Quando le cellule eucariotiche si dividono, subiscono un processo complesso con quattro fasi principali, inclusa una fase G2. Il ciclo cellulare include passaggi come la crescita cellulare, la replicazione del DNA e la mitosi (un argomento critico nella biologia cellulare).
Perché cellule eucariotiche hanno un nucleo che deve anche essere duplicato, il processo complessivo è più complicato della fissione binaria utilizzata dalle cellule procariotiche, che mancano di un nucleo.
Il mitosi fase è la fase finale della divisione cellulare. Risulta in due nuove cellule figlie, ciascuna con un complemento completo di DNA, un nucleo e organelli. Se la cellula deve smettere di dividersi, esce dal ciclo cellulare ed entra nella fase G0.
Se la cellula deve dividersi di nuovo, entra nel interfase tra due divisioni cellulari. Le tre parti dell'interfase sono le Fase G1 (o fase Gap 1) seguito da fase S (o fase di sintesi di proteine e DNA) e infine la Fase G2 (o fase Gap 2) che precede la successiva fase di mitosi.
Quando le cellule entrano nelle diverse fasi?
La divisione cellulare attraverso la mitosi è una forma asessuata di moltiplicazione cellulare che viene utilizzata per produrre più cellule dello stesso tipo. Le cellule animali superiori usano la mitosi per produrre nuove cellule, incluse le cellule che si consumano rapidamente come le cellule della pelle. Il processo viene utilizzato anche durante la crescita dei tessuti come negli animali giovani o per riparare i danni.
In alcuni tessuti, una volta che un organismo ha il numero richiesto di cellule di un particolare tipo, non sono necessarie nuove cellule e le cellule esistenti entrano nella fase G0 dove non si moltiplicano più. Ciò è particolarmente vero per le cellule altamente differenziate come le cellule nervose. Una volta che il cervello o il midollo spinale hanno il giusto numero di cellule, le cellule nervose non si dividono per produrne di più.
Se la cellula deve dividersi di nuovo, entra nelle seguenti fasi:
Le fasi del ciclo cellulare
1. Il G1 Gap Phase
Questo è il divario tra la divisione cellulare e la replicazione del DNA. Il la cellula si prepara per la sua successiva divisione nel ciclo cellulare o esce dal ciclo cellulare ed entra in G0.
2. Il S Fase di sintesi
La cellula si impegna a iniziare la successiva divisione cellulare e fa copie del suo DNA durante la sintesi di proteine aggiuntive necessarie per la divisione cellulare.
3. La fase del gap G2
Questo è il divario tra replicazione del DNA e mitosi. La cellula riproduce la sua organelli e si assicura che tutto sia pronto per la scissione.
Ingresso nella Fase G22
Dopo la crescita cellulare durante la fase G1 e la replicazione del DNA durante la fase S, la cellula è pronta per entrare nella fase G2. G2 è chiamata fase gap perché non ha luogo alcun ulteriore progresso specifico della divisione cellulare. Ci sono invece alti livelli di preparazione e controllo per assicurarsi che tutto sia a posto per una mitosi di successo.
Prima che la fase G2 possa iniziare, ogni cromosoma della cellula deve essere stato duplicato e devono essere presenti le proteine necessarie per le membrane cellulari extra e le strutture cellulari.
All'inizio di G2, gli organelli come il mitocondri e il lisosomi iniziare a moltiplicare. Questi organelli hanno il proprio DNA e possono iniziare a dividersi indipendentemente, ma la cellula stessa deve creare ribosomi extra per soddisfare i bisogni delle potenziali due cellule figlie.
Cosa succede nella fase G2?
La fase G2 ha due funzioni principali.
Innanzitutto, la cellula deve cell controlla che sia tutto pronto per la mitosi, e deve correggere eventuali carenze. Se la cellula rileva problemi importanti che non possono essere risolti immediatamente, può interrompere il ciclo cellulare e interrompere il processo di divisione. La fase G2 è quella in cui l'organismo si assicura che le nuove cellule non siano difettose.
I controlli che la cellula intraprende includono la verifica che il DNA sia stato replicato correttamente e che sia presente materiale sufficiente per due cellule. I filamenti di DNA devono essere completi, senza interruzioni, e deve esserci il numero corretto di due volte i filamenti della cellula originale. Se la cellula trova una rottura, il filamento di DNA è riparato.
Le due nuove cellule devono essere racchiuse da membrane complete e ciascuna di esse deve ricevere materiale cellulare sufficiente per funzionare correttamente. Durante la fase G2, vengono spesso sintetizzate proteine extra e gli organelli si moltiplicano fino a quando non ce ne sono abbastanza per due cellule.
Altri materiali cellulari come lipidi per la membrana può anche essere prodotto. Con tutta questa attività, la cellula spesso cresce notevolmente durante G2.
Il punto di controllo della fase G2/M
Gli organismi avanzati come i vertebrati hanno cellule specializzate e differenziate che coordinano la loro attività e dipendono l'una dall'altra per molte funzioni. Di conseguenza, questi organismi sono molto sensibili alla degradazione cellulare e alle cellule difettose.
Per evitare di creare cellule che non funzionano correttamente, molti animali hanno un punto di controllo della divisione cellulare in ritardo la fase G2. La cellula ha verificato molti fattori chiave e i risultati vengono esaminati al checkpoint.
Se la cellula ha riscontrato dei problemi ed è stata in grado di risolverli, passerà il checkpoint e la divisione cellulare potrà procedere. Se i problemi persistono, la cellula non si dividerà e cercherà di risolvere i problemi prima di continuare il processo di divisione cellulare.
Valutazioni specifiche effettuate al posto di controllo comprendono:
- Danno al DNA: Le proteine specifiche si accumulano nei siti del DNA rotto. Se queste proteine sono presenti, la cellula non si dividerà.
- replicazione del DNA: La cellula interrompe il processo di divisione se non tutti i filamenti di DNA sono stati completamente duplicati.
- Valutazione delle condizioni delle cellule: Le proteine cellulari, gli organelli e altre strutture devono essere presenti in quantità sufficienti.
- Stress cellulare: Se la cellula è sotto stress, la crescita cellulare si fermerà. Per esempio, luce UV può stressare le cellule e provocare un'attivazione del punto di controllo della fase G2/M, arrestando il ciclo cellulare.
Uscire dalla fase G2
Una volta superato il checkpoint G2, la cellula può prepararsi per la mitosi. Il primo stadio della mitosi è la profase, durante la quale avvengono i preparativi per la migrazione dei cromosomi alle estremità opposte della cellula. Quando la cellula esce dalla fase G2, vengono rilasciate le proteine che promuovono le funzioni della mitosi.
La cellula inizia il processo di divisione.
Le funzioni chiave svolte quando la cellula lascia G2 sono avviate da un complesso proteico chiamato MPF o the fattore promotore della mitosi. Una volta che le prime funzioni di mitosi sono in corso, l'MPF viene neutralizzato.
A questo punto, i fusi per la mitosi hanno iniziato a formarsi e l'involucro nucleare ha iniziato a degradarsi. Il DNA duplicato è sotto forma di cromatina, e si condensa per formare i nuovi cromosomi.
Mentre la fase G2 è un fattore importante nel controllo della crescita cellulare per gli organismi avanzati, non è essenziale per la divisione cellulare. Alcune cellule eucariotiche primitive e alcune cellule cancerose possono passare direttamente dalla fase S della replicazione del DNA alla mitosi.
L'assenza della fase G2 elimina un punto di controllo che può essere utilizzato per controllare la crescita dei tessuti e aiuta alcuni tumori a diffondersi rapidamente.
Le cellule normali nei tessuti degli animali avanzati necessitano della fase G2 e del suo checkpoint per garantire che tutte le cellule dell'organismo e dei suoi tessuti crescano in modo coordinato. Quando una cellula lascia la fase G2 e ha superato con successo il checkpoint corrispondente, a divisione cellulare di successo con due cellule figlie funzionali diventa molto più probabile.