Wanneer eukaryote cellen zich delen, ondergaan ze een complex proces met vier hoofdfasen, waaronder een G2-fase. De celcyclus omvat stappen zoals celgroei, DNA-replicatie en mitose (een cruciaal onderwerp in de celbiologie).
Omdat eukaryotische cellen een kern hebben die ook moet worden gedupliceerd, is het algehele proces ingewikkelder dan de binaire splitsing die wordt gebruikt door prokaryotische cellen, die geen kern hebben.
De mitose fase is de laatste stap in de celdeling. Het resulteert in twee nieuwe dochtercellen, elk met een volledige aanvulling van DNA, een kern en organellen. Als de cel moet stoppen met delen, verlaat deze de celcyclus en komt in de G0-fase.
Als de cel opnieuw moet delen, komt hij in de interfase tussen twee celdelingen. De drie delen van de interfase zijn de G1 fase (of Gap 1-fase) gevolgd door de S fase (of eiwit- en DNA-synthesefase) en tenslotte de G2 fase (of Gap 2-fase) voorafgaand aan de volgende mitosefase.
Wanneer gaan cellen de verschillende fasen in?
Celdeling door mitose is een aseksuele vorm van celvermenigvuldiging die wordt gebruikt om meer van dezelfde soort cel te produceren. Hogere dierlijke cellen gebruiken mitose om nieuwe cellen te produceren, waaronder cellen die snel verslijten, zoals huidcellen. Het proces wordt ook gebruikt tijdens weefselgroei zoals bij jonge dieren of om schade te herstellen.
In sommige weefsels, als een organisme eenmaal het vereiste aantal cellen van een bepaald type heeft, zijn er geen nieuwe cellen meer nodig en gaan de bestaande cellen de G0-fase in waar ze zich niet langer vermenigvuldigen. Dit geldt met name voor sterk gedifferentieerde cellen zoals zenuwcellen. Zodra de hersenen of het ruggenmerg het juiste aantal cellen hebben, delen de zenuwcellen zich niet meer om meer te produceren.
Als de cel zich opnieuw moet delen, gaat ze in de volgende fasen:
De stappen van de celcyclus
1. De G1 Tussenfase
Dit is de kloof tussen celdeling en DNA-replicatie. De cel maakt zich klaar voor zijn volgende deling in de celcyclus of het verlaat de celcyclus en gaat G0 binnen.
2. De S Synthese Fase
De cel zet zich in om de volgende celdeling te starten en maakt kopieën van zijn DNA terwijl ze extra eiwitten synthetiseren die nodig zijn voor celdeling.
3. De G2-klooffase
Dit is de kloof tussen DNA-replicatie en mitose. De cel reproduceert zijn organellen en zorgt ervoor dat alles is klaar voor de splitsing.
Toetreding tot de G2-fase
Na celgroei tijdens de G1-fase en DNA-replicatie tijdens de S-fase is de cel klaar om de G2-fase in te gaan. G2 wordt een gap-fase genoemd omdat er geen verdere celdelingsspecifieke voortgang plaatsvindt. In plaats daarvan zijn er hoge niveaus van voorbereiding en controleren om ervoor te zorgen dat alles op zijn plaats is voor een succesvolle mitose.
Voordat de G2-fase kan beginnen, moet elk chromosoom van de cel gedupliceerd zijn en moeten de eiwitten die nodig zijn voor de extra celmembranen en celstructuren aanwezig zijn.
Aan het begin van G2 zijn de organellen zoals de mitochondriën en de lysosomen beginnen met vermenigvuldigen. Deze organellen hebben hun eigen DNA en kunnen zich zelfstandig gaan delen, maar de cel zelf moet extra ribosomen aanmaken om aan de behoeften van de toekomstige twee dochtercellen te voldoen.
Wat gebeurt er in de G2-fase?
De G2-fase heeft twee belangrijke functies.
Eerst moet de cel controleer of alles klaar is voor mitose, en het moet eventuele tekortkomingen corrigeren. Als de cel grote problemen detecteert die niet onmiddellijk kunnen worden opgelost, kan deze de celcyclus onderbreken en het delingsproces stoppen. In de G2-fase zorgt het organisme ervoor dat nieuwe cellen niet defect raken.
Controles die de cel onderneemt, omvatten het verifiëren dat het DNA correct is gerepliceerd en dat er voldoende materiaal aanwezig is voor twee cellen. De strengen DNA moeten compleet zijn, zonder breuken, en er moet het juiste aantal zijn van tweemaal de strengen van de oorspronkelijke cel. Als de cel een breuk vindt, is de DNA-streng gerepareerd.
De twee nieuwe cellen moeten worden omsloten door volledige membranen en ze moeten elk voldoende celmateriaal ontvangen om goed te kunnen functioneren. Tijdens de G2-fase wordt vaak extra eiwit gesynthetiseerd en de organellen vermenigvuldigen zich totdat er genoeg is voor twee cellen.
Andere celmaterialen zoals: lipiden voor het membraan kan ook worden geproduceerd. Met al deze activiteit, de cel vaak groeit aanzienlijk tijdens G2.
Het G2/M-fasecontrolepunt
Geavanceerde organismen zoals gewervelde dieren hebben gespecialiseerde en gedifferentieerde cellen die hun activiteit coördineren en voor veel functies op elkaar vertrouwen. Als gevolg hiervan zijn deze organismen erg gevoelig voor celafbraak en defecte cellen.
Om te voorkomen dat er cellen ontstaan die niet goed werken, hebben veel dieren laat een celdelingscontrolepunt de G2-fase. De cel heeft veel belangrijke factoren geverifieerd en de resultaten worden bij het controlepunt beoordeeld.
Als de cel problemen heeft gevonden en deze heeft kunnen oplossen, zal deze het controlepunt passeren en mag de celdeling doorgaan. Als de problemen aanhouden, zal de cel zich niet delen en proberen de problemen op te lossen voordat het celdelingsproces wordt voortgezet.
Specifieke beoordelingen uitgevoerd bij het controlepunt zijn onder meer:
- DNA-schade: Specifieke eiwitten hopen zich op op de plaatsen van gebroken DNA. Als deze eiwitten aanwezig zijn, zal de cel zich niet delen.
- DNA-replicatie: De cel breekt het delingsproces af als niet alle DNA-strengen volledig zijn gedupliceerd.
- Beoordeling van de celconditie: Celeiwitten, organellen en andere structuren moeten in voldoende hoeveelheden aanwezig zijn.
- cel stress: Als de cel onder stress staat, stopt de celgroei. Bijvoorbeeld, UV licht kan cellen belasten en resulteren in een G2/M-fase checkpoint activatie, waardoor de celcyclus wordt gestopt.
De G2-fase verlaten
Zodra het G2-controlepunt is gepasseerd, kan de cel zich voorbereiden op mitose. De eerste fase van mitose is de profase, waarin de voorbereidingen voor de migratie van de chromosomen naar tegenovergestelde uiteinden van de cel plaatsvinden. Als de cel de G2-fase verlaat, komen eiwitten vrij die de mitosefuncties bevorderen.
De cel begint het proces van deling.
Sleutelfuncties die worden uitgevoerd als de cel G2 verlaat, worden geïnitieerd door een eiwitcomplex genaamd MPF of de mitose-bevorderende factor. Zodra de eerste mitosefuncties aan de gang zijn, wordt MPF geneutraliseerd.
Op dit punt beginnen de spindels voor mitose zich te vormen en begint de nucleaire envelop te degraderen. Het gedupliceerde DNA heeft de vorm van: chromatineen het condenseert om de nieuwe chromosomen te vormen.
Hoewel de G2-fase een belangrijke factor is in de celgroeicontrole voor geavanceerde organismen, is deze niet essentieel voor celdeling. Sommige primitieve eukaryote cellen en sommige kankercellen kunnen direct van de S-fase van DNA-replicatie naar mitose gaan.
De afwezigheid van de G2-fase elimineert een controlepunt dat kan worden gebruikt om de weefselgroei te beheersen en helpt sommige kankers zich snel te verspreiden.
Normale cellen in de weefsels van gevorderde dieren hebben de G2-fase en het controlepunt nodig om ervoor te zorgen dat alle cellen van het organisme en zijn weefsels op een gecoördineerde manier groeien. Wanneer een cel de G2-fase verlaat en met succes het corresponderende controlepunt heeft gepasseerd, a succesvolle celdeling met twee functionele dochtercellen wordt veel waarschijnlijker.
