtymistä S-vaiheeseen interfaasissa), solu voisi tehdä kaksi mahdollista asiaa. Yksi on se, että se voi pysähtyä, kun ongelma on ratkaistu. Jos jokin tarvittava komponentti esimerkiksi vaurioituu tai puuttuu, voidaan tehdä korjauksia tai täydennyksiä ja sitten se voi lähestyä tarkistuspistettä uudelleen. Toinen vaihtoehto solulle on siirtyä toiseen vaiheeseen nimeltä G₀, joka on solusyklin ulkopuolella. Tämä nimitys on tarkoitettu soluille, jotka jatkavat toimintaansa niiden oletetulla tavalla, mutta eivät siirry S-vaiheeseen tai mitoosiin eivätkä sellaisenaan osallistu solujen jakautumiseen. Useimpien aikuisten ihmisen hermosolujen katsotaan olevan G: ssä₀ vaihe, koska ne eivät yleensä edetä S-vaiheeseen tai mitoosiin. Solut G: ssä₀ vaiheen katsotaan olevan lepotilassa, mikä tarkoittaa, että ne ovat jakamattomassa tilassa tai vanhentuneita, mikä tarkoittaa, että he ovat kuolemassa.

Aikana G₁ Vaihevaiheessa on kaksi säätelypistettä, joiden solun on läpäistävä ennen jatkamista. Yksi arvioi, onko solun DNA vaurioitunut, ja jos on, DNA on korjattava ennen kuin se voi edetä. Silloinkin kun solu on muuten valmis siirtymään vaiheiden S-vaiheeseen, on tehtävä toinen tarkistuspiste varma, että ympäristöolosuhteet - eli solua välittömästi ympäröivän ympäristön tila - ovat suotuisa. Nämä olosuhteet sisältävät ympäröivän kudoksen solutiheyden. Kun solulla on tarvittavat olosuhteet edetä G: stä₁ S-vaiheeseen sykliiniproteiini sitoutuu CDK: hon paljastaen molekyylin aktiivisen osan, joka antaa solulle signaalin, että on aika aloittaa S-vaihe. Jos solu ei täytä ehtoja siirtyä G: stä₁ S-vaiheeseen sykliini ei aktivoi CDK: ta, mikä estää etenemisen. Joissakin tapauksissa, kuten vaurioitunut DNA, CDK-estäjäproteiinit sitoutuvat CDK-sykliinimolekyyleihin etenemisen estämiseksi, kunnes ongelma on korjattu.

Kun solu saapuu S-vaihe, sen on jatkuttava solusyklin loppuun asti kääntämättä takaisin tai vetäytymättä G: hen₀. Tarkastuspisteitä on kuitenkin koko prosessin ajan sen varmistamiseksi, että vaiheet suoritetaan oikein ennen solun siirtymistä solusyklin seuraavaan vaiheeseen. S-vaiheen “S” tarkoittaa synteesiä, koska solu syntetisoi tai luo uuden kopion DNA: sta. Ihmissoluissa se tarkoittaa, että solu muodostaa kokonaan uuden 46 kromosomin sarjan S-vaiheen aikana. Tätä vaihetta säännellään huolellisesti, jotta estetään virheiden siirtyminen seuraavalle vaiheelle. nuo virheet ovat mutaatioita. Mutaatioita tapahtuu tarpeeksi usein, mutta solusyklisäännöt estävät paljon enemmän niitä tapahtumasta. DNA-replikaation aikana kukin kromosomi käämi erittäin kiertyneenä histoneiksi kutsuttujen proteiinisäikeiden ympärille, mikä pienentää niiden pituutta 2 nanometristä 5 mikroniin. Kaksi uutta päällekkäistä siskokromosomia kutsutaan kromatidit. Histonit sitovat kaksi yhteensopivaa kromatidia tiukasti osittain pituudeltaan. Pistettä, johon ne ovat liittyneet, kutsutaan sentromeeriksi. (Katso tämän visuaalinen esitys Resursseista.)

DNA-replikaation aikana tapahtuvien monimutkaisten liikkeiden lisäämiseksi monet eukaryoottisolut ovat diploideja, mikä tarkoittaa, että niiden kromosomit ovat yleensä järjestetty pareittain. Suurin osa ihmissoluista on diploideja, lukuun ottamatta lisääntymissoluja; Näihin kuuluvat munasolut (munat) ja spermatosyytit (siittiöt), jotka ovat haploideja ja joilla on 23 kromosomia. Ihmisen somaattisilla soluilla, jotka ovat kaikki muut kehon solut, on 46 kromosomia, jotka on järjestetty 23 pariin. Pariksi liitettyjä kromosomeja kutsutaan homologiseksi pariksi. Interfaasin S-vaiheen aikana, kun jokainen alkuperäisen homologisen parin yksittäinen kromosomi replikoituu, tuloksena olevat kaksi siskokromatidia kustakin alkuperäisestä kromosomista yhdistetään muodostaen kuvan, joka näyttää olevan kaksi X: n liimattua yhdessä. Mitoosin aikana ydin jakautuu kahteen uuteen ytimeen vetämällä yhden kustakin kromatidista kustakin homologisesta parista pois sisarestaan.

Jos solu läpäisee S-vaiheen tarkistuspisteet, jotka ovat erityisen tärkeitä varmistamaan, että DNA ei ole vaurioitunut, että se replikoitui oikein ja että se replikoitui vain kerran, sitten säätötekijät antavat solun edetä seuraavaan vaiheeseen välivaihe. Tässä on G₂, joka tarkoittaa Gap-vaihetta 2, kuten G₁. Se on myös väärin, koska solu ei odota, mutta on hyvin kiireinen tässä vaiheessa. Solu jatkaa normaalin työnsä suorittamista. Muistakaa nuo esimerkit G: ltä₁ fotosynteesiä tekevästä lehtisolusta tai valkosolusta, joka puolustaa kehoa taudinaiheuttajia vastaan. Se valmistautuu myös poistumaan interfaasista ja siirtymään mitoosiin (M-vaihe), joka on solusyklin toinen ja viimeinen vaihe, ennen kuin se jakautuu ja alkaa uudestaan.

Toinen tarkistuspiste G: n aikana₂ varmistaa, että DNA replikoitiin oikein, ja CDK antaa sen edetä vain, jos se läpäisee kokoontumisvapauden. G: n aikana₂, solu replikoi kromatideja sitovan sentromeerin muodostaen ns. mikroputken. Tästä tulee osa karaa, joka on kuitujen verkko, joka ohjaa sisarkromatidit poispäin toisistaan ​​ja oikeille paikoilleen vasta jaetuissa ytimissä. Tämän vaiheen aikana myös mitokondriot ja kloroplastit jakautuvat, kun niitä on solussa. Kun solu on ylittänyt tarkistuspisteensä, se on valmis mitoosiin ja on suorittanut kolme vaihevaihetta. Mitoosin aikana ydin jakautuu kahteen ytimeen ja melkein samaan aikaan prosessiin, jota kutsutaan sytokineesi jakaa sytoplasman eli lopun solun kahteen soluun. Näiden prosessien loppuun mennessä on kaksi uutta solua, jotka ovat valmiita aloittamaan G: n₁ välivaiheen vaihe.