Sejtciklus: meghatározás, fázisok, szabályozás és tények

Sejtosztódás létfontosságú a szervezet növekedése és egészsége szempontjából. Szinte az összes sejt részt vesz a sejtosztódásban; egyesek életük során többször is megteszik. Egy növekvő organizmus, például egy emberi embrió, sejtosztódással növeli az egyes szervek méretét és specializációját. Még az érett szervezetek is, mint egy nyugdíjas felnőtt ember, a sejtosztódást használják a testszövet fenntartására és helyreállítására. A sejtciklus leírja azt a folyamatot, amelynek során a sejtek elvégzik a kijelölt munkájukat, növekednek és osztódnak, majd a két kapott leánysejttel újra elkezdik a folyamatot. A 19. században a mikroszkópia technológiai fejlődése lehetővé tette a tudósok számára, hogy megállapítsák, hogy az összes sejt más sejtekből származik a sejtosztódás folyamata során. Ez végül cáfolta azt a korábban elterjedt hitet, hogy a sejtek spontán módon keletkeznek a rendelkezésre álló anyagból. A sejtciklus felelős az összes folyamatban lévő életért. Függetlenül attól, hogy a barlangban egy sziklához tapadó algasejtekben vagy a karja bőrsejtjeiben történik-e, a lépések ugyanazok.

TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)

A sejtosztódás létfontosságú az organizmus növekedése és egészsége szempontjából. A sejtciklus a sejtek növekedésének és osztódásának ismétlődő ritmusa. Az interfázis és a mitózis szakaszaiból, valamint azok alfázisaiból és a citokinezis folyamatából áll. A sejtciklust minden lépésben szigorúan szabályozzák a vegyi anyagok az ellenőrzési pontokon annak biztosítására mutációk nem fordulnak elő, és a sejtnövekedés nem gyorsabban megy végbe, mint ami a környező számára egészséges szövet.

A sejtciklus lényegében két fázisból áll. Az első fázis az interfázis. Interfázis közben a sejt három részfázisban felkészül a sejtosztódásra G₁ fázis, S fázis és G₂ fázis. Az interfázis végére a sejtmag kromoszómái megduplázódtak. Mindezen szakaszokon keresztül a sejt folytatja mindennapi funkcióit, bármi legyen is az. Az interfázis napokig, hetekig, évekig tarthat - és bizonyos esetekben a szervezet teljes élettartama alatt. A legtöbb idegsejt soha nem hagyja el a G-t₁ az interfázis szakasza, ezért a tudósok kijelöltek egy speciális stádiumot a hozzájuk hasonló sejtek számára G néven₀. Ez a szakasz az idegsejtek és más sejtek számára szól, amelyek nem mennek bele a sejtosztódás folyamatába. Néha ez azért van, mert egyszerűen nem állnak készen vagy nem jelölik ki őket, mint az idegsejtek vagy az izomsejtek, és ezt nyugvó állapotnak nevezik. Máskor túl öregek vagy sérültek, és ezt öregedési állapotnak nevezik. Mivel az idegsejtek elkülönülnek a sejtciklustól, a károsodásuk többnyire helyrehozhatatlan, ellentétben a törött csont, és ez az oka annak, hogy a gerinc- vagy agysérülésekben szenvedők gyakran maradandóak fogyatékosságok.

A sejtciklus második szakaszát ún mitózis vagy M fázis. A mitózis során a mag kettéválik, és minden duplikált kromoszóma egy példányát elküldi a két mag mindegyikéhez. Van négy a mitózis szakaszai, és ezek vannak próféta, metafázis, anafázis és telofázis. Körülbelül ugyanabban az időben, amikor a mitózis történik, egy másik folyamat következik be, az úgynevezett citokinezis, amely szinte a saját fázisa. Ez az a folyamat, amely során a sejt citoplazma és minden más benne megosztódik. Így, amikor a mag kettéválik, a környező sejtekben mindenből kettő van, amelyek mindegyik maghoz tartoznak. Miután az osztódás befejeződött, a plazmamembrán minden új sejt körül bezárul és megszorul, teljesen elosztva a két új, azonos sejtet. Azonnal mindkét sejt ismét az interfázis első szakaszában van: G₁.

G₁ az 1. rés fázist jelenti. A „rés” kifejezés abból az időből származik, amikor a tudósok mikroszkóp alatt fedezték fel a sejtosztódást, és nagyon izgalmasnak és fontosnak találták a mitotikus stádiumot. Megfigyelték a sejtmag megosztását és a vele járó citokinetikai folyamatot annak bizonyítékaként, hogy minden sejt más sejtekből származik. A az interfázis szakaszaiazonban statikusnak és inaktívnak tűnt. Ezért úgy gondoltak rájuk, mint pihenőidőre vagy hiányosságokra. Az igazság azonban az, hogy G₁ - és G₂ az interfázis végén - nyüzsgő növekedési periódusok vannak a sejt számára, amelyekben a sejt nagysága növekszik, és bármilyen módon hozzájárul a szervezet jólétéhez, bármilyen módon is született. A sejt rendszeres sejtes feladatai mellett olyan molekulákat épít, mint fehérjék és ribonukleinsav (RNS).

Ha a sejt DNS-e nem sérült és a sejt eléggé megnőtt, akkor az interfázis második szakaszába, az ún S fázis. Ez a szintézis szakasz rövid. Ebben a fázisban, ahogy a neve is mutatja, a sejt nagyon sok energiát fordít a molekulák szintetizálására. Pontosabban, a sejt megismétli DNS-ét, megkettőzve kromoszómáit. Az emberek szomatikus sejtjeiben 46 kromoszóma található, amelyek mind nem reproduktív sejtek (spermiumok és petesejtek). A 46 kromoszóma 23 homológ párba szerveződik, amelyek összekapcsolódnak. A homológ párban lévő kromoszómákat a másik homológjainak nevezzük. Amikor az S fázis során a kromoszómák megduplázódnak, nagyon szorosan tekercselnek a hiszton fehérje köré - kromatin nevű szálak, amelyek miatt a duplikációs folyamat kevésbé hajlamos a DNS-replikációs hibákra, vagy mutáció. A két új azonos kromoszómát most mindegyiknek hívjuk kromatidok. A hisztonszálak megkötik a két azonos kromatidot úgy, hogy egyfajta X alakot képezzenek. A kötés pontját centromérának nevezik. Ezenkívül a kromatidák még mindig összekapcsolódnak homológjukkal, amely ma már szintén X alakú kromatidpár. A kromatidák minden párját kromoszómának nevezzük; Alapszabály, hogy egy centromérához soha nem kapcsolódhat egynél több kromoszóma.

Az interfázis utolsó szakasza az G₂, vagy a rés 2. fázisa. Ez a szakasz ugyanúgy kapta a nevét, mint G₁. Akárcsak a G alatt₁ és S fázis esetén a sejt az egész szakaszban elfoglalt a tipikus feladatokkal, még akkor is, ha befejezi az interfázis munkáját és felkészül a mitózisra. A mitózisra való felkészülés érdekében a sejt megosztja mitokondriumát, valamint kloroplasztit (ha van ilyen). Szintetizálni kezdi az orsószálak prekurzorait, amelyeket mikrotubulusoknak nevezünk. Ezeket úgy állítja elő, hogy a kromatidpárok centromereit a magjában replikálja és egymásra rakja. Az orsószálak kulcsfontosságúak lesznek a mitózis során a mag megoszlásának folyamatában, amikor a kromoszómákat szét kell húzni a két elválasztó magba; A genetikai mutációk megelőzése szempontjából kulcsfontosságú annak biztosítása, hogy a helyes kromoszómák a megfelelő maghoz kerüljenek, és a megfelelő homológgal párosuljanak.

A sejtciklus fázisai, valamint az interfázis és a mitózis alfázisai közötti megosztó markerek olyan mesterségek, amelyeket a tudósok használnak a sejtosztódás folyamatának leírására. A természetben a folyamat folyékony és soha nem ér véget. A mitózis első szakaszát ún próféta. A kromoszómákkal abban az állapotban kezdődik, amelyben a G végén voltak₂ az interfázis szakasza, centromerekkel összekapcsolt testvérkromatidákkal replikálva. A fázis során a kromatinszál kondenzálódik, amely lehetővé teszi, hogy a kromoszómák (vagyis a testvérkromatidák minden párja) fénymikroszkóppal láthatóvá váljanak. A centromerek tovább nőnek mikrotubulusokká, amelyek orsószálakat alkotnak. A profázis végére a magmembrán lebomlik, és az orsószálak összekapcsolódva strukturális hálózatot képeznek a sejt egész citoplazmájában. Mivel a kromoszómák most szabadon lebegnek a citoplazmában, az orsószálak az egyetlen támaszték, amely megakadályozza őket a tévút lebegésben.

A sejt metafázisba költözik, amint a magmembrán feloldódik. Az orsószálak a kromoszómákat a sejt egyenlítőjébe mozgatják. Ezt a síkot orsó-egyenlítőnek vagy metafázis lemeznek nevezik. Nincs ott semmi kézzelfogható; egyszerűen egy sík, ahol az összes kromoszóma felsorakozik, és amely vízszintesen vagy felfelé hasítja a sejtet függőlegesen, attól függően, hogy miként nézi vagy képzeli a cellát (ennek vizuális ábrázolásához lásd: Erőforrások). Emberben 46 centromér van, és mindegyik egy kromatid nővérpárhoz kapcsolódik. A centromerek száma az élőlénytől függ. Minden centromér két orsószálhoz kapcsolódik. A két orsószál eltér a centromérából való kilépésük után, így a sejt ellentétes pólusain lévő szerkezetekhez kapcsolódnak.

A sejt anafázisba vált, amely a mitózis négy fázisa közül a legrövidebb. Az orsószálak, amelyek összekapcsolják a kromoszómákat a sejt pólusaival, megrövidülnek és eltávolodnak a megfelelő pólusaik felé. Ennek során széthúzzák azokat a kromoszómákat, amelyekhez kapcsolódnak. A centromerek szintén kettéválnak, amikor az egyik fele a kromatid nővérekkel szemben egy ellenkező pólus felé halad. Mivel mindegyik kromatidnak megvan a maga centroméra, ismét kromoszómának hívják. Eközben a két pólushoz rögzített orsószálak meghosszabbodnak, ami megnöveli a sejt két pólusa közötti távolságot, így a sejt ellaposodik és megnyúlik. Az anafázis folyamata oly módon történik, hogy a végére a sejt mindkét oldala minden kromoszóma egy példányát tartalmazza.

Telofázis a mitózis negyedik és egyben utolsó szakasza. Ebben a szakaszban a rendkívül szorosan csomagolt kromoszómák - amelyeket a replikáció pontosságának növelése érdekében sűrítettek - tekercselik le magukat. Az orsószálak feloldódnak, és egy sejtes organellum az úgynevezett endoplazmatikus retikulum az egyes kromoszómák körül új maghártyákat szintetizál. Ez azt jelenti, hogy a sejtnek most két magja van, mindegyiknek teljes a genomja. A mitózis teljes.

Most, hogy a mag fel van osztva, a sejt többi részének is meg kell osztódnia, hogy a két sejt elválhasson. Ez a folyamat néven ismert citokinezis. Ez külön folyamat a mitózistól, bár gyakran együtt jár a mitózissal. Az állati és növényi sejtekben másképp történik, mert ahol az állati sejteknek csak plazma sejtmembránja van, ott a növényi sejteknek merev sejtfala van. Mindkét fajta sejtben most két különálló sejt van egy sejtben. Állati sejtekben a sejt középpontjában összehúzódó gyűrű képződik. Ez egy mikroszálas gyűrű, amely a sejt körül cincing, és a közepén a fűzőhöz hasonlóan meghúzza a plazmamembránt, amíg létre nem hoz egy úgynevezett hasítási barázdát. Más szavakkal, az összehúzódó gyűrű miatt a sejt homokóra alakot képez, amely egyre hangsúlyosabbá válik, amíg a sejt teljesen két különálló cellává nem csíp. Növényi sejtekben a Golgi-komplexnek nevezett organella vezikulákat hoz létre, amelyek membránhoz kötött folyadékzsebek a tengely mentén, amely a sejtet megosztja a két mag között. Ezek a vezikulák olyan poliszacharidokat tartalmaznak, amelyekre szükség van a sejtlemez és végül a sejtlemez kialakításához egybeolvad azzal a sejtfallal, amely egykor az eredeti egyetlen cellának adott otthont, de most kettőnek ad otthont sejtek.

A sejtciklus nagyon sok szabályozást igényel annak biztosítására, hogy az ne haladjon anélkül, hogy bizonyos feltételek teljesülnének a sejten belül és kívül. E szabályozás nélkül ellenőrizetlen genetikai mutációk, kontrollon kívüli sejtnövekedés (rák) és egyéb problémák lennének. A cellaciklusnak számos ellenőrző pontja van annak biztosítására, hogy a dolgok helyesen haladjanak. Ha nem, akkor javításokat hajtanak végre, vagy elindítják a programozott sejthalált. A sejtciklus egyik elsődleges kémiai szabályozója a ciklin-függő kináz (CDK). Ennek a molekulának különböző formái vannak, amelyek a sejtciklus különböző pontjain működnek. Például a fehérje p53 a sejtben lévő károsodott DNS termeli, és amely inaktiválja a CDK komplexet a G-ben₁/ S ellenőrzőpont, így megállítva a sejt előrehaladását.