3 etapy interfazy

Naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali proces podziału komórek pod koniec XIX wieku. Spójne mikroskopowe dowody na to, że komórki zużywają energię i materiał, aby się kopiować i dzielić, obaliły powszechną teorię, że nowe komórki powstały w wyniku spontanicznego generowania. Naukowcy zaczęli rozumieć zjawisko cyklu komórkowego; jest to proces, w którym komórki „rodzą się” poprzez podział komórki, a następnie żyją swoim życiem, wykonując swoje codzienne czynności komórkowe, aż nadejdzie czas, aby same przejść podział komórki.

Istnieje wiele powodów, dla których komórka może nie przejść przez podział. Niektóre komórki w ludzkim ciele po prostu tego nie robią; na przykład większość komórek nerwowych w końcu przestaje ulegać podziałom komórkowym, dlatego osoba, która cierpi na uszkodzenie nerwów, może cierpieć na trwałe deficyty motoryczne lub czuciowe.

Zazwyczaj jednak cykl komórkowy to proces składający się z dwóch faz: interfaza i mitoza. Mitoza jest częścią cyklu komórkowego, która obejmuje podział komórki, ale przeciętna komórka spędza 90 procent swojego życia w interfazie, co oznacza po prostu, że komórka żyje i rośnie, a nie dzieli się. W interfazie są trzy podfazy. To są

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Trzy stopnie interfazy to G₁, co oznacza fazę przerwy 1; Faza S, co oznacza fazę syntezy; i G₂, co oznacza fazę przerwy 2. Interfaza to pierwsza z dwóch faz eukariotycznego cyklu komórkowego. Druga faza to mitoza lub faza M, kiedy następuje podział komórek. Czasami komórki nie opuszczają G₁ ponieważ nie są typem komórek, które się dzielą, lub ponieważ umierają. W takich przypadkach są one na etapie zwanym G₀, który nie jest uważany za część cyklu komórkowego.

Organizmy jednokomórkowe, takie jak bakterie, nazywane są prokariota, a kiedy angażują się w podział komórek, ich celem jest rozmnażanie bezpłciowe; tworzą potomstwo. Nazywa się podział komórek prokariotycznych binarne rozczepienie zamiast mitozy. Prokariota zazwyczaj mają tylko jeden chromosom, który nie jest nawet zawarty w błonie jądrowej i brakuje im organelli, które mają inne rodzaje komórek. Podczas rozszczepienia binarnego komórka prokariotyczna tworzy kopię swojego chromosomu, a następnie dołącza każdą siostrzaną kopię chromosomu do przeciwnej strony swojej błony komórkowej. Następnie zaczyna tworzyć szczelinę w swojej błonie, która zaciska się do wewnątrz w procesie zwanym zapłodnieniem, aż rozdziela się na dwie identyczne, oddzielne komórki. Komórki, które są częścią mitotycznego cyklu komórkowego, to komórki eukariotyczne. Nie są to pojedyncze żywe organizmy, ale komórki, które istnieją jako współpracujące jednostki większych organizmów. Komórki w twoich oczach lub kościach, komórki w języku twojego kota lub w źdźbłach trawy na twoim trawniku przed domem są wszystkie komórki eukariotyczne. Zawierają znacznie więcej materiału genetycznego niż prokariota, więc proces podziału komórek jest również znacznie bardziej złożony.

Cykl komórkowy ma swoją nazwę, ponieważ komórki nieustannie się dzielą, zaczynając życie na nowo. Gdy komórka się podzieli, oznacza to koniec fazy mitozy i natychmiast ponownie rozpoczyna interfazę. Oczywiście w praktyce cykl komórkowy przebiega płynnie, ale naukowcy wyznaczyli fazy i podfazy w procesie, aby lepiej zrozumieć mikroskopijne elementy budulcowe życia. Nowo podzielona komórka, która jest teraz jedną z dwóch komórek, które wcześniej były pojedynczą komórką, znajduje się w G₁ podfaza interfazy. sol₁ to skrót od fazy „przerwy”; będzie jeszcze jeden oznaczony G₂. Możesz również zobaczyć te zapisane jako G1 i G2. Kiedy naukowcy odkryli pod mikroskopem pracowitą, fundamentalną pracę komórkową związaną z mitozą, zinterpretował stosunkowo mniej dramatyczną interfazę jako fazę spoczynku lub pauzy między komórkami podziały.

Nazwali G₁ scena ze słowem „przerwa” przy użyciu tej interpretacji, ale w tym sensie jest to myląca nazwa. W rzeczywistości, sol₁ jest bardziej etapem wzrostu niż etap odpoczynku. W tej fazie komórka wykonuje wszystkie czynności, które są normalne dla jej typu komórki. Jeśli jest to biała krwinka, będzie wykonywała działania obronne dla układu odpornościowego. Jeśli jest to komórka liścia w roślinie, będzie przeprowadzać fotosyntezę i wymianę gazową. Komórka prawdopodobnie będzie się rozrastać. Niektóre komórki rosną powoli podczas G₁ podczas gdy inne rosną bardzo szybko. Komórka syntetyzuje cząsteczki, takie jak kwas rybonukleinowy (RNA) i różne białka. W pewnym momencie późno w G₁ etap, komórka musi „zdecydować”, czy przejść do następnego etapu interfazy.

Cząsteczka zwana kinazą zależną od cyklin (CDK) reguluje cykl komórkowy. Ta regulacja jest konieczna, aby zapobiec utracie kontroli wzrostu komórek. Niekontrolowany podział komórek u zwierząt to kolejny sposób na opisanie złośliwego guza lub raka. CDK dostarcza sygnały w punktach kontrolnych w określonych punktach cyklu komórkowego, aby komórka mogła kontynuować lub zatrzymać się. Pewne czynniki środowiskowe przyczyniają się do tego, czy CDK dostarcza te sygnały. Obejmują one dostępność składników odżywczych i czynników wzrostu oraz gęstość komórek w otaczającej tkance. Gęstość komórek jest szczególnie ważną metodą samoregulacji stosowaną przez komórki w celu utrzymania zdrowego tempa wzrostu tkanki. CDK reguluje cykl komórkowy podczas trzech etapów interfazy, a także podczas mitozy (zwanej również fazą M).

Jeśli komórka osiągnie regulacyjny punkt kontrolny i nie otrzyma sygnału, aby kontynuować cykl komórkowy (na przykład, jeśli jest to koniec G₁ w interfazie i czeka na wejście w fazę S w interfazie), są dwie możliwe rzeczy, które komórka mogłaby zrobić. Jednym z nich jest to, że może się zatrzymać, gdy problem zostanie rozwiązany. Jeśli na przykład jakiś niezbędny element jest uszkodzony lub brakuje, można dokonać naprawy lub uzupełnienia, a następnie ponownie podjechać do punktu kontrolnego. Inną opcją dla komórki jest wejście w inną fazę o nazwie G₀, który jest poza cyklem komórkowym. To oznaczenie jest przeznaczone dla komórek, które będą nadal funkcjonować tak, jak powinny, ale nie przejdą do fazy S ani mitozy i jako takie nie zaangażują się w podział komórek. Uważa się, że większość dorosłych ludzkich komórek nerwowych znajduje się w G₀ fazy, ponieważ zazwyczaj nie przechodzą do fazy S lub mitozy. Komórki w G₀ uważa się, że są w stanie spoczynku, co oznacza, że ​​są w stanie nie dzielącym się lub starzeją się, co oznacza, że ​​umierają.

Podczas G₁ etap interfazy, istnieją dwa regulacyjne punkty kontrolne, przez które komórka musi przejść przed kontynuowaniem. Ocenia się, czy DNA komórki jest uszkodzone, a jeśli tak, to DNA musi zostać naprawione, zanim będzie można kontynuować. Nawet jeśli komórka jest w inny sposób gotowa do przejścia do fazy S interfazy, należy wykonać kolejny punkt kontrolny upewnić się, że warunki środowiskowe – czyli stan środowiska bezpośrednio otaczającego komórkę – są korzystny. Warunki te obejmują gęstość komórek otaczającej tkanki. Gdy komórka ma niezbędne warunki, aby przejść z G₁ do fazy S białko cykliny wiąże się z CDK, odsłaniając aktywną część cząsteczki, która sygnalizuje komórce, że nadszedł czas, aby rozpocząć fazę S. Jeśli komórka nie spełnia warunków, aby przejść z G₁ do fazy S cyklina nie aktywuje CDK, co zapobiegnie progresji. W niektórych przypadkach, takich jak uszkodzony DNA, białka inhibitorowe CDK będą wiązać się z cząsteczkami CDK-cykliny, aby zapobiec progresji, dopóki problem nie zostanie rozwiązany.

Gdy komórka wejdzie Faza S, musi trwać aż do końca cyklu komórkowego bez zawracania lub wycofywania się do G₀. W całym procesie jest jednak więcej punktów kontrolnych, aby upewnić się, że kroki są wykonywane prawidłowo, zanim komórka przejdzie do następnej fazy cyklu komórkowego. „S” w fazie S oznacza syntezę, ponieważ komórka syntetyzuje lub tworzy zupełnie nową kopię swojego DNA. W komórkach ludzkich oznacza to, że podczas fazy S komórka tworzy zupełnie nowy zestaw 46 chromosomów. Ten etap jest starannie regulowany, aby zapobiec przechodzeniu błędów do następnego etapu; te błędy to mutacje. Mutacje zdarzają się dość często, ale regulacje cyklu komórkowego zapobiegają występowaniu znacznie większej ich liczby. Podczas replikacji DNA każdy chromosom jest niezwykle zwinięty wokół nici białek zwanych histonami, zmniejszając ich długość z 2 nanometrów do 5 mikronów. Dwa nowe zduplikowane chromosomy siostrzane nazywają się chromatydy. Histony wiążą ze sobą dwie pasujące chromatydy w połowie ich długości. Punkt, w którym są one połączone, nazywa się centromerem. (Zobacz Zasoby, aby zobaczyć wizualną reprezentację tego.)

Aby dodać do skomplikowanych ruchów zachodzących podczas replikacji DNA, wiele komórek eukariotycznych jest diploidalnych, co oznacza, że ​​ich chromosomy są normalnie ułożone parami. Większość ludzkich komórek jest diploidalna, z wyjątkiem komórek rozrodczych; należą do nich oocyty (jaja) i spermatocyty (plemniki), które są haploidalne i mają 23 chromosomy. Ludzkie komórki somatyczne, które są wszystkimi innymi komórkami w ciele, mają 46 chromosomów ułożonych w 23 pary. Sparowane chromosomy nazywane są parą homologiczną. Podczas fazy S interfazy, gdy każdy pojedynczy chromosom z oryginalnej pary homologicznej jest replikowany, w rezultacie dwie siostrzane chromatydy z każdego oryginalnego chromosomu są połączone, tworząc figurę, która wygląda jak sklejone dwa X razem. Podczas mitozy jądro podzieli się na dwa nowe jądra, odciągając po jednym chromatydzie z każdej pary homologicznej od swojej siostry.

Jeśli komórka przejdzie przez punkty kontrolne fazy S, które są szczególnie związane z upewnieniem się, że DNA nie zostało uszkodzone, to replikowane prawidłowo i że replikuje się tylko raz, to czynniki regulacyjne pozwalają komórce przejść do następnego etapu interfaza. To jest G₂, co oznacza fazę przerwy 2, jak G₁. Jest to również myląca nazwa, ponieważ komórka nie czeka, ale na tym etapie jest bardzo zajęta. Komórka kontynuuje swoją normalną pracę. Przypomnij sobie te przykłady z G₁ komórki liścia wykonującej fotosyntezę lub białej krwinki broniącej organizm przed patogenami. Przygotowuje się również do opuszczenia interfazy i wejścia w mitozę (faza M), która jest drugim i ostatnim etapem cyklu komórkowego, zanim podzieli się i zacznie od nowa.

Kolejny punkt kontrolny podczas G₂ zapewnia, że ​​DNA zostało prawidłowo zreplikowane, a CDK pozwala mu iść do przodu tylko wtedy, gdy przejdzie zbiórkę. Podczas G₂, komórka replikuje centromer, który wiąże chromatydy, tworząc coś, co nazywa się mikrotubulą. Stanie się to częścią wrzeciona, które jest siecią włókien, która odprowadzi chromatydy siostrzane od siebie i do ich właściwych miejsc w nowo podzielonych jądrach. Podczas tej fazy dzielą się również mitochondria i chloroplasty, jeśli są obecne w komórce. Kiedy komórka przekroczy swoje punkty kontrolne, jest gotowa do mitozy i kończy trzy etapy interfazy. Podczas mitozy jądro podzieli się na dwa jądra i prawie w tym samym czasie nastąpi proces zwany cytokineza podzieli cytoplazmę, czyli resztę komórki, na dwie komórki. Pod koniec tych procesów pojawią się dwie nowe komórki, gotowe do rozpoczęcia G₁ ponownie etap interfazy.