3 faze međufaze

Znanstvenici su prvi put primijetili proces diobe stanica krajem 1800-ih. Dosljedni mikroskopski dokazi da stanice troše energiju i materijal da bi se kopirale i podijelile opovrgnuli su raširenu teoriju da su nove stanice nastale spontanim generiranjem. Znanstvenici su počeli shvaćati fenomen staničnog ciklusa; ovo je proces kojim se stanice "rađaju" dijeljenjem stanica, a zatim žive svoj život, baveći se svakodnevnim staničnim aktivnostima, sve dok ne dođe vrijeme da same podvrgnu staničnoj diobi.

Postoji mnoštvo razloga zašto stanica možda ne bi prošla kroz diobu. Neke stanice u ljudskom tijelu jednostavno nemaju; na primjer, većina živčanih stanica na kraju prestane podvrgavati se diobi stanica, zbog čega osoba koja podnosi oštećenja živaca može pretrpjeti trajni motorički ili osjetni deficit.

Međutim, tipično stanični ciklus je postupak koji se sastoji od dvije faze: međufazni i mitoza. Mitoza je dio staničnog ciklusa koji uključuje diobu stanica, ali prosječna stanica provodi 90 posto svog života u interfazi, što jednostavno znači da stanica živi i raste, a ne dijeli se. Postoje tri podfaze unutar međufaze. Ovi su

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Tri faze međufaze su G₁, što znači Gap faza 1; S faza, što znači sintezna faza; i G₂, što znači Gap faza 2. Interfaza je prva od dvije faze eukariotskog staničnog ciklusa. Druga faza je mitoza ili M faza, kada dolazi do diobe stanica. Ponekad stanice ne napuštaju G₁ jer nisu vrsta stanica koje se dijele ili zato što umiru. U tim su slučajevima u fazi koja se naziva G₀, koji se ne smatra dijelom staničnog ciklusa.

Jednostanični organizmi poput bakterija nazivaju se prokarioti, a kad se uključe u diobu stanica, svrha im je nespolno razmnožavanje; stvaraju potomstvo. Nazvana je dioba prokariontskih stanica binarna fisija umjesto mitoze. Prokarioti obično imaju samo jedan kromosom koji niti sadrži nuklearna membrana, a nedostaju im organeli koje imaju druge vrste stanica. Tijekom binarne fisije, prokariontska stanica pravi kopiju svog kromosoma, a zatim svaku sestrinsku kopiju kromosoma veže na suprotnu stranu svoje stanične membrane. Tada u svojoj membrani počinje stvarati pukotinu koja se steže prema unutra u procesu koji se naziva invaginacija, sve dok se ne razdvoji u dvije identične, odvojene stanice. Stanice koje su dio mitotskog staničnog ciklusa su eukariotske stanice. Oni nisu pojedinačni živi organizmi, već stanice koje postoje kao suradničke jedinice većih organizama. Stanice u očima ili kostima, stanice na jeziku vaše mačke ili vlati trave na vašem travnjaku su sve eukariotske stanice. Sadrže mnogo više genetskog materijala od prokariota, pa je i postupak diobe stanica puno složeniji.

Stanični ciklus dobio je svoje ime jer se stanice neprestano dijele, započinjući život iznova. Jednom kada se stanica podijeli, to je kraj faze mitoze i ona odmah ponovno započinje interfazu. Naravno, u praksi se stanični ciklus odvija fluidno, ali znanstvenici su unutar procesa razgraničili faze i podfaze kako bi bolje razumjeli mikroskopske građevne blokove života. Novopodijeljena stanica, koja je sada jedna od dvije stanice koje su prije bile jedna stanica, nalazi se u G₁ podfaza međufaze. G₁ je kratica za fazu "Gap"; bit će još jedan s oznakom G₂. Ove zapise možete vidjeti i kao G1 i G2. Kad su znanstvenici pod mikroskopom otkrili zauzeto, temeljno stanično djelovanje mitoze, oni su protumačio relativno manje dramatičnu međufazu kao fazu odmora ili stanke između stanice divizije.

Nazvali su G₁ stupanj s riječju "jaz" koristeći ovu interpretaciju, ali u tom smislu to je pogrešan naziv. U stvarnosti, G₁ je više faza rasta nego faza odmora. Tijekom ove faze stanica radi sve stvari koje su normalne za njen tip stanice. Ako se radi o bijelim krvnim stanicama, izvršavat će obrambene akcije za imunološki sustav. Ako se radi o stanici lista u biljci, vršit će fotosintezu i izmjenu plinova. Stanica će vjerojatno rasti. Neke stanice polako rastu tijekom G₁ dok drugi rastu vrlo brzo. Stanica sintetizira molekule, kao što su ribonukleinska kiselina (RNA) i razni proteini. U određenom trenutku kasno u G₁ faza, stanica mora "odlučiti" hoće li prijeći na sljedeću fazu međufaze.

Molekula koja se naziva ciklin-ovisna kinaza (CDK) regulira stanični ciklus. Ova je regulacija nužna kako bi se spriječio gubitak kontrole nad rastom stanica. Izvan kontrole diobe stanica kod životinja još je jedan način opisivanja malignog tumora ili raka. CDK daje signale na kontrolnim točkama tijekom određenih točaka staničnog ciklusa kako bi se stanica nastavila ili zaustavila. Određeni čimbenici okoliša pridonose tome daje li CDK ove signale. To uključuje dostupnost hranjivih sastojaka i čimbenika rasta te gustoću stanica u okolnom tkivu. Gustoća stanica posebno je važna metoda samoregulacije koju stanice koriste za održavanje zdravih stopa rasta tkiva. CDK regulira stanični ciklus tijekom tri faze interfaze, kao i tijekom mitoze (koja se naziva i M faza).

Ako stanica dosegne regulatornu kontrolnu točku i ne primi signal za nastavak staničnog ciklusa (na primjer, ako je na kraju G₁ u međufazi i čeka ulazak u S fazu u međufazi), dvije su moguće stvari koje bi stanica mogla učiniti. Jedan je da bi mogao zastati dok se problem riješi. Ako je, na primjer, neka potrebna komponenta oštećena ili nedostaje, mogu se izvršiti popravci ili dodaci, a zatim bi se mogao ponovno približiti kontrolnoj točki. Druga opcija za stanicu je ulazak u drugu fazu koja se naziva G₀, koji je izvan staničnog ciklusa. Ova je oznaka namijenjena stanicama koje će i dalje funkcionirati onako kako bi trebale, ali neće prijeći u S fazu ili mitozu i kao takve neće sudjelovati u diobi stanica. Smatra se da je većina odraslih ljudskih živčanih stanica u G₀ fazi, jer obično ne prelaze u S fazu ili mitozu. Stanice u G₀ faze smatraju se mirnim, što znači da su u stanju koje se ne dijeli ili u mirovanju, što znači da umiru.

Za vrijeme G₁ u fazi interfaze, postoje dvije regulatorne točke kroz koje ćelija mora proći prije nego što nastavi. Procijeni se je li DNK stanice oštećen, a ako jest, DNA se mora popraviti prije nego što nastavi. Čak i kada je stanica inače spremna za prelazak na S fazu međufaze, treba napraviti još jednu kontrolnu točku sigurni da su uvjeti okoline - što znači stanje okoliša koji neposredno okružuje stanicu - takvi povoljno. Ti uvjeti uključuju gustoću stanica okolnog tkiva. Kad stanica ima potrebne uvjete da krene od G₁ za S fazu, protein ciklina veže se za CDK, izlažući aktivni dio molekule, koji signalizira stanici da je vrijeme za početak S faze. Ako stanica ne ispunjava uvjete za pomicanje iz G₁ do S faze, ciklin neće aktivirati CDK, što će spriječiti napredovanje. U nekim slučajevima, poput oštećene DNA, proteini inhibitora CDK vezat će se za molekule CDK-ciklina kako bi spriječili napredovanje dok se problem ne riješi.

Jednom kad stanica uđe S faza, mora se nastaviti sve do kraja staničnog ciklusa bez okretanja natrag ili povlačenja u G₀. Tijekom postupka postoji više kontrolnih točaka, kako bi se osiguralo da se koraci pravilno završavaju prije nego što stanica prijeđe na sljedeću fazu staničnog ciklusa. "S" u S fazi označava sintezu jer stanica sintetizira ili stvara potpuno novu kopiju svoje DNA. U ljudskim stanicama to znači da stanica stvara potpuno novi set od 46 kromosoma tijekom S faze. Ova je faza pažljivo regulirana kako bi se spriječilo da greške prijeđu u sljedeću fazu; te su pogreške mutacije. Mutacije se događaju dovoljno često, ali propisi o staničnom ciklusu sprečavaju da se dogodi mnogo više od njih. Tijekom replikacije DNA, svaki kromosom postaje izuzetno namotan oko niti proteina nazvanih histoni, smanjujući njihovu duljinu s 2 nanometra na 5 mikrona. Pozvana su dva nova duplicirana sestrinska kromosoma kromatide. Histoni međusobno čvrsto vežu dvije odgovarajuće kromatide. Točka na kojoj su spojeni naziva se centromera. (Vizualni prikaz toga potražite u Resursima.)

Da se dodaju složeni pokreti koji se događaju tijekom replikacije DNA, mnoge su eukariotske stanice diploidne, što znači da su njihovi kromosomi normalno raspoređeni u parovima. Većina ljudskih stanica su diploidne, s izuzetkom reproduktivnih stanica; to uključuje oocite (jaja) i spermatocite (spermu), koji su haploidni i imaju 23 kromosoma. Ljudske somatske stanice, koje su sve ostale stanice u tijelu, imaju 46 kromosoma raspoređenih u 23 para. Upareni kromosomi nazivaju se homolognim parom. Tijekom S faze interfaze, kada se svaki pojedinačni kromosom iz izvornog homolognog para replicira, rezultirajuće dvije sestrinske kromatide iz svakog izvornog kromosoma spojene su, tvoreći lik koji izgleda kao zalijepljeni dva X-a zajedno. Tijekom mitoze, jezgra će se podijeliti na dvije nove jezgre, povlačeći po jednu od svake kromatide iz svakog homolognog para dalje od svoje sestre.

Ako stanica prođe kontrolne točke S faze, koje se posebno brinu da DNK nije oštećena, da je replicirao ispravno i da se replicirao samo jednom, tada regulatorni faktori omogućuju stanici da prijeđe u sljedeću fazu međufazni. Ovo je G₂, što znači Gap faza 2, poput G₁. To je također pogrešan naziv, jer stanica ne čeka, ali je vrlo zauzeta tijekom ove faze. Stanica nastavlja raditi svoj uobičajeni posao. Prisjetite se onih primjera iz G₁ stanice lišća koja vrši fotosintezu ili bijele krvne stanice koje brane tijelo od patogena. Također se priprema za napuštanje interfaze i ulazak u mitozu (M faza), koja je druga i posljednja faza staničnog ciklusa, prije nego što se podijeli i započne ispočetka.

Još jedna kontrolna točka tijekom G₂ osigurava da se DNA replicirala ispravno, a CDK joj omogućuje kretanje prema naprijed samo ako prođe kroz prikupljanje. Za vrijeme G₂, stanica replicira centromeru koja veže kromatide, tvoreći nešto što se naziva mikrotubule. To će postati dio vretena, što je mreža vlakana koja će voditi sestrinske kromatide jedni od drugih i na njihova odgovarajuća mjesta u novopodijeljenim jezgrama. Tijekom ove faze dijele se i mitohondriji i kloroplasti, kada su prisutni u stanici. Kad stanica pređe kontrolne točke, spremna je za mitozu i završila je tri faze međufaze. Tijekom mitoze, jezgra će se podijeliti na dvije jezgre, a gotovo istodobno, proces tzv citokineza podijelit će citoplazmu, što znači ostatak stanice, u dvije stanice. Na kraju tih procesa postojat će dvije nove stanice, spremne za početak G₁ faza interfaze ponovno.