3 starpfāžu posmi

Šūnu dalīšanās procesu zinātnieki pirmo reizi novēroja 1800. gadu beigās. Konsekventi mikroskopiski pierādījumi, ka šūnas tērē enerģiju un materiālus, lai kopētu un sadalītu sevi, atspēkoja plaši izplatīto teoriju, ka spontānas paaudzes rezultātā radušās jaunas šūnas. Zinātnieki sāka saprast šūnu cikla parādību; tas ir process, kurā šūnas "piedzimst", daloties šūnām, un pēc tam dzīvo savu dzīvi, veicot ikdienas šūnu darbības, līdz ir pienācis laiks pašiem izdalīties šūnās.

Pastāv daudz iemeslu, kāpēc šūna var neiziet caur sadalījumu. Dažas cilvēka ķermeņa šūnas vienkārši to nedara; piemēram, lielākā daļa nervu šūnu galu galā pārtrauc šūnu dalīšanos, tāpēc persona, kas iztur nervu bojājumus, var ciest no pastāvīga motora vai maņu deficīta.

Parasti tomēr šūnu cikls ir process, kas sastāv no divām fāzēm: starpfāze un mitoze. Mitoze ir šūnu cikla daļa, kas ietver šūnu dalīšanos, bet vidējā šūna 90 procentus savas dzīves pavada starpfāzēs, kas vienkārši nozīmē, ka šūna dzīvo un aug, nevis dalās. Starpfāzēs ir trīs apakšfāzes. Šie ir G₁ fāze, S fāze, un G₂ fāze.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Trīs fāžu posmi ir G₁, kas nozīmē Gap 1. fāzi; S fāze, kas apzīmē sintēzes fāzi; un G₂, kas nozīmē Gap 2. fāzi. Interfāze ir pirmā no divām eikariotu šūnu cikla fāzēm. Otrā fāze ir mitoze jeb M fāze, kad notiek šūnu dalīšanās. Dažreiz šūnas neatstāj G₁ tāpēc, ka tie nav šūnas, kas dalās, vai tāpēc, ka tās mirst. Šajos gadījumos tie atrodas stadijā, ko sauc par G₀, kas netiek uzskatīta par šūnu cikla daļu.

Tiek saukti vienšūnas organismi, piemēram, baktērijas prokariotiun, kad viņi iesaistās šūnu dalīšanās procesā, viņu mērķis ir vairoties bezdzimumā; viņi rada pēcnācējus. Tiek saukta prokariotu šūnu dalīšanās binārā skaldīšana mitozes vietā. Prokariotiem parasti ir tikai viena hromosoma, kuru pat nesatur kodola membrāna, un tām trūkst organoļu, kas ir cita veida šūnām. Binārā dalīšanās laikā prokariotu šūna izveido savas hromosomas kopiju un pēc tam katru hromosomas māsas kopiju piestiprina savai šūnas membrānas pretējai pusei. Tad tā savā membrānā sāk veidot plaisu, kas saspiež uz iekšu procesā, ko sauc par invagināciju, līdz tas atdalās divās identiskās, atsevišķās šūnās. Šūnas, kas ir daļa no mitotisko šūnu cikla, ir eikariotu šūnas. Tie nav atsevišķi dzīvie organismi, bet šūnas, kas pastāv kā lielāku organismu sadarbības vienības. Šūnas jūsu acīs vai kaulos, vai šūnas jūsu kaķa valodā vai zāles asmeņos uz jūsu priekšējā zāliena ir visas eikariotu šūnas. Tie satur daudz vairāk ģenētiskā materiāla nekā prokariots, tāpēc arī šūnu dalīšanās process ir daudz sarežģītāks.

Šūnu cikls ieguva savu nosaukumu, jo šūnas pastāvīgi dalās, sāk dzīvi no jauna. Kad šūna sadalās, tas ir mitozes fāzes beigas, un tā nekavējoties atkal sāk fāzes. Protams, praksē šūnu cikls notiek plūstoši, taču zinātnieki procesa laikā ir norobežojuši fāzes un apakšfāzes, lai labāk izprastu mikroskopiskos dzīves blokus. Tikko sadalītā šūna, kas tagad ir viena no divām šūnām, kas iepriekš bija viena šūna, atrodas G₁ starpfāzes apakšfāze. G₁ ir “nepilnības” fāzes saīsinājums; būs vēl viens marķējums G₂. Varat arī redzēt, ka šie raksti ir G1 un G2. Kad zinātnieki mikroskopā atklāja mitozes aizņemto, fundamentālo šūnu darbu, viņi interpretēja salīdzinoši mazāk dramatisko starpfāzi kā atpūtas vai pārtraukuma fāzi starp šūnu sadalījumi.

Viņi nosauca G₁ posmā ar vārdu “plaisa”, izmantojot šo interpretāciju, taču šajā ziņā tas ir nepareizs nosaukums. Īstenībā, G₁ ir vairāk izaugsmes posms nekā atpūtas posms. Šajā fāzē šūna veic visas lietas, kas ir normālas viņa šūnas tipam. Ja tas ir baltais asins šūnas, tas veiks aizsardzības darbības imūnsistēmai. Ja tā ir lapu šūna augā, tā veiks fotosintēzi un gāzes apmaiņu. Visticamāk, ka šūna aug. Dažas šūnas G laikā aug lēni₁ savukārt citi aug ļoti strauji. Šūna sintezē molekulas, piemēram, ribonukleīnskābe (RNS) un dažādas olbaltumvielas. Noteiktā G beigās₁ posmā, šūnai ir “jāizlemj”, vai pāriet uz nākamo starpfāzes posmu.

Molekula, ko sauc par ciklīnatkarīgo kināzi (CDK), regulē šūnu ciklu. Šī regula ir nepieciešama, lai novērstu šūnu augšanas kontroles zaudēšanu. Dzīvnieku nekontrolētā šūnu dalīšanās ir vēl viens veids, kā aprakstīt ļaundabīgu audzēju vai vēzi. CDK nodrošina signālus kontrolpunktos noteiktos šūnu cikla punktos, lai šūna turpinātu darbību vai pārtrauktu. Noteikti vides faktori veicina to, vai CDK nodrošina šos signālus. Tie ietver barības vielu un augšanas faktoru pieejamību, kā arī šūnu blīvumu apkārtējos audos. Šūnu blīvums ir īpaši svarīga pašregulācijas metode, ko šūnas izmanto, lai uzturētu veselīgu audu augšanas ātrumu. CDK regulē šūnu ciklu trīs fāzes fāzēs, kā arī mitozes laikā (ko sauc arī par M fāzi).

Ja šūna sasniedz regulatīvo kontrolpunktu un nesaņem signālu, lai turpinātu ar šūnu ciklu (piemēram, ja tas ir G beigās₁ starpfāzē un gaida ievadīšanu S fāzē starpfāzēs), šūna varētu darīt divas lietas. Viens no tiem ir tas, ka problēma var tikt pārtraukta. Ja, piemēram, kāda nepieciešamā sastāvdaļa ir bojāta vai tās nav, varētu tikt veikts remonts vai papildinājums, un pēc tam tā varētu atkal tuvoties kontrolpunktam. Otra šūnas iespēja ir ievadīt citu fāzi, ko sauc par G₀, kas atrodas ārpus šūnu cikla. Šis apzīmējums ir paredzēts šūnām, kas turpinās darboties tā, kā tām vajadzētu, bet nepāriet uz S fāzi vai mitozi un kā tādas neiesaistīsies šūnu dalīšanās procesā. Tiek uzskatīts, ka lielākā daļa pieaugušo cilvēka nervu šūnu atrodas G₀ fāzē, jo tie parasti nenonāk S fāzē vai mitozē. Šūnas G₀ fāze tiek uzskatīta par mierīgu, tas nozīmē, ka viņi atrodas nedalošā stāvoklī vai novecojošā stāvoklī, kas nozīmē, ka viņi mirst.

G laikā₁ fāzes fāzē ir divi regulēšanas kontrolpunkti, kuriem šūna jāpārvar, pirms turpināt. Vērtē, vai šūnas DNS ir bojāta, un, ja tā ir, DNS ir jālabo, pirms tā var turpināt. Pat tad, kad šūna citādi ir gatava pāriet starpfāzes S fāzē, ir jāveic vēl viens kontrolpunkts pārliecināts, ka ir vides apstākļi - tas nozīmē vides stāvokli, kas tieši ieskauj šūnu labvēlīgs. Šie apstākļi ietver apkārtējo audu šūnu blīvumu. Kad šūnai ir nepieciešamie apstākļi, lai pārietu no G₁ līdz S fāzei ciklīna proteīns saistās ar CDK, pakļaujot molekulas aktīvo daļu, kas šūnai signalizē, ka ir laiks sākt S fāzi. Ja šūna neatbilst nosacījumiem, lai pārvietotos no G₁ līdz S fāzei ciklīns neaktivizēs CDK, kas novērsīs progresēšanu. Dažos gadījumos, piemēram, bojātā DNS, CDK inhibitoru olbaltumvielas saistīsies ar CDK-ciklīna molekulām, lai novērstu progresēšanu, līdz problēma tiek novērsta.

Kad šūna ienāk S fāze, tam jāturpinās līdz pat cikla beigām, nepagriežoties atpakaļ un neatkāpjoties no G₀. Tomēr visā procesā ir vairāk kontrolpunktu, lai nodrošinātu, ka darbības tiek pareizi izpildītas, pirms šūna pāriet uz nākamo šūnu cikla fāzi. “S” S fāzē nozīmē sintēzi, jo šūna sintezē vai izveido pavisam jaunu savas DNS kopiju. Cilvēka šūnās tas nozīmē, ka šūna S fāzē veido pilnīgi jaunu 46 hromosomu kopumu. Šis posms tiek rūpīgi regulēts, lai novērstu kļūdu pāreju uz nākamo posmu; šīs kļūdas ir mutācijas. Mutācijas notiek pietiekami bieži, taču šūnu cikla noteikumi neļauj tiem notikt daudz vairāk. DNS replikācijas laikā katra hromosoma ārkārtīgi saritinās ap olbaltumvielu pavedieniem, ko sauc par histoniem, samazinot to garumu no 2 nanometriem līdz 5 mikroniem. Tiek sauktas divas jaunās māsas hromosomu dublikāti hromatīdi. Histoni saista abus atbilstošos hromatīdus, cieši savienojot to garumu. Vietu, kur tie ir savienoti, sauc par centromēru. (Skatiet resursus, lai to vizuāli attēlotu.)

Lai papildinātu sarežģītās kustības, kas notiek DNS replikācijas laikā, daudzas eikariotu šūnas ir diploīdas, kas nozīmē, ka to hromosomas parasti ir sakārtotas pāros. Lielākā daļa cilvēka šūnu ir diploīdas, izņemot reproduktīvās šūnas; tie ietver oocītus (olšūnas) un spermatocītus (spermu), kas ir haploīdi un kuriem ir 23 hromosomas. Cilvēka somatiskajām šūnām, kas ir visas pārējās ķermeņa šūnas, ir 46 hromosomas, kas sakārtotas 23 pāros. Pārī savienotās hromosomas sauc par homologu pāri. Starpfāzes S fāzes laikā, kad tiek atkārtota katra atsevišķa hromosoma no sākotnējā homologa pāra, iegūtie divi māsu hromatīdi no katras sākotnējās hromosomas ir savienoti, veidojot figūru, kas izskatās kā divi X salīmēti kopā. Mitozes laikā kodols sadalīsies divos jaunos kodolos, no katra homologā pāra vienu no katriem hromatīdiem izraujot no māsas.

Ja šūna iziet S fāzes kontrolpunktus, kas īpaši rūpējas, lai pārliecinātos, ka DNS nav bojāts, vai tā pareizi un ka tas atkārtojas tikai vienu reizi, tad regulējošie faktori ļauj šūnai pāriet uz nākamo starpfāze. Tas ir G₂, kas nozīmē Gap 2. fāzi, piemēram, G₁. Tas ir arī nepareizs nosaukums, jo šūna šajā posmā negaida, bet ir ļoti aizņemta. Šūna turpina darīt savu parasto darbu. Atgādiniet tos piemērus no G₁ lapu šūnu, kas veic fotosintēzi, vai balto asins šūnu, kas aizsargā ķermeni pret patogēniem. Tas arī gatavojas atstāt starpfāzi un iekļūt mitozē (M fāze), kas ir otrais un pēdējais šūnu cikla posms, pirms tā sadalās un sākas no jauna.

Vēl viens kontrolpunkts G laikā₂ nodrošina, ka DNS tika pareizi replikēta, un CDK ļauj tai virzīties uz priekšu tikai tad, ja tā iet garām. G laikā₂, šūna atkārto centromēru, kas saistās ar hromatīdiem, veidojot to, ko sauc par mikrotubulīti. Tas kļūs par vārpstas daļu, kas ir šķiedru tīkls, kas māsas hromatīdus novirzīs viens no otra un pareizajās vietās tikko sadalītajos kodolos. Šajā fāzē sadalās arī mitohondriji un hloroplasti, kad tie atrodas šūnā. Kad šūna ir pārsniegusi savus kontrolpunktus, tā ir gatava mitozei un ir pabeigusi trīs starpfāžu posmus. Mitozes laikā kodols sadalīsies divos kodolos un gandrīz tajā pašā laikā - process, ko sauc citokinēze sadalīs citoplazmu, kas nozīmē pārējo šūnu, divās šūnās. Šo procesu beigās būs divas jaunas šūnas, kas būs gatavas sākt G₁ atkal starpfāzes posms.