3 stadia van interfase

Wetenschappers observeerden voor het eerst het proces van celdeling aan het einde van de 19e eeuw. Het consistente microscopische bewijs dat cellen energie en materiaal verbruiken om zichzelf te kopiëren en te delen, weerlegde de wijdverbreide theorie dat nieuwe cellen ontstonden uit spontane generatie. Wetenschappers begonnen het fenomeen van de celcyclus te begrijpen; dit is het proces waarbij cellen door celdeling worden "geboren", en vervolgens hun leven leiden, waarbij ze hun dagelijkse celactiviteiten uitvoeren, totdat het tijd is om zelf celdeling te ondergaan.

Er zijn tal van redenen waarom een ​​cel mogelijk niet door een deling gaat. Sommige cellen in het menselijk lichaam doen dat gewoon niet; de meeste zenuwcellen stoppen bijvoorbeeld uiteindelijk met het ondergaan van celdeling, wat de reden is waarom een ​​persoon die zenuwbeschadiging oploopt, permanente motorische of sensorische stoornissen kan krijgen.

Meestal echter, de celcyclus is een proces dat uit twee fasen bestaat:

TL; DR (te lang; niet gelezen)

De drie stadia van interfase zijn G₁, wat staat voor Gap-fase 1; S-fase, wat staat voor Synthesefase; en G₂, wat staat voor Gap-fase 2. Interfase is de eerste van twee fasen van de eukaryote celcyclus. De tweede fase is mitose, of M-fase, dat is wanneer celdeling plaatsvindt. Soms verlaten cellen G. niet₁ omdat ze niet het type cellen zijn dat zich deelt, of omdat ze sterven. In deze gevallen bevinden ze zich in een fase genaamd G₀, die niet wordt beschouwd als onderdeel van de celcyclus.

Eencellige organismen zoals bacteriën worden genoemd prokaryotenen wanneer ze zich bezighouden met celdeling, is hun doel om zich ongeslachtelijk voort te planten; ze creëren nakomelingen. Prokaryotische celdeling heet binaire splitsing in plaats van mitose. Prokaryoten hebben meestal maar één chromosoom dat niet eens in een kernmembraan zit, en ze missen de organellen die andere soorten cellen hebben. Tijdens binaire splitsing maakt een prokaryotische cel een kopie van zijn chromosoom en bevestigt vervolgens elke zusterkopie van het chromosoom aan een andere kant van zijn celmembraan. Het begint dan een spleet in zijn membraan te vormen die naar binnen knijpt in een proces dat invaginatie wordt genoemd, totdat het zich scheidt in twee identieke, afzonderlijke cellen. De cellen die deel uitmaken van de mitotische celcyclus zijn de eukaryote cellen. Het zijn geen individuele levende organismen, maar cellen die bestaan ​​als samenwerkende eenheden van grotere organismen. De cellen in uw ogen of uw botten, of de cellen in de tong van uw kat of in de grassprieten op uw voorgazon zijn allemaal eukaryotische cellen. Ze bevatten veel meer genetisch materiaal dan een prokaryoot, dus het proces van celdeling is ook veel complexer.

De celcyclus heeft zijn naam gekregen omdat cellen zich voortdurend delen en het leven opnieuw beginnen. Zodra een cel zich deelt, is dat het einde van de mitosefase en begint de interfase onmiddellijk weer. In de praktijk verloopt de celcyclus natuurlijk vloeiend, maar wetenschappers hebben fasen en subfasen binnen het proces afgebakend om de microscopische bouwstenen van het leven beter te begrijpen. De nieuw verdeelde cel, die nu een van de twee cellen is die voorheen een enkele cel waren, bevindt zich in de G₁ subfase van interfase. G₁ is een afkorting voor de “Gap”-fase; er zal er nog een zijn met het label G₂. Mogelijk ziet u deze ook geschreven als G1 en G2. Toen wetenschappers het drukke, fundamentele cellulaire werk van mitose onder de microscoop ontdekten, interpreteerde de relatief minder dramatische interfase als een rust- of pauzefase tussen cellen divisies.

Ze noemden G₁ podium met het woord "gap" met deze interpretatie, maar in die zin is het een verkeerde benaming. In werkelijkheid, G₁ is meer een fase van groei dan een ruststadium. Tijdens deze fase doet de cel alle dingen die normaal zijn voor zijn type cel. Als het een witte bloedcel is, zal het defensieve acties uitvoeren voor het immuunsysteem. Als het een bladcel in een plant is, zal het fotosynthese en gasuitwisseling uitvoeren. De cel zal waarschijnlijk groeien. Sommige cellen groeien langzaam tijdens G₁ terwijl andere heel snel groeien. De cel synthetiseert moleculen, zoals ribonucleïnezuur (RNA) en verschillende eiwitten. Op een bepaald moment laat in de G₁ stadium, moet de cel "beslissen" om al dan niet door te gaan naar de volgende fase van de interfase.

Een molecuul genaamd cycline-afhankelijke kinase (CDK) reguleert de celcyclus. Deze regulering is nodig om verlies van controle over de celgroei te voorkomen. Een ongecontroleerde celdeling bij dieren is een andere manier om een ​​kwaadaardige tumor of kanker te beschrijven. CDK geeft signalen aan controlepunten tijdens specifieke punten van de celcyclus zodat de cel kan doorgaan of pauzeren. Bepaalde omgevingsfactoren dragen bij aan de vraag of CDK deze signalen afgeeft. Deze omvatten de beschikbaarheid van voedingsstoffen en groeifactoren, en de celdichtheid in het omringende weefsel. Celdichtheid is een bijzonder belangrijke methode van zelfregulering die door cellen wordt gebruikt om de groeisnelheid van gezond weefsel te behouden. CDK reguleert de celcyclus tijdens de drie stadia van de interfase, evenals tijdens de mitose (ook wel M-fase genoemd).

Als een cel een regelgevend controlepunt bereikt en geen signaal ontvangt om verder te gaan met de celcyclus (bijvoorbeeld als het aan het einde van G is₁ in interfase en wacht om de S-fase in interfase in te gaan), zijn er twee mogelijke dingen die de cel zou kunnen doen. Een daarvan is dat het kan pauzeren terwijl het probleem is opgelost. Als bijvoorbeeld een noodzakelijk onderdeel beschadigd is of ontbreekt, kunnen reparaties of aanvullingen worden uitgevoerd en kan het de controlepost weer benaderen. De andere optie voor de cel is om een ​​andere fase in te gaan genaamd G₀, die buiten de celcyclus valt. Deze aanduiding is voor cellen die zullen blijven functioneren zoals ze zouden moeten, maar niet naar de S-fase of mitose zullen gaan en als zodanig niet zullen deelnemen aan celdeling. De meeste volwassen menselijke zenuwcellen worden beschouwd als in de G₀ fase, omdat ze meestal niet doorgaan naar de S-fase of mitose. Cellen in de G₀ fase worden beschouwd als rustig, wat betekent dat ze zich in een niet-delende staat bevinden, of senescent, wat betekent dat ze stervende zijn.

tijdens de G₁ stadium van interfase, zijn er twee regelgevende controlepunten waar de cel doorheen moet voordat hij verder gaat. Men beoordeelt of het DNA van de cel beschadigd is, en zo ja, dan moet het DNA gerepareerd worden voordat het verder kan. Zelfs als de cel verder klaar is om door te gaan naar de S-fase van de interfase, is er nog een controlepunt te maken ervoor zorgen dat de omgevingsomstandigheden – dat wil zeggen de toestand van de omgeving die de cel direct omringt – zijn gunstig. Deze voorwaarden omvatten de celdichtheid van het omringende weefsel. Wanneer de cel de nodige voorwaarden heeft om verder te gaan vanaf G₁ aan de S-fase bindt een cycline-eiwit aan CDK, waardoor het actieve deel van het molecuul wordt blootgesteld, wat aan de cel een signaal geeft dat het tijd is om met de S-fase te beginnen. Als de cel niet voldoet aan de voorwaarden om van G. te gaan₁ naar de S-fase, zal de cycline de CDK niet activeren, wat de progressie zal voorkomen. In sommige gevallen, zoals bij beschadigd DNA, zullen CDK-remmereiwitten binden aan CDK-cyclinemoleculen om progressie te voorkomen totdat het probleem is verholpen.

Zodra de cel binnenkomt S fase, moet het helemaal doorgaan tot het einde van de celcyclus zonder terug te keren of terug te trekken naar G₀. Er zijn echter meer controlepunten tijdens het proces om ervoor te zorgen dat de stappen correct worden voltooid voordat de cel doorgaat naar de volgende fase van de celcyclus. De "S" in de S-fase staat voor synthese omdat de cel een geheel nieuwe kopie van zijn DNA synthetiseert of creëert. In menselijke cellen betekent dit dat de cel een geheel nieuwe set van 46 chromosomen maakt tijdens de S-fase. Deze fase is zorgvuldig gereguleerd om te voorkomen dat fouten doorstromen naar de volgende fase; die fouten zijn mutaties. Mutaties komen vaak genoeg voor, maar regels voor de celcyclus voorkomen dat er veel meer gebeuren. Tijdens DNA-replicatie wordt elk chromosoom extreem opgerold rond strengen eiwitten die histonen worden genoemd, waardoor hun lengte wordt verminderd van 2 nanometer tot 5 micron. De twee nieuwe dubbele zusterchromosomen worden genoemd chromatiden. De histonen binden de twee overeenkomende chromatiden halverwege hun lengte stevig aan elkaar. Het punt waar ze samenkomen, wordt het centromeer genoemd. (Zie bronnen voor een visuele weergave hiervan.)

Om toe te voegen aan de gecompliceerde bewegingen die plaatsvinden tijdens DNA-replicatie, zijn veel eukaryote cellen diploïde, wat betekent dat hun chromosomen normaal in paren zijn gerangschikt. De meeste menselijke cellen zijn diploïde, met uitzondering van de voortplantingscellen; deze omvatten eicellen (eieren) en spermatocyten (sperma), die haploïde zijn en 23 chromosomen hebben. Menselijke somatische cellen, die alle andere cellen in het lichaam zijn, hebben 46 chromosomen, gerangschikt in 23 paren. De gepaarde chromosomen worden een homoloog paar genoemd. Tijdens de S-fase van de interfase, wanneer elk individueel chromosoom van een origineel homoloog paar wordt gerepliceerd, resulterende twee zusterchromatiden van elk origineel chromosoom worden samengevoegd, waardoor een figuur wordt gevormd die eruitziet als twee aan elkaar gelijmde X's samen. Tijdens de mitose splitst de kern zich in twee nieuwe kernen, waarbij een van elk chromatide van elk homoloog paar van zijn zuster wordt weggetrokken.

Als de cel de S-fase-controlepunten passeert, die er vooral op gericht zijn ervoor te zorgen dat het DNA niet beschadigd is, dat het correct is gerepliceerd en dat het slechts één keer is gerepliceerd, dan laten regulerende factoren de cel toe om door te gaan naar de volgende fase van interfase. Dit is G₂, wat staat voor Gap phase 2, zoals G₁. Het is ook een verkeerde benaming, omdat de cel niet wacht, maar het tijdens deze fase erg druk heeft. De cel blijft zijn normale werk doen. Denk aan die voorbeelden uit G₁ van een bladcel die fotosynthese uitvoert of een witte bloedcel die het lichaam verdedigt tegen ziekteverwekkers. Het bereidt zich ook voor om de interfase te verlaten en de mitose (M-fase) binnen te gaan, wat de tweede en laatste fase van de celcyclus is, voordat het zich deelt en helemaal opnieuw begint.

Nog een checkpoint tijdens G₂ zorgt ervoor dat het DNA correct werd gerepliceerd, en CDK staat het alleen toe om vooruit te gaan als het de verzameling doorstaat. tijdens G₂, repliceert de cel het centromeer dat de chromatiden bindt en vormt iets dat een microtubule wordt genoemd. Dit wordt een deel van de spil, een netwerk van vezels die de zusterchromatiden van elkaar wegleiden en naar hun juiste plaatsen in de nieuw verdeelde kernen. Tijdens deze fase delen mitochondriën en chloroplasten zich ook, wanneer ze in de cel aanwezig zijn. Wanneer de cel zijn controlepunten heeft overschreden, is hij klaar voor mitose en heeft hij de drie fasen van interfase voltooid. Tijdens mitose zal de kern zich in twee kernen verdelen, en op bijna hetzelfde moment, een proces genaamd cytokinese zal het cytoplasma, dat wil zeggen de rest van de cel, in twee cellen verdelen. Aan het einde van deze processen zullen er twee nieuwe cellen zijn, klaar om de G. te beginnen₁ interfase opnieuw.