सेल चक्र: परिभाषा, चरण, विनियमन और तथ्य

कोशिका विभाजन एक जीव के विकास और स्वास्थ्य के लिए महत्वपूर्ण है। लगभग सभी कोशिकाएँ कोशिका विभाजन में संलग्न होती हैं; कुछ इसे अपने जीवन काल में कई बार करते हैं। एक बढ़ता हुआ जीव, जैसे कि मानव भ्रूण, अलग-अलग अंगों के आकार और विशेषज्ञता को बढ़ाने के लिए कोशिका विभाजन का उपयोग करता है। यहां तक ​​​​कि परिपक्व जीव, एक सेवानिवृत्त वयस्क मानव की तरह, शरीर के ऊतकों को बनाए रखने और मरम्मत करने के लिए कोशिका विभाजन का उपयोग करते हैं। कोशिका चक्र उस प्रक्रिया का वर्णन करता है जिसके द्वारा कोशिकाएं अपना निर्दिष्ट कार्य करती हैं, बढ़ती हैं और विभाजित होती हैं, और फिर दो परिणामी बेटी कोशिकाओं के साथ फिर से प्रक्रिया शुरू करती हैं। 19वीं शताब्दी में, माइक्रोस्कोपी में तकनीकी प्रगति ने वैज्ञानिकों को यह निर्धारित करने की अनुमति दी कि सभी कोशिकाएँ कोशिका विभाजन की प्रक्रिया के माध्यम से अन्य कोशिकाओं से उत्पन्न होती हैं। इसने अंततः पहले के व्यापक विश्वास का खंडन किया कि कोशिकाएँ उपलब्ध पदार्थ से अनायास उत्पन्न होती हैं। कोशिका चक्र सभी चल रहे जीवन के लिए जिम्मेदार है। भले ही यह किसी गुफा में चट्टान से चिपके शैवाल की कोशिकाओं में होता है या आपकी बांह की त्वचा की कोशिकाओं में होता है, चरण समान होते हैं।

टीएल; डीआर (बहुत लंबा; पढ़ा नहीं)

कोशिका विभाजन किसी जीव की वृद्धि और स्वास्थ्य के लिए महत्वपूर्ण है। कोशिका चक्र कोशिका वृद्धि और विभाजन की दोहराई जाने वाली लय है। इसमें चरण इंटरफेज़ और माइटोसिस, साथ ही उनके उप-चरण और साइटोकाइनेसिस की प्रक्रिया शामिल हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए प्रत्येक चरण के दौरान चौकियों पर रसायनों द्वारा कोशिका चक्र को कड़ाई से नियंत्रित किया जाता है उत्परिवर्तन नहीं होते हैं और यह कि कोशिका वृद्धि आसपास के लिए स्वस्थ की तुलना में तेजी से नहीं होती है ऊतक।

कोशिका चक्र में अनिवार्य रूप से दो चरण होते हैं। पहला चरण इंटरफेज़ है। इंटरफेज़ के दौरान, कोशिका तीन उप-चरणों में कोशिका विभाजन की तैयारी कर रही है जिसे कहा जाता है जी₁ चरण, एस चरण तथा जी₂ चरण. इंटरफेज़ के अंत तक, कोशिका नाभिक में सभी गुणसूत्रों को दोहराया गया है। इन सभी चरणों के माध्यम से, कोशिका अपने दैनिक कार्यों के बारे में भी जाना जारी रखती है, चाहे वे कुछ भी हों। इंटरफेज़ दिनों, हफ्तों, वर्षों तक रह सकता है - और कुछ मामलों में, जीव के पूरे जीवन काल के लिए। अधिकांश तंत्रिका कोशिकाएं G. को कभी नहीं छोड़ती हैं₁ इंटरफेज़ का चरण, इसलिए वैज्ञानिकों ने उनके जैसी कोशिकाओं के लिए एक विशेष चरण नामित किया है जिसे G. कहा जाता है₀. यह चरण तंत्रिका कोशिकाओं और अन्य कोशिकाओं के लिए है जो कोशिका विभाजन की प्रक्रिया में नहीं जाएंगे। कभी-कभी ऐसा इसलिए होता है क्योंकि वे तंत्रिका कोशिकाओं या मांसपेशियों की कोशिकाओं की तरह बस तैयार नहीं होते हैं या निर्दिष्ट नहीं होते हैं, और इसे विक्षोभ की स्थिति कहा जाता है। दूसरी बार, वे बहुत पुराने या क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, और इसे बुढ़ापा की स्थिति कहा जाता है। चूंकि तंत्रिका कोशिकाएं कोशिका चक्र से अलग होती हैं, इसलिए उन्हें होने वाली क्षति ज्यादातर अपूरणीय होती है, a. के विपरीत टूटी हुई हड्डी, और यही कारण है कि रीढ़ या मस्तिष्क की चोट वाले लोग अक्सर स्थायी होते हैं विकलांग।

कोशिका चक्र के दूसरे चरण को कहा जाता है समसूत्रण, या एम चरण. समसूत्रण के दौरान, नाभिक दो में विभाजित होता है, प्रत्येक दो नाभिकों में से प्रत्येक को प्रत्येक डुप्लिकेट गुणसूत्र की एक प्रति भेजता है। वहाँ चार हैं समसूत्रण के चरण, और ये हैं प्रोफेज़, मेटाफ़ेज़, पश्चावस्था तथा टीलोफ़ेज़. लगभग उसी समय जब समसूत्रण हो रहा होता है, एक और प्रक्रिया होती है, जिसे कहा जाता है साइटोकाइनेसिस, जो लगभग अपना ही चरण है। यह वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा कोशिका का कोशिका द्रव्य और उसमें मौजूद अन्य सभी चीजें विभाजित हो जाती हैं। इस तरह, जब केंद्रक दो में विभाजित होता है, तो आसपास की कोशिका में प्रत्येक नाभिक के साथ जाने के लिए दो-दो होते हैं। एक बार विभाजन पूरा हो जाने के बाद, प्लाज्मा झिल्ली प्रत्येक नई कोशिका के चारों ओर बंद हो जाती है और दो नई समान कोशिकाओं को एक दूसरे से पूरी तरह से विभाजित करते हुए बंद हो जाती है। तुरंत, दोनों कोशिकाएं फिर से इंटरफेज़ के पहले चरण में हैं: G₁.

जी₁ गैप चरण 1 के लिए खड़ा है। शब्द "गैप" उस समय से आया है जब वैज्ञानिक माइक्रोस्कोप के तहत कोशिका विभाजन की खोज कर रहे थे और माइटोटिक चरण को बहुत रोमांचक और महत्वपूर्ण पाया। उन्होंने नाभिक को विभाजित करते हुए और साथ में साइटोकाइनेटिक प्रक्रिया को सबूत के रूप में देखा कि सभी कोशिकाएं अन्य कोशिकाओं से आती हैं। इंटरफेज़ के चरणहालांकि, स्थिर और निष्क्रिय लग रहा था। इसलिए, उन्होंने उन्हें आराम की अवधि, या गतिविधि में अंतराल के रूप में सोचा। हालाँकि, सच्चाई यह है कि G₁ - और जी₂ इंटरफेज़ के अंत में - कोशिका के लिए हलचल भरी वृद्धि अवधि होती है, जिसमें कोशिका आकार में बढ़ती है और जिस तरह से "जन्म" करने के लिए जीव की भलाई में योगदान करती है। अपने नियमित सेलुलर कर्तव्यों के अलावा, कोशिका प्रोटीन और राइबोन्यूक्लिक एसिड (आरएनए) जैसे अणुओं का निर्माण करती है।

यदि कोशिका का डीएनए क्षतिग्रस्त नहीं है और कोशिका पर्याप्त रूप से विकसित हो गई है, तो यह इंटरफेज़ के दूसरे चरण में आगे बढ़ती है, जिसे कहा जाता है एस चरण. यह संश्लेषण चरण के लिए संक्षिप्त है। इस चरण के दौरान, जैसा कि नाम से पता चलता है, कोशिका अणुओं को संश्लेषित करने के लिए ऊर्जा का एक अच्छा सौदा समर्पित करती है। विशेष रूप से, कोशिका अपने गुणसूत्रों को दोहराते हुए, अपने डीएनए की नकल करती है। मनुष्य की दैहिक कोशिकाओं में 46 गुणसूत्र होते हैं, जो सभी कोशिकाएं होती हैं जो प्रजनन कोशिकाएं (शुक्राणु और ओवा) नहीं होती हैं। 46 गुणसूत्रों को 23 समरूप युग्मों में व्यवस्थित किया जाता है जो एक साथ जुड़ते हैं। समजात युग्म में प्रत्येक गुणसूत्र को दूसरे का समजात कहते हैं। जब एस चरण के दौरान गुणसूत्रों को दोहराया जाता है, तो वे हिस्टोन प्रोटीन के चारों ओर बहुत कसकर कुंडलित होते हैं क्रोमेटिन नामक किस्में, जो दोहराव प्रक्रिया को डीएनए प्रतिकृति त्रुटियों के लिए कम प्रवण बनाती हैं, या परिवर्तन। दो नए समरूप गुणसूत्र अब प्रत्येक कहलाते हैं क्रोमेटिडों. हिस्टोन के तार दो समान क्रोमैटिड्स को एक साथ बांधते हैं ताकि वे एक प्रकार का एक्स आकार बना सकें। जिस बिंदु पर वे बंधे होते हैं उसे सेंट्रोमियर कहा जाता है। इसके अलावा, क्रोमैटिड अभी भी उनके होमोलॉग से जुड़े हुए हैं, जो अब क्रोमैटिड्स की एक एक्स-आकार की जोड़ी भी है। क्रोमैटिड्स के प्रत्येक जोड़े को क्रोमोसोम कहा जाता है; अंगूठे का नियम यह है कि एक सेंट्रोमियर से जुड़े एक से अधिक गुणसूत्र कभी नहीं होते हैं।

इंटरफेज़ का अंतिम चरण है जी₂, या गैप चरण 2. इस चरण को G. के समान कारणों से इसका नाम दिया गया था₁. जैसे G. के दौरान₁ और एस चरण, कोशिका पूरे चरण में अपने विशिष्ट कार्यों में व्यस्त रहती है, भले ही यह इंटरफेज़ का काम पूरा कर लेती है और माइटोसिस की तैयारी करती है। माइटोसिस की तैयारी के लिए, कोशिका अपने माइटोकॉन्ड्रिया को विभाजित करती है, साथ ही इसके क्लोरोप्लास्ट (यदि इसमें कोई हो)। यह धुरी के तंतुओं के अग्रदूतों को संश्लेषित करना शुरू कर देता है, जिन्हें सूक्ष्मनलिकाएं कहा जाता है। यह क्रोमैटिड जोड़े के सेंट्रोमियर को अपने नाभिक में दोहराकर और ढेर करके इन्हें बनाता है। समसूत्रण के दौरान नाभिकीय विभाजन की प्रक्रिया के लिए धुरी तंतु महत्वपूर्ण होंगे, जब गुणसूत्रों को दो अलग-अलग नाभिकों में अलग करना होगा; आनुवंशिक उत्परिवर्तन को रोकने के लिए यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि सही गुणसूत्र सही केंद्रक तक पहुँचते हैं और सही समरूप के साथ जोड़े रहते हैं।

कोशिका चक्र के चरणों और इंटरफेज़ और माइटोसिस के उप-चरणों के बीच विभाजित मार्कर ऐसी कलाकृतियाँ हैं जिनका उपयोग वैज्ञानिक कोशिका विभाजन की प्रक्रिया का वर्णन करने में सक्षम होने के लिए करते हैं। प्रकृति में, प्रक्रिया तरल है और कभी न खत्म होने वाली है। समसूत्री विभाजन की प्रथम अवस्था कहलाती है प्रोफेज़. यह उस अवस्था में गुणसूत्रों से शुरू होता है, जिसमें वे G के अंत में थे₂ इंटरफेज़ का चरण, सेंट्रोमियर द्वारा संलग्न बहन क्रोमैटिड्स के साथ दोहराया गया। प्रोफ़ेज़ के दौरान, क्रोमैटिन स्ट्रैंड संघनित होता है, जो क्रोमोसोम (यानी, बहन क्रोमैटिड्स की प्रत्येक जोड़ी) को प्रकाश माइक्रोस्कोपी के तहत दिखाई देने की अनुमति देता है। सेंट्रोमियर सूक्ष्मनलिकाएं में बढ़ते रहते हैं, जो स्पिंडल फाइबर बनाते हैं। प्रोफ़ेज़ के अंत तक, परमाणु झिल्ली टूट जाती है, और धुरी के तंतु कोशिका के साइटोप्लाज्म में एक संरचनात्मक नेटवर्क बनाने के लिए जुड़ते हैं। चूंकि क्रोमोसोम अब साइटोप्लाज्म में मुक्त तैर रहे हैं, स्पिंडल फाइबर ही एकमात्र सहारा है जो उन्हें तैरने से भटकने से रोकता है।

परमाणु झिल्ली के घुलते ही कोशिका मेटाफ़ेज़ में चली जाती है। धुरी के तंतु गुणसूत्रों को कोशिका के भूमध्य रेखा तक ले जाते हैं। इस समतल को धुरी भूमध्य रेखा या मेटाफ़ेज़ प्लेट के रूप में जाना जाता है। वहाँ कुछ भी मूर्त नहीं है; यह केवल एक समतल है जहाँ सभी गुणसूत्र पंक्तिबद्ध होते हैं, और जो कोशिका को या तो क्षैतिज रूप से समद्विभाजित करता है या लंबवत रूप से, इस पर निर्भर करते हुए कि आप सेल को कैसे देख रहे हैं या उसकी कल्पना कर रहे हैं (इसके दृश्य प्रतिनिधित्व के लिए, देखें संसाधन)। मनुष्यों में, 46 सेंट्रोमियर होते हैं, और प्रत्येक क्रोमैटिड बहनों की एक जोड़ी से जुड़ा होता है। सेंट्रोमियर की संख्या जीव पर निर्भर करती है। प्रत्येक सेंट्रोमियर दो स्पिंडल फाइबर से जुड़ा होता है। दो स्पिंडल तंतु एक बार सेंट्रोमियर छोड़ने के बाद अलग हो जाते हैं, जिससे वे कोशिका के विपरीत ध्रुवों पर संरचनाओं से जुड़ जाते हैं।

कोशिका एनाफेज में शिफ्ट हो जाती है, जो कि समसूत्रण के चार चरणों में सबसे संक्षिप्त है। कोशिका के ध्रुवों से गुणसूत्रों को जोड़ने वाले धुरी के तंतु छोटे हो जाते हैं और अपने संबंधित ध्रुवों की ओर चले जाते हैं। ऐसा करने में, वे उन गुणसूत्रों को अलग कर देते हैं जिनसे वे जुड़े होते हैं। सेंट्रोमियर भी दो में विभाजित हो जाते हैं क्योंकि प्रत्येक क्रोमैटिड बहन के साथ एक विपरीत ध्रुव की ओर एक आधा यात्रा करता है। चूंकि प्रत्येक क्रोमैटिड का अब अपना सेंट्रोमियर होता है, इसलिए इसे फिर से क्रोमोसोम कहा जाता है। इस बीच, दोनों ध्रुवों से जुड़े अलग-अलग धुरी के तंतु लंबे हो जाते हैं, जिससे कोशिका के दो ध्रुवों के बीच की दूरी बढ़ जाती है, जिससे कोशिका चपटी और लम्बी हो जाती है। एनाफेज की प्रक्रिया इस तरह से होती है कि अंत तक कोशिका के प्रत्येक पक्ष में प्रत्येक गुणसूत्र की एक प्रति होती है।

टीलोफ़ेज़ समसूत्रण का चौथा और अंतिम चरण है। इस चरण में, अत्यंत कसकर भरे हुए गुणसूत्र - जो प्रतिकृति की सटीकता को बढ़ाने के लिए संघनित थे - स्वयं को खोल देते हैं। धुरी के तंतु घुल जाते हैं, और एक कोशिकीय अंगक जिसे कहा जाता है अन्तः प्रदव्ययी जलिका गुणसूत्रों के प्रत्येक समूह के चारों ओर नई नाभिकीय झिल्लियों का संश्लेषण करता है। इसका मतलब है कि कोशिका में अब दो नाभिक होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में एक पूर्ण जीनोम होता है। मिटोसिस पूरा हो गया है।

अब जबकि केंद्रक विभाजित हो चुका है, शेष कोशिका को भी विभाजित करने की आवश्यकता है ताकि दोनों कोशिकाएं भाग ले सकें। इस प्रक्रिया को के रूप में जाना जाता है साइटोकाइनेसिस. यह समसूत्रण से एक अलग प्रक्रिया है, हालांकि यह अक्सर समसूत्रण के साथ सह-होती है। यह जानवरों और पौधों की कोशिकाओं में अलग तरह से होता है, क्योंकि जहां पशु कोशिकाओं में केवल एक प्लाज्मा कोशिका झिल्ली होती है, वहीं पौधों की कोशिकाओं में एक कठोर कोशिका भित्ति होती है। दोनों प्रकार की कोशिकाओं में, अब एक कोशिका में दो अलग-अलग नाभिक होते हैं। जंतु कोशिकाओं में, कोशिका के मध्य बिंदु पर एक सिकुड़ा हुआ वलय बनता है। यह माइक्रोफिलामेंट्स की एक अंगूठी है जो कोशिका के चारों ओर घूमती है, केंद्र में प्लाज्मा झिल्ली को एक कोर्सेट की तरह कसती है जब तक कि यह एक क्लेवाज फ़रो के रूप में जाना जाता है। दूसरे शब्दों में, सिकुड़ा हुआ वलय कोशिका को एक घंटे के आकार का आकार बनाता है जो अधिक से अधिक स्पष्ट हो जाता है, जब तक कि कोशिका पूरी तरह से दो अलग-अलग कोशिकाओं में बंद नहीं हो जाती। पादप कोशिकाओं में, गॉल्गी कॉम्प्लेक्स नामक एक अंग पुटिका बनाता है, जो धुरी के साथ तरल की झिल्ली-बद्ध जेब होती है जो कोशिका को दो नाभिकों के बीच विभाजित करती है। उन पुटिकाओं में पॉलीसेकेराइड होते हैं जो सेल प्लेट बनाने के लिए आवश्यक होते हैं, और सेल प्लेट अंततः सेल की दीवार के साथ फ़्यूज़ हो जाता है और उसका हिस्सा बन जाता है, जिसमें कभी मूल एकल कोशिका होती थी, लेकिन अब दो का घर है कोशिकाएं।

सेल चक्र को यह सुनिश्चित करने के लिए बहुत अधिक विनियमन की आवश्यकता होती है कि यह सेल के अंदर और बाहर कुछ शर्तों को पूरा किए बिना आगे नहीं बढ़ता है। उस विनियमन के बिना, एक अनियंत्रित अनुवांशिक उत्परिवर्तन, नियंत्रण से बाहर कोशिका वृद्धि (कैंसर), और अन्य समस्याएं होंगी। यह सुनिश्चित करने के लिए कि चीजें सही तरीके से आगे बढ़ रही हैं, सेल चक्र में कई चौकियां हैं। यदि वे नहीं हैं, तो मरम्मत की जाती है, या क्रमादेशित कोशिका मृत्यु शुरू की जाती है। कोशिका चक्र के प्राथमिक रासायनिक नियामकों में से एक साइक्लिन-आश्रित किनेज (CDK) है। इस अणु के विभिन्न रूप हैं जो कोशिका चक्र में विभिन्न बिंदुओं पर कार्य करते हैं। उदाहरण के लिए, प्रोटीन p53 सेल में क्षतिग्रस्त डीएनए द्वारा निर्मित होता है, और जो G. पर सीडीके कॉम्प्लेक्स को निष्क्रिय कर देगा₁/एस चौकी, इस प्रकार सेल की प्रगति को रोक रहा है।