Mokslininkai pirmą kartą pastebėjo ląstelių dalijimosi procesą 1800-ųjų pabaigoje. Nuoseklūs mikroskopiniai įrodymai, kad ląstelės sunaudoja energiją ir medžiagą sau kopijuoti ir dalytis, paneigė plačiai paplitusią teoriją, kad naujos ląstelės atsirado savaiminės kartos dėka. Mokslininkai pradėjo suprasti ląstelių ciklo reiškinį; tai yra procesas, kurio metu ląstelės „gimsta“ dalijantis ląstelėmis, o tada gyvena savo gyvenimą kasdien vykdydamos ląstelių veiklą, kol atėjo laikas pačioms dalytis ląstelėmis.
Egzistuoja daugybė priežasčių, kodėl ląstelė gali neišgydyti. Kai kurios žmogaus kūno ląstelės paprasčiausiai to nedaro; pavyzdžiui, dauguma nervinių ląstelių ilgainiui nustoja dalytis ląstelėms, todėl nervų pažeidimus ištvermę turintis asmuo gali patirti nuolatinį motorikos ar jutimo deficitą.
Tačiau paprastai ląstelių ciklas yra procesas, susidedantis iš dviejų fazių: tarpfazis ir mitozė. Mitozė yra ląstelių ciklo dalis, susijusi su ląstelių dalijimusi, tačiau vidutinė ląstelė praleidžia 90 procentų savo gyvenimo tarpfazėse, o tai tiesiog reiškia, kad ląstelė gyvena ir auga, o ne dalijasi. Tarpfazėse yra trys pogrupiai. Šitie yra
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Trys fazių etapai yra G1, kuris reiškia spragos 1 fazę; S fazė, kuri reiškia sintezės fazę; ir G.2, kuris reiškia „Gap“ 2 etapą. Interfazė yra pirmoji iš dviejų eukariotinių ląstelių ciklo fazių. Antroji fazė yra mitozė arba M fazė, kai atsiranda ląstelių dalijimasis. Kartais ląstelės nepalieka G1 nes jos nėra dalijamos ląstelės arba todėl, kad jos miršta. Šiais atvejais jie yra stadijoje, vadinamoje G0, kuris nelaikomas ląstelių ciklo dalimi.
Ląstelių dalijimasis prokariotuose ir eukariotuose
Vadinami vienaląsčiai organizmai, tokie kaip bakterijos prokariotaiir, kai jie užsiima ląstelių dalijimusi, jų tikslas yra daugintis nelytiniu būdu; jie kuria palikuonis. Vadinamas prokariotinių ląstelių dalijimasis dvejetainis dalijimasis vietoj mitozės. Prokariotai paprastai turi tik vieną chromosomą, kurios net neturi branduolio membrana, ir jiems trūksta organelių, kuriuos turi kitos rūšies ląstelės. Dvejetainio dalijimosi metu prokariotinė ląstelė daro savo chromosomos kopiją, o po to kiekvieną seserinę chromosomos kopiją pritvirtina prie priešingos savo ląstelės membranos pusės. Tada jis pradeda formuoti plyšį savo membranoje, kuris įsitempia į vidų procese, vadinamame invaginacija, kol jis atsiskiria į dvi identiškas, atskiras ląsteles. Ląstelės, kurios yra mitozinių ląstelių ciklo dalis, yra eukariotinės ląstelės. Jie nėra atskiri gyvi organizmai, bet ląstelės, egzistuojančios kaip bendradarbiaujantys didesnių organizmų vienetai. Ląstelės jūsų akyse ar kauluose, katės liežuvio arba žolės ašmenų ląstelės ant jūsų priekinės vejos yra visos eukariotinės ląstelės. Jose yra daug daugiau genetinės medžiagos nei prokariote, todėl ląstelių dalijimosi procesas taip pat yra daug sudėtingesnis.
Pirmasis spragos etapas
Ląstelių ciklas gavo savo pavadinimą, nes ląstelės nuolat dalijasi, pradeda gyvenimą iš naujo. Kai ląstelė dalijasi, tai yra mitozės fazės pabaiga ir ji iškart vėl pradeda fazes. Žinoma, praktiškai ląstelių ciklas vyksta sklandžiai, tačiau mokslininkai, norėdami geriau suvokti mikroskopinius gyvenimo blokus, šiame procese išskyrė fazes ir pogrupius. Naujai padalinta ląstelė, kuri dabar yra viena iš dviejų ląstelių, kurios anksčiau buvo vienos ląstelės, yra G1 tarpfazės poskyris. G1 yra „spragos“ fazės santrumpa; bus dar vienas, pažymėtas G2. Taip pat galite pamatyti, kad jie parašyti kaip G1 ir G2. Kai mokslininkai mikroskopu atrado įtemptą, pagrindinį ląstelių mitozės darbą, jie interpretavo santykinai mažiau dramatišką fazę kaip poilsio arba pauzės fazę tarp ląstelės padalijimai.
Jie pavadino G1 etapas su žodžiu „spraga“ naudojant šį aiškinimą, tačiau ta prasme tai klaidingas pavadinimas. Realybėje, G1 yra labiau augimo stadija nei poilsio etapas. Šios fazės metu ląstelė daro visus dalykus, kurie yra normalūs jo tipo ląstelėms. Jei tai yra baltasis kraujo kūnelis, jis imsis gynybinių veiksmų imuninei sistemai. Jei tai yra augalų lapų ląstelė, ji atliks fotosintezę ir dujų mainus. Ląstelė greičiausiai auga. Kai kurios ląstelės G metu auga lėtai1 kiti auga labai greitai. Ląstelė sintetina molekules, tokias kaip ribonukleino rūgštis (RNR) ir įvairių baltymų. Tam tikru momentu vėlai G1 stadija, ląstelė turi „nuspręsti“, ar pereiti į kitą tarpskaitos tarpsnį.
Tarpfazių kontroliniai taškai
Molekula, vadinama nuo ciklino priklausoma kinaze (CDK), reguliuoja ląstelių ciklą. Šis reglamentas yra būtinas norint išvengti ląstelių augimo kontrolės praradimo. Gyvūnų nekontroliuojamas ląstelių dalijimasis yra dar vienas būdas apibūdinti piktybinį naviką arba vėžį. CDK teikia signalus kontroliniuose taškuose tam tikruose ląstelės ciklo taškuose, kad ląstelė galėtų tęsti arba sustabdyti. Tam tikri aplinkos veiksniai lemia, ar CDK teikia šiuos signalus. Tai apima maistinių medžiagų ir augimo faktorių prieinamumą bei ląstelių tankį aplinkiniuose audiniuose. Ląstelių tankis yra ypač svarbus savireguliacijos metodas, kurį ląstelės naudoja palaikydami sveiką audinių augimo greitį. CDK reguliuoja ląstelių ciklą trimis fazių etapais, taip pat mitozės metu (kuri dar vadinama M faze).
Jei ląstelė pasiekia reguliavimo kontrolinį tašką ir negauna signalo toliau judėti pirmyn su ląstelės ciklu (pavyzdžiui, jei jis yra G pabaigoje1 tarpfazėje ir laukia įėjimo į S fazę tarpfazėje), ląstelė galėtų padaryti du dalykus. Viena yra ta, kad ji gali pristabdyti, kol problema bus išspręsta. Jei, pavyzdžiui, sugadinamas ar trūksta kokio nors reikalingo komponento, gali būti atliekamas remontas ar papildymas ir jis vėl gali kreiptis į kontrolės punktą. Kitas langelio variantas yra įeiti į kitą fazę, vadinamą G0, kuris yra už ląstelių ciklo ribų. Šis žymėjimas skirtas ląstelėms, kurios ir toliau veiks taip, kaip turėtų, bet nepereis į S fazę ar mitozę ir dėl to neužsiims ląstelių dalijimusi. Laikoma, kad dauguma suaugusių žmogaus nervinių ląstelių yra G0 fazės, nes jie paprastai nevyksta į S fazę ar mitozę. Ląstelės G0 fazės laikomos ramybės būsenoje, tai reiškia, kad jos yra neskaidančios būsenos arba senatvės, tai reiškia, kad jos miršta.
Per G1 tarpfazės stadijoje yra du reguliavimo kontroliniai taškai, per kuriuos ląstelė turi praeiti prieš tęsdama. Vertinama, ar ląstelės DNR yra pažeista, ir, jei taip yra, DNR turi būti pataisyta, kad ji galėtų tęsti. Net kai ląstelė yra kitaip pasirengusi pereiti į tarpfazės S fazę, reikia atlikti dar vieną kontrolinį tašką įsitikinęs, kad aplinkos sąlygos - tai reiškia, kad aplinkos būklė yra iškart supanti ląstelę palankus. Šios sąlygos apima aplinkinių audinių ląstelių tankį. Kai ląstelė turi būtinas sąlygas pereiti iš G1 iki S fazės, ciklino baltymas prisijungia prie CDK, atskleisdamas aktyvią molekulės dalį, kuri ląstelei signalizuoja, kad laikas pradėti S fazę. Jei ląstelė neatitinka sąlygų pereiti iš G1 iki S fazės, ciklinas neaktyvins CDK, o tai užkirs kelią progresavimui. Kai kuriais atvejais, tokiais kaip pažeista DNR, CDK inhibitorių baltymai prisijungs prie CDK-ciklino molekulių, kad būtų išvengta progresavimo, kol problema bus pašalinta.
Genomo sintezė
Kai ląstelė pateks S fazė, jis turi tęstis iki pat ląstelės ciklo pabaigos, nesukdamas atgal ir nepasitraukdamas į G0. Viso proceso metu yra daugiau kontrolinių taškų, kad būtų užtikrinta, jog veiksmai bus tinkamai atlikti prieš ląstelei pereinant į kitą ląstelės ciklo fazę. „S“ S fazėje reiškia sintezę, nes ląstelė sintetina arba sukuria visiškai naują savo DNR kopiją. Žmogaus ląstelėse tai reiškia, kad ląstelė S fazėje sukuria visiškai naują 46 chromosomų rinkinį. Šis etapas yra kruopščiai reguliuojamas, kad klaidos nepatektų į kitą etapą; tos klaidos yra mutacijos. Mutacijos įvyksta pakankamai dažnai, tačiau ląstelių ciklo taisyklės trukdo kur kas daugiau jų įvykti. DNR replikacijos metu kiekviena chromosoma labai susisuka aplink baltymų, vadinamų histonais, sruogas, sumažindama jų ilgį nuo 2 nanometrų iki 5 mikronų. Vadinamos dvi naujos pasikartojančios sesers chromosomos chromatidės. Histonai suriša du derančius chromatidus, tvirtai sujungdami jų ilgį. Vieta, kur jie sujungiami, vadinama centromera. (Žr. Šaltinius, jei norite vizualiai parodyti tai.)
Norint pridėti sudėtingų judesių, vykstančių DNR replikacijos metu, daugelis eukariotų ląstelių yra diploidinės, o tai reiškia, kad jų chromosomos paprastai yra išdėstytos poromis. Dauguma žmogaus ląstelių yra diploidinės, išskyrus reprodukcines ląsteles; tai hapocidiniai (23 kiaušialąstės) ir spermatocitai (spermatozoidai), turintys 23 chromosomas. Žmogaus somatinėse ląstelėse, kurios yra visos kitos kūno ląstelės, yra 46 chromosomos, išsidėsčiusios 23 poromis. Suporuotos chromosomos vadinamos homologine pora. Interfazės S fazės metu, kai kiekviena atskira chromosoma iš originalios homologinės poros pakartojama, gaunamos dvi seserinės chromatidės iš kiekvienos pradinės chromosomos yra sujungtos, formuojant figūrą, kuri atrodo kaip dvi klijuotos X kartu. Mitozės metu branduolys suskaidys į du naujus branduolius, ištraukdamas po vieną iš kiekvienos chromatidės iš kiekvienos homologinės poros nuo sesers.
Pasirengimas ląstelių dalijimuisi
Jei ląstelė praeina S fazės kontrolinius taškus, kurie ypač rūpinasi, kad DNR nebūtų pažeista, ar ji teisingai replikuota ir kad ji pakartota tik vieną kartą, tada reguliavimo veiksniai leidžia ląstelei pereiti į kitą etapą tarpfazis. Tai yra G2, kuris reiškia Gap 2 fazę, kaip ir G1. Tai taip pat klaidingas pavadinimas, nes ląstelė šiame etape nelaukia, bet yra labai užimta. Ląstelė ir toliau dirba įprastą darbą. Prisiminkime tuos pavyzdžius iš G1 lapų ląstelės, atliekančios fotosintezę, arba baltųjų kraujo kūnelių, ginančių kūną nuo patogenų. Jis taip pat ruošiasi palikti tarpfazę ir patekti į mitozę (M fazę), kuri yra antroji ir paskutinė ląstelių ciklo stadija, prieš jai dalijantis ir pradedant iš naujo.
Kitas patikros punktas per G2 užtikrina, kad DNR buvo teisingai replikuota, o CDK leidžia jai judėti į priekį tik tada, kai ji praeina susirinkimą. Per G2, ląstelė atkartoja centromerą, jungiančią chromatidus, formuodama tai, kas vadinama mikrovamzdeliu. Tai taps verpstės dalimi, kuri yra pluoštų tinklas, kuris nukreips sesers chromatidus vienas nuo kito ir į savo vietas naujai padalintuose branduoliuose. Šios fazės metu mitochondrijos ir chloroplastai taip pat dalijasi, kai jų yra ląstelėje. Ląstelei peržengus kontrolinius taškus, ji yra pasirengusi mitozei ir baigė tris tarpsnių tarpsnius. Mitozės metu branduolys pasidalins į du branduolius ir beveik tuo pačiu metu vadinamas procesas citokinezė padalins citoplazmą, reiškiančią likusią ląstelės dalį, į dvi ląsteles. Šių procesų pabaigoje bus dvi naujos ląstelės, paruoštos pradėti G1 vėl fazės etapas.
