Forskere observerte først prosessen med celledeling på slutten av 1800-tallet. Det konsistente mikroskopiske beviset for at celler som bruker energi og materiale til å kopiere og dele seg, motbeviste den utbredte teorien om at nye celler oppsto fra spontan generasjon. Forskere begynte å forstå fenomenet cellesyklus; dette er prosessen der celler blir "født" gjennom celledeling, og deretter lever sine liv, og gjør sine daglige celleaktiviteter, til det er på tide å gjennomgå celledeling selv.
Det er mange grunner til at det ikke eksisterer en celle. Noen celler i menneskekroppen gjør det ganske enkelt ikke; for eksempel slutter de fleste nerveceller til slutt å gjennomgå celledeling, og det er grunnen til at en person som tåler nerveskader kan få permanente motoriske eller sensoriske underskudd.
Vanligvis er imidlertid cellesyklus er en prosess som består av to faser: mellomfase og mitose. Mitose er den delen av cellesyklusen som involverer celledeling, men den gjennomsnittlige cellen tilbringer 90 prosent av livet sitt i mellomfase, noe som ganske enkelt betyr at cellen lever og vokser og ikke deler seg. Det er tre underfaser i mellomfasen. Disse er
G1 fase, S-fase, og G2 fase.TL; DR (for lang; Leste ikke)
De tre trinnene i mellomfasen er G1, som står for Gap fase 1; S-fase, som står for syntese-fase; og G2, som står for Gap fase 2. Interfase er den første av to faser av den eukaryote cellesyklusen. Den andre fasen er mitose, eller M-fase, som er når celledeling oppstår. Noen ganger forlater ikke celler G1 fordi de ikke er typen celler som deler seg, eller fordi de dør. I disse tilfellene er de i et stadium som heter G0, som ikke regnes som en del av cellesyklusen.
Celledivisjon i prokaryoter og eukaryoter
Encellede organismer som bakterier kalles prokaryoter, og når de driver med celledeling, er deres formål å reprodusere aseksuelt; de skaper avkom. Prokaryotisk celledeling kalles binær fisjon i stedet for mitose. Prokaryoter har vanligvis bare ett kromosom som ikke engang inneholder en kjernefysisk membran, og de mangler organellene som andre typer celler har. Under binær fisjon lager en prokaryot celle en kopi av kromosomet, og fester deretter hver søsterkopi av kromosomet til en motsatt side av cellemembranen. Deretter begynner det å danne en kløft i membranen som klemmer innover i en prosess som kalles invaginasjon, til den skilles i to identiske, separate celler. Cellene som er en del av den mitotiske cellesyklusen er de eukaryote cellene. De er ikke individuelle levende organismer, men celler som eksisterer som samarbeidende enheter av større organismer. Cellene i øynene eller beinene dine, eller cellene i kattens tunge eller i gressstråene på plenen din er alt sammen eukaryote celler. De inneholder mye mer genetisk materiale enn en prokaryot, så prosessen med celledeling er også mye mer kompleks.
Den første gapfasen
Cellesyklusen fikk navnet sitt fordi cellene deler seg kontinuerlig og begynner livet på nytt. Når en celle deler seg, er det slutten på mitosefasen, og den begynner straks i mellomfasen igjen. I praksis skjer cellesyklusen flytende, men forskere har avgrensede faser og underfaser i prosessen for bedre å forstå livets mikroskopiske byggesteiner. Den nylig delte cellen, som nå er en av to celler som tidligere var en enkelt celle, er i G1 underfase av mellomfase. G1 er en forkortelse for "Gap" -fasen; det vil være en annen merket G2. Du kan også se disse skrevet som G1 og G2. Da forskere oppdaget det travle, grunnleggende cellulære arbeidet med mitose under mikroskopet, de tolket den relativt mindre dramatiske mellomfasen til å være en hvilende eller pausefase mellom cellen divisjoner.
De kalte G1 scenen med ordet "gap" ved hjelp av denne tolkningen, men i så måte er det en feilbetegnelse. I virkeligheten, G1 er mer et vekststadium enn et stadium av hvile. I løpet av denne fasen gjør cellen alle de tingene som er normale for sin celletype. Hvis det er en hvit blodlegeme, vil den utføre defensive handlinger for immunforsvaret. Hvis det er en bladcelle i en plante, vil den utføre fotosyntese og gassutveksling. Cellen vil sannsynligvis vokse. Noen celler vokser sakte under G1 mens andre vokser veldig raskt. Cellen syntetiserer molekyler, for eksempel ribonukleinsyre (RNA) og forskjellige proteiner. På et bestemt tidspunkt sent i G1 scenen, må cellen "bestemme" om den skal gå videre til neste trinn i mellomfasen.
Kontrollpunktene til Interphase
Et molekyl kalt cyklinavhengig kinase (CDK) regulerer cellesyklusen. Denne reguleringen er nødvendig for å forhindre tap av kontroll over cellevekst. Deling utenfor kontrollen hos dyr er en annen måte å beskrive en ondartet svulst, eller kreft. CDK gir signaler ved sjekkpunkter under bestemte punkter i cellesyklusen for at cellen skal fortsette, eller for å stoppe. Enkelte miljøfaktorer bidrar til om CDK gir disse signalene. Disse inkluderer tilgjengeligheten av næringsstoffer og vekstfaktorer, og celletettheten i det omkringliggende vevet. Celletetthet er en spesielt viktig metode for selvregulering som brukes av celler for å opprettholde sunne vevsveksthastigheter. CDK regulerer cellesyklusen i de tre stadiene av interfase, så vel som under mitose (som også kalles M-fase).
Hvis en celle når et regulatorisk kontrollpunkt og ikke mottar et signal om å fortsette med cellesyklusen (for eksempel hvis den er på slutten av G1 i mellomfase og venter på å komme inn i S-fase i mellomfase), er det to mulige ting som cellen kan gjøre. Den ene er at den kan stoppe mens problemet er løst. Hvis for eksempel noen nødvendig komponent er skadet eller mangler, kan reparasjoner eller tilskudd utføres, og den kan nærme seg kontrollpunktet igjen. Det andre alternativet for cellen er å gå inn i en annen fase kalt G0, som er utenfor cellesyklusen. Denne betegnelsen er for celler som vil fortsette å fungere slik de skal, men som ikke vil gå videre til S-fase eller mitose, og som sådan ikke vil delta i celledeling. De fleste voksne humane nerveceller anses å være i G0 fase, siden de vanligvis ikke fortsetter til S-fase eller mitose. Celler i G0 fase betraktes som hvilende, noe som betyr at de er i en ikke-delende tilstand, eller senescent, noe som betyr at de er døende.
Under G1 i fase, er det to regulatoriske kontrollpunkter som cellen må passere før du fortsetter. Man vurderer om cellens DNA er skadet, og hvis det er, må DNAet repareres før det kan fortsette. Selv når cellen ellers er klar til å fortsette til S-fasen av interfasen, er det et annet sjekkpunkt å utføre sørg for at miljøforholdene - som betyr tilstanden til miljøet som umiddelbart omgir cellen - er gunstig. Disse forholdene inkluderer celletettheten til det omkringliggende vevet. Når cellen har de nødvendige forholdene for å gå videre fra G1 til S-fase binder et cyklinprotein seg til CDK, og eksponerer den aktive delen av molekylet, som signaliserer til cellen at det er på tide å begynne S-fasen. Hvis cellen ikke oppfyller vilkårene for å flytte fra G1 til S-fase vil ikke syklinen aktivere CDK, noe som vil forhindre progresjon. I noen tilfeller, for eksempel skadet DNA, vil CDK-hemmerproteiner binde seg til CDK-syklinmolekyler for å forhindre progresjon til problemet er løst.
Syntese av genomet
Når cellen kommer inn S-fase, må den fortsette helt til slutten av cellesyklusen uten å vende tilbake eller trekke seg tilbake til G0. Det er flere sjekkpunkter gjennom hele prosessen, men for å sikre at trinnene blir fullført riktig før cellen går videre til neste fase av cellesyklusen. “S” i S-fasen står for syntese fordi cellen syntetiserer, eller skaper, en helt ny kopi av dens av DNA. I menneskelige celler betyr det at cellen lager et helt nytt sett med 46 kromosomer i løpet av S-fasen. Dette trinnet er nøye regulert for å forhindre at feil går over til neste trinn; disse feilene er mutasjoner. Mutasjoner skjer ofte nok, men cellesyklusbestemmelser forhindrer at langt flere av dem skjer. Under DNA-replikering blir hvert kromosom ekstremt viklet rundt proteiner som kalles histoner, og reduserer lengden fra 2 nanometer til 5 mikron. De to nye dupliserte søsterkromosomene kalles kromatider. Histonene binder de to matchende kromatidene tett sammen midt i lengden. Poenget der de blir sammenkalt kalles sentromeren. (Se Ressurser for en visuell fremstilling av dette.)
For å legge til de kompliserte bevegelsene som skjer under DNA-replikasjon, er mange eukaryote celler diploide, noe som betyr at kromosomene deres normalt er ordnet i par. De fleste menneskelige celler er diploide, med unntak av reproduktive celler; disse inkluderer oocytter (egg) og spermatocytter (sperm), som er haploide og har 23 kromosomer. Menneskelige somatiske celler, som alle er de andre cellene i kroppen, har 46 kromosomer, ordnet i 23 par. De sammenkoblede kromosomene kalles et homologt par. Under S-fase av interfase, når hvert enkelt kromosom fra et originalt homologt par replikeres, blir resulterende to søsterkromatider fra hvert originale kromosom blir sammenføyd, og danner en figur som ser ut som to X-er limt sammen. Under mitose vil kjernen dele seg i to nye kjerner, og trekke en av hvert kromatid fra hvert homologe par bort fra søsteren.
Forberedelse til celledivisjon
Hvis cellen passerer S-fasekontrollpunktene, som er spesielt opptatt av å sørge for at DNA ikke ble skadet, at den replikert riktig og at den bare replikeres en gang, så tillater regulatoriske faktorer at cellen fortsetter til neste trinn av mellomfase. Dette er G2, som står for Gap fase 2, som G1. Det er også en feilnavn, siden cellen ikke venter, men er veldig opptatt i løpet av dette stadiet. Cellen fortsetter å gjøre sitt normale arbeid. Husk eksemplene fra G1 av en bladcelle som utfører fotosyntese eller en hvit blodlegeme som forsvarer kroppen mot patogener. Den forbereder seg også på å forlate interfase og gå inn i mitose (M-fase), som er den andre og siste fasen av cellesyklusen, før den deler seg og begynner på nytt.
Nok et sjekkpunkt under G2 sørger for at DNA ble replikert riktig, og CDK lar det bare gå fremover hvis det passerer mønster. Under G2replikerer cellen sentromeren som binder kromatidene og danner noe som kalles en mikrotubuli. Dette blir en del av spindelen, som er et nettverk av fibre som vil lede søsterkromatidene bort fra hverandre og til deres rette steder i de nylig delte kjernene. I løpet av denne fasen deler også mitokondrier og kloroplaster når de er tilstede i cellen. Når cellen har overgått kontrollpunktene, er den klar for mitose og er ferdig med de tre trinnene i mellomfasen. Under mitose vil kjernen dele seg i to kjerner, og nesten samtidig, en prosess som kalles cytokinese vil dele cytoplasmaet, som betyr resten av cellen, i to celler. Ved slutten av disse prosessene vil det være to nye celler, klare til å starte G1 fase av interfasen igjen.
