3 fasi di interfase

Gli scienziati hanno osservato per la prima volta il processo di divisione cellulare alla fine del 1800. L'evidenza microscopica consistente di cellule che spendono energia e materiale per copiarsi e dividersi ha smentito la teoria diffusa secondo cui le nuove cellule sono nate dalla generazione spontanea. Gli scienziati stavano cominciando a capire il fenomeno del ciclo cellulare; questo è il processo mediante il quale le cellule "nascono" attraverso la divisione cellulare, e poi vivono la loro vita, svolgendo le loro attività cellulari quotidiane, fino a quando non è il momento di subire la divisione cellulare stessa.

Esistono molte ragioni per cui una cellula potrebbe non passare attraverso una divisione. Alcune cellule del corpo umano semplicemente non lo fanno; per esempio, la maggior parte delle cellule nervose alla fine smette di subire la divisione cellulare, motivo per cui una persona che subisce danni ai nervi potrebbe soffrire di deficit motori o sensoriali permanenti.

In genere, però, il

TL; DR (troppo lungo; non ho letto)

I tre stadi dell'interfase sono G₁, che sta per Gap fase 1; Fase S, che sta per fase di sintesi; e G₂, che sta per Gap fase 2. L'interfase è la prima delle due fasi del ciclo cellulare eucariotico. La seconda fase è la mitosi, o fase M, che è quando avviene la divisione cellulare. A volte le cellule non lasciano G₁ perché non sono il tipo di cellule che si stanno dividendo o perché stanno morendo. In questi casi si trovano in uno stadio chiamato G₀, che non è considerato parte del ciclo cellulare.

Gli organismi unicellulari come i batteri sono chiamati procarioti, e quando si impegnano nella divisione cellulare, il loro scopo è riprodursi asessualmente; stanno creando prole. La divisione cellulare procariotica è chiamata fissione binaria invece della mitosi. I procarioti in genere hanno solo un cromosoma che non è nemmeno contenuto da una membrana nucleare e mancano degli organelli che hanno altri tipi di cellule. Durante la fissione binaria, una cellula procariotica crea una copia del suo cromosoma e quindi attacca ciascuna copia sorella del cromosoma a un lato opposto della sua membrana cellulare. Quindi inizia a formare una fessura nella sua membrana che pizzica verso l'interno in un processo chiamato invaginazione, finché non si separa in due cellule identiche e separate. Le cellule che fanno parte del ciclo cellulare mitotico sono le cellule eucariotiche. Non sono organismi viventi individuali, ma cellule che esistono come unità cooperanti di organismi più grandi. Le cellule nei tuoi occhi o nelle tue ossa, o le cellule nella lingua del tuo gatto o nei fili d'erba del tuo prato davanti sono tutte cellule eucariotiche. Contengono molto più materiale genetico di un procariota, quindi anche il processo di divisione cellulare è molto più complesso.

Il ciclo cellulare ha preso il nome perché le cellule si dividono costantemente, ricominciando la vita. Una volta che una cellula si divide, questa è la fine della fase di mitosi e ricomincia immediatamente l'interfase. Naturalmente, in pratica, il ciclo cellulare avviene in modo fluido, ma gli scienziati hanno delimitato fasi e sottofasi all'interno del processo per comprendere meglio i microscopici mattoni della vita. La cella appena divisa, che ora è una delle due celle che prima erano una singola cella, si trova nella G₁ sottofase dell'interfase. G₁ è l'abbreviazione della fase “Gap”; ce ne sarà un altro etichettato G₂. Potresti anche vederli scritti come G1 e G2. Quando gli scienziati hanno scoperto il lavoro cellulare fondamentale della mitosi al microscopio, hanno... interpretato l'interfase relativamente meno drammatica come una fase di riposo o di pausa tra le cellule divisioni.

Hanno chiamato G₁ stage con la parola "gap" usando questa interpretazione, ma in questo senso è un termine improprio. In realtà, G₁ è più una fase di crescita di una fase di riposo. Durante questa fase, la cellula sta facendo tutte le cose che sono normali per il suo tipo di cellula. Se si tratta di un globulo bianco, svolgerà azioni difensive per il sistema immunitario. Se si tratta di una cellula fogliare in una pianta, eseguirà la fotosintesi e lo scambio di gas. È probabile che la cellula stia crescendo. Alcune cellule crescono lentamente durante G₁ mentre altri crescono molto rapidamente. La cellula sintetizza molecole, come acido ribonucleico (RNA) e varie proteine. Ad un certo punto in ritardo nel G₁ fase, la cellula deve "decidere" se passare o meno alla fase successiva dell'interfase.

Una molecola chiamata chinasi ciclina-dipendente (CDK) regola il ciclo cellulare. Questa regolazione è necessaria per prevenire una perdita di controllo della crescita cellulare. La divisione cellulare fuori controllo negli animali è un altro modo per descrivere un tumore maligno o cancro. CDK fornisce segnali ai checkpoint durante punti specifici del ciclo cellulare affinché la cellula proceda o si metta in pausa. Alcuni fattori ambientali contribuiscono al fatto che CDK fornisca questi segnali. Questi includono la disponibilità di nutrienti e fattori di crescita e la densità cellulare nel tessuto circostante. La densità cellulare è un metodo di autoregolazione particolarmente importante utilizzato dalle cellule per mantenere tassi di crescita dei tessuti sani. CDK regola il ciclo cellulare durante le tre fasi dell'interfase, nonché durante la mitosi (chiamata anche fase M).

Se una cellula raggiunge un punto di controllo normativo e non riceve un segnale per continuare con il ciclo cellulare (ad esempio, se è alla fine di G₁ in interfase ed è in attesa di entrare nella fase S in interfase), ci sono due possibili cose che la cellula potrebbe fare. Uno è che potrebbe mettere in pausa mentre il problema è risolto. Se, ad esempio, qualche componente necessario è danneggiato o mancante, potrebbero essere effettuate riparazioni o integrazioni e quindi potrebbe avvicinarsi nuovamente al checkpoint. L'altra opzione per la cella è di entrare in una fase diversa chiamata G₀, che è al di fuori del ciclo cellulare. Questa designazione è per le cellule che continueranno a funzionare come dovrebbero, ma non passeranno alla fase S o alla mitosi e, come tale, non si impegneranno nella divisione cellulare. La maggior parte delle cellule nervose umane adulte sono considerate nel G₀ fase, poiché in genere non procedono alla fase S o alla mitosi. Cellule nel G₀ sono considerati quiescenti, nel senso che sono in uno stato di non divisione, o senescenti, nel senso che stanno morendo.

Durante il G₁ fase dell'interfase, ci sono due checkpoint regolatori che la cellula deve attraversare prima di procedere. Si valuta se il DNA della cellula è danneggiato e, in tal caso, il DNA deve essere riparato prima che possa procedere. Anche quando la cellula è pronta per passare alla fase S dell'interfase, c'è un altro checkpoint da fare assicurarsi che le condizioni ambientali, ovvero lo stato dell'ambiente immediatamente circostante la cellula, siano favorevole. Queste condizioni includono la densità cellulare del tessuto circostante. Quando la cellula ha le condizioni necessarie per procedere da G₁ alla fase S, una proteina ciclina si lega a CDK, esponendo la parte attiva della molecola, che segnala alla cellula che è ora di iniziare la fase S. Se la cella non soddisfa le condizioni per spostarsi da G₁ alla fase S, la ciclina non attiverà il CDK, che ne impedirà la progressione. In alcuni casi, come il DNA danneggiato, le proteine ​​​​inibitrici di CDK si legano alle molecole di ciclina CDK per prevenire la progressione fino a quando il problema non viene risolto.

Una volta che la cella entra fase S, deve continuare fino alla fine del ciclo cellulare senza tornare indietro o ritirarsi in G₀. Ci sono più punti di controllo durante il processo, tuttavia, per garantire che i passaggi vengano completati correttamente prima che la cellula passi alla fase successiva del ciclo cellulare. La “S” in fase S sta per sintesi perché la cellula sintetizza, o crea, una nuova copia del suo DNA. Nelle cellule umane, ciò significa che la cellula produce un nuovo set di 46 cromosomi durante la fase S. Questa fase è attentamente regolata per evitare che gli errori passino alla fase successiva; quegli errori sono mutazioni. Le mutazioni si verificano abbastanza spesso, ma le regolazioni del ciclo cellulare impediscono che ne accadano molte di più. Durante la replicazione del DNA, ogni cromosoma diventa estremamente avvolto attorno a filamenti di proteine ​​chiamate istoni, riducendo la loro lunghezza da 2 nanometri a 5 micron. I due nuovi cromosomi gemelli duplicati sono chiamati cromatidi. Gli istoni legano strettamente insieme i due cromatidi corrispondenti per la loro lunghezza. Il punto in cui si uniscono è detto centromero. (Vedi Risorse per una rappresentazione visiva di questo.)

Per aggiungere ai complicati movimenti che avvengono durante la replicazione del DNA, molte cellule eucariotiche sono diploidi, il che significa che i loro cromosomi sono normalmente disposti in coppia. La maggior parte delle cellule umane sono diploidi, ad eccezione delle cellule riproduttive; questi includono ovociti (uova) e spermatociti (sperma), che sono aploidi e hanno 23 cromosomi. Le cellule somatiche umane, che sono tutte le altre cellule del corpo, hanno 46 cromosomi, disposti in 23 coppie. I cromosomi appaiati sono chiamati coppia omologa. Durante la fase S dell'interfase, quando ogni singolo cromosoma di una coppia omologa originale viene replicato, il risultanti due cromatidi fratelli da ciascun cromosoma originale si uniscono, formando una figura che assomiglia a due X incollate insieme. Durante la mitosi, il nucleo si dividerà in due nuovi nuclei, allontanando dalla sorella uno di ciascun cromatide di ciascuna coppia omologa.

Se la cellula supera i checkpoint della fase S, che sono particolarmente interessati a garantire che il DNA non sia stato danneggiato, che replicato correttamente e che si è replicato solo una volta, quindi i fattori regolatori consentono alla cellula di procedere alla fase successiva di interfase. Questo è G₂, che sta per Gap phase 2, come G₁. È anche un termine improprio, poiché la cella non è in attesa, ma è molto occupata durante questa fase. La cellula continua a svolgere il suo normale lavoro. Ricorda quegli esempi da G₁ di una cellula foglia che esegue la fotosintesi o di un globulo bianco che difende il corpo dagli agenti patogeni. Si prepara anche a lasciare l'interfase ed entrare nella mitosi (fase M), che è la seconda e ultima fase del ciclo cellulare, prima che si divida e ricominci da capo.

Un altro checkpoint durante G₂ assicura che il DNA sia stato replicato correttamente e CDK gli consente di andare avanti solo se supera l'esame. Durante G₂, la cellula replica il centromero che lega i cromatidi, formando qualcosa chiamato microtubulo. Questo diventerà parte del fuso, che è una rete di fibre che guiderà i cromatidi fratelli lontano l'uno dall'altro e verso i loro posti propri nei nuclei appena divisi. Durante questa fase si dividono anche i mitocondri ei cloroplasti, quando sono presenti nella cellula. Quando la cellula ha superato i suoi punti di controllo, è pronta per la mitosi e ha terminato le tre fasi dell'interfase. Durante la mitosi, il nucleo si dividerà in due nuclei e quasi allo stesso tempo, un processo chiamato citochinesi dividerà il citoplasma, cioè il resto della cellula, in due cellule. Alla fine di questi processi, ci saranno due nuove celle, pronte per iniziare il G₁ fase di interfase di nuovo.