3 שלבי אינטרפאזה

מדענים צפו לראשונה בתהליך חלוקת התאים בסוף המאה ה -19. העדויות המיקרוסקופיות העקביות של תאים המוציאים אנרגיה וחומר להעתקה וחלוקה של עצמם, הפריכו את התיאוריה הנרחבת לפיה תאים חדשים נוצרו מדור ספונטני. מדענים החלו להבין את תופעת מחזור התא; זהו התהליך בו תאים "נולדים" באמצעות חלוקת תאים, ואז חיים את חייהם תוך שהם מבצעים את פעילויות התאים היומיומיות שלהם, עד שהגיע הזמן לעבור חלוקת תאים בעצמם.

יש הרבה סיבות מדוע תא לא עובר חלוקה. חלק מהתאים בגוף האדם פשוט לא; לדוגמא, רוב תאי העצב מפסיקים בסופו של דבר לעבור חלוקת תאים, ולכן אדם הסובל מנזק עצבי עלול לסבול ממחסורים מוטוריים או חושיים קבועים.

בדרך כלל, עם זאת, מחזור תאים הוא תהליך המורכב משני שלבים: שלב ו מיטוזה. מיטוזה היא החלק של מחזור התאים הכרוך בחלוקת תאים, אך התא הממוצע מבלה 90 אחוז מחייו בשלב פנימי, שפירושו פשוט שהתא חי וצומח ולא מתחלק. ישנם שלושה תת דגשים בתוך שלב. אלו הם ז₁ שלב, שלב S, ו ז₂ שלב.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

שלושת השלבים של אינטראפאזה הם G.₁, אשר מייצג את שלב פער 1; שלב S, אשר מייצג שלב סינתזה; וג '₂, שמייצג את שלב 2 בפער. Interphase הוא הראשון משני השלבים של מחזור התא האוקריוטי. השלב השני הוא המיטוזה, או שלב M, כאשר חלוקת התאים מתרחשת. לפעמים תאים לא עוזבים את G

אורגניזמים חד תאיים כגון חיידקים נקראים פרוקריוטיםוכאשר הם עוסקים בחלוקת תאים, מטרתם היא להתרבות ללא מין; הם יוצרים צאצאים. חלוקה לתאים פרוקריוטים נקראת פיצול בינארי במקום מיטוזה. לפרוקריוטים בדרך כלל יש רק כרומוזום אחד שאינו מכיל אפילו קרום גרעיני, והם חסרים אברונים שיש לתאים מסוגים אחרים. במהלך ביקוע בינארי, תא פרוקריוטי יוצר עותק של הכרומוזום שלו, ואז מצמיד כל עותק אחות של הכרומוזום לצד שכנגד של קרום התא שלו. לאחר מכן הוא מתחיל ליצור סדק בקרום שלו הנצבט פנימה בתהליך הנקרא התסמכות, עד שהוא נפרד לשני תאים זהים ונפרדים. התאים המהווים חלק ממעגל התא המיטוטי הם התאים האוקריוטים. הם אינם אורגניזמים חיים פרטניים, אלא תאים שקיימים כיחידות משתפות פעולה של אורגניזמים גדולים יותר. התאים בעיניים או בעצמות שלך, או התאים בלשון החתול שלך או בלהבי הדשא על הדשא הקדמי שלך הם כולם תאים איקריוטיים. הם מכילים חומר גנטי הרבה יותר מאשר פרוקריוט, ולכן גם תהליך חלוקת התאים מורכב הרבה יותר.

מחזור התא קיבל את שמו מכיוון שהתאים מתחלקים כל הזמן, ומתחילים את החיים מחדש. ברגע שתא מתחלק, זהו סוף שלב המיטוזה, והוא מיד מתחיל שוב בשלב. כמובן שבפועל מחזור התאים מתרחש בצורה נזילה, אך מדענים תוחמים שלבים ותתי דגש בתהליך על מנת להבין טוב יותר את אבני הבניין המיקרוסקופיות של החיים. התא החדש שחולק, שהוא כיום אחד משני תאים שהיו בעבר תא בודד, נמצא ב- G.₁ תת שלב של אינטראפאזה. ז₁ הוא קיצור לשלב "גאפ"; יהיה עוד אחד שכותרתו G₂. ייתכן שתראה את אלה כתובים כמו G1 ו- G2. כשמדענים גילו את העבודה הסלולרית העמוסה והבסיסית של המיטוזה במיקרוסקופ, הם פירש את האינטראפאזה הפחות דרמטית יחסית להיות שלב מנוחה או הפסקה בין התא חטיבות.

הם קראו G₁ שלב עם המילה "פער" באמצעות פרשנות זו, אך במובן זה, היא שם שגוי. במציאות, ז₁ הוא יותר שלב של צמיחה מאשר שלב מנוחה. במהלך שלב זה התא מבצע את כל הדברים הנורמלים לסוג התא שלו. אם מדובר בתא דם לבן, הוא יבצע פעולות הגנה למערכת החיסון. אם מדובר בתא עלים בצמח, הוא יבצע פוטוסינתזה והחלפת גז. התא עשוי לגדול. יש תאים שגדלים לאט במהלך G.₁ בעוד שאחרים צומחים במהירות רבה. התא מסנתז מולקולות, כגון חומצה ריבונוקלאית (RNA) וחלבונים שונים. בשלב מסוים באיחור של ה- G.₁ בשלב, על התא "להחליט" אם לעבור לשלב הבא של שלב הבין-לאומי או לא.

מולקולה הנקראת קינאז תלוי ציקלין (CDK) מווסתת את מחזור התא. רגולציה זו נחוצה כדי למנוע אובדן שליטה בצמיחת תאים. חלוקת תאים מחוץ לשליטה בבעלי חיים היא דרך נוספת לתאר גידול ממאיר, או סרטן. CDK מספק אותות במחסומים במהלך נקודות ספציפיות של מחזור התא להמשך התא או להשהייה. גורמים סביבתיים מסוימים תורמים לשאלה אם CDK מספק אותות אלה. אלה כוללים את הזמינות של חומרים מזינים וגורמי גדילה, וצפיפות התאים ברקמה הסובבת. צפיפות תאים היא שיטה חשובה במיוחד לוויסות עצמי המשמשת תאים לשמירה על שיעורי צמיחת רקמות בריאים. CDK מווסת את מחזור התא במהלך שלושת השלבים של אינטראפאזה, כמו גם במהלך המיטוזה (אשר נקרא גם שלב M).

אם תא מגיע למחסום רגולטורי ואינו מקבל אות להמשיך קדימה עם מחזור התא (למשל, אם הוא נמצא בסוף G₁ בחלוקה לשלב ומחכה להיכנס לשלב S בינעירוני), ישנם שני דברים אפשריים שהתא יכול לעשות. האחת היא שזה יכול להשהות בזמן שהבעיה נפתרת. אם, למשל, רכיב הכרחי כלשהו פגום או חסר, ניתן לבצע תיקונים או תוספות ואז הוא יכול להתקרב שוב למחסום. האפשרות האחרת של התא היא להיכנס לשלב אחר שנקרא G₀, שנמצא מחוץ למחזור התא. ייעוד זה מיועד לתאים שימשיכו לתפקד כפי שהם אמורים, אך לא יעברו לשלב S או למיטוזה, וככאלה, לא יעסקו בחלוקת תאים. מרבית תאי העצב האנושיים הבוגרים נחשבים ל- G.₀ שלב, מכיוון שהם בדרך כלל לא עוברים לשלב S או למיטוזה. תאים ב- G.₀ שלב נחשב לשקט, כלומר שהם נמצאים במצב שאינו מתחלק, או זקנים, כלומר הם גוססים.

במהלך ה- G.₁ בשלב הבין-שלב, ישנן שתי נקודות ביקורת רגולטוריות שהתא צריך לעבור לפני שתמשיך. אחד מעריך אם ה- DNA של התא נפגע, ואם כן, יש לתקן את ה- DNA לפני שהוא יכול להמשיך. גם כאשר התא מוכן אחרת לשלב S של האינטראפאזה, יש לבצע מחסום נוסף ודא שתנאי הסביבה - כלומר מצב הסביבה המקיף את התא באופן מיידי - הם מועדף. תנאים אלה כוללים את צפיפות התאים של הרקמה הסובבת. כאשר לתא יש את התנאים הדרושים כדי לעבור מ- G.₁ לשלב S, חלבון ציקלין נקשר ל- CDK, וחושף את החלק הפעיל של המולקולה, המסמן לתא שהגיע הזמן להתחיל את שלב S. אם התא אינו עומד בתנאים לעבור מ- G.₁ לשלב S, המחזור לא יפעיל את ה- CDK, מה שימנע את ההתקדמות. במקרים מסוימים, כגון DNA פגום, חלבוני מעכבי CDK ייקשרו למולקולות CDK-cyclin כדי למנוע התקדמות עד לתיקון הבעיה.

ברגע שהתא נכנס שלב S, עליו להמשיך עד הסוף של מחזור התא מבלי לחזור אחורה או לסגת אל G.₀. ישנן יותר מחסומים במהלך התהליך, עם זאת, על מנת להבטיח כי השלבים מסתיימים כראוי לפני שהתא עובר לשלב הבא של מחזור התא. שלב ה- S בשלב S מייצג סינתזה מכיוון שהתא מסנתז או יוצר עותק חדש לגמרי של ה- DNA שלו. בתאים אנושיים, פירוש הדבר שהתא מייצר סט חדש לגמרי של 46 כרומוזומים במהלך שלב ה- S. שלב זה מוסדר בקפידה על מנת למנוע מעבר של שגיאות לשלב הבא; שגיאות אלה הן מוטציות. מוטציות מתרחשות לעתים קרובות מספיק, אך תקנות מחזור התא מונעות את התרחשותן של הרבה יותר מהן. במהלך שכפול DNA, כל כרומוזום מתפתל מאוד סביב גדילי חלבונים הנקראים היסטונים, ומקטין את אורכם משני ננומטר ל -5 מיקרון. שני כרומוזומי האחות הכפולים החדשים נקראים כרומטידים. ההיסטונים קושרים את שני הכרומטידים התואמים זה בזה בצורה הדוקה לאורך אורכם. הנקודה בה הם מחוברים נקראת צנטרומר. (ראה משאבים לייצוג חזותי של זה.)

כדי להוסיף לתנועות המסובכות המתרחשות במהלך שכפול DNA, תאים אוקריוטים רבים הם דיפלואידים, מה שאומר שכרומוזומים שלהם מסודרים בדרך כלל בזוגות. מרבית התאים האנושיים הם דיפלואידים, למעט תאי הרבייה; אלה כוללים ביציות (ביצים) וזרעונים (זרע), שהן הפלואידיות ובעלות 23 כרומוזומים. לתאים סומטיים אנושיים, שהם כל התאים האחרים בגוף, 46 כרומוזומים, המסודרים ב -23 זוגות. הכרומוזומים הזוגיים נקראים זוג הומולוגי. במהלך שלב ה- S של האינטראפאזה, כאשר כל כרומוזום בודד מזוג הומולוג מקורי משוכפל, ה- וכתוצאה מכך מחוברים שני כרומטידות אחות מכל כרומוזום מקורי ויוצרים דמות שנראית כמו שני X מודבקים יַחַד. במהלך המיטוזה, הגרעין יתפצל לשני גרעינים חדשים, המרחיקים אחד מכל כרומטידים מכל זוג הומולוגי מאחותו.

אם התא עובר את מחסומי שלב S, שעניינם במיוחד לוודא שה- DNA לא נפגע, שהוא משוכפל כהלכה ושהוא משוכפל רק פעם אחת, ואז גורמים רגולטוריים מאפשרים לתא להמשיך לשלב הבא של שלב. זה ג'י₂, שמייצג פער שלב 2, כמו G₁. זהו גם שם שגוי, מכיוון שהתא לא ממתין, אך הוא עסוק מאוד בשלב זה. התא ממשיך לעשות את עבודתו הרגילה. זוכר את הדוגמאות האלה מ- G.₁ של תא עלים המבצע פוטוסינתזה או תא דם לבן המגן על הגוף מפני פתוגנים. הוא גם מתכונן לעזוב את האינטרפאזה ולהיכנס למיטוזה (שלב M), שהוא השלב השני והאחרון של מחזור התא, לפני שהוא מתחלק ומתחיל מחדש.

מחסום נוסף במהלך G.₂ מבטיח כי ה- DNA שוכפל כהלכה, ו- CDK מאפשר לו להתקדם רק אם הוא עובר גיוס. במהלך G₂, התא משכפל את הצנטרומר הקושר את הכרומטידים, ויוצר משהו שנקרא מיקרו-צינור. זה יהפוך לחלק מהציר, שהוא רשת סיבים שתנחה את הכרומטידות האחיות זו מזו ולמקומות הנכונים שלהן בגרעינים המחולקים לאחרונה. בשלב זה המיטוכונדריה והכלורופלסטים מתחלקים גם כשהם נמצאים בתא. כאשר התא עבר את עמדות הבידוק שלו, הוא מוכן למיטוזה וסיים את שלושת השלבים של שלב. במהלך המיטוזה, הגרעין יתחלק לשני גרעינים, וכמעט באותו זמן, תהליך שנקרא ציטוקינזיס יחלק את הציטופלזמה, כלומר שאר התא, לשני תאים. בסוף התהליכים הללו יהיו שני תאים חדשים, שמוכנים להתחיל את ה- G.₁ שלב אינטראפאזה שוב.