Etapy typowego cyklu komórkowego

Dwa rodzaje żywych komórek mają różne cykle komórkowe. Prokariota są prostymi organizmami, których komórki nie mają jądra; komórki te rosną, a następnie dzielą się bez podążania za złożonym cyklem komórkowym. Komórki eukariotyczne mają złożoną strukturę z jądrem i organellami, takimi jak mitochondria. W komórkach eukariotycznych typowy cykl komórkowy składa się z czteroetapowego procesu podziału komórki zwanego mitoza (nowsze źródła dodają piąty stopień) i a trzy- do czterostopniowego interfaza w którym komórka spędza większość czasu.

Zarówno w komórkach prokariotycznych, jak i eukariotycznych cykl komórkowy jest podzielony między podział komórek i okres między podziałami. Komórki prokariotyczne rosną tak długo, jak długo dostępne są wymagane składniki odżywcze, jest wystarczająco dużo miejsca, a odpady nie gromadzą się. Kiedy osiągną pewien rozmiar, dzielą się na dwie części.

W przypadku komórek eukariotycznych wzrost i podział komórek zależy od wielu czynników. Komórki eukariotyczne często stanowią część organizmu wielokomórkowego i nie mogą po prostu rosnąć i dzielić się niezależnie. Dla nich mitoza i etapy międzyfazowego cyklu komórkowego są skoordynowane z innymi komórkami organizmu. Komórki

Komórki prokariotyczne mają tylko dwa etapy cyklu komórkowego. Są albo w fazie wzrostu, albo, jeśli są wystarczająco duże, wkraczają w rozszczepienie etap. Strategia przetrwania wielu prokariontów polega na szybkim namnażaniu się, aż do osiągnięcia zewnętrznych granic, takich jak brak składników odżywczych. W rezultacie część cyklu komórkowego dotycząca rozszczepienia może zachodzić bardzo szybko.

Pierwszym krokiem na etapie rozszczepienia jest replikacja DNA. Komórki prokariotyczne mają pojedynczą okrągłą nić DNA przyłączoną do błony komórkowej. Podczas rozszczepienia powstaje kopia DNA, która również zostaje przyłączona do błony komórkowej. Gdy komórka wydłuża się, przygotowując się do rozszczepienia, dwie kopie DNA są rozrywane na przeciwległe końce komórki.

Nowy materiał błony komórkowej osadza się między dwoma końcami komórki, a między nimi wyrasta nowa ściana. Kiedy nowa ściana komórkowa jest gotowa, dwie nowe komórki potomne rozdzielają się i wchodzą w fazę wzrostu swojego cyklu komórkowego. Każda z nowych komórek ma identyczną nić DNA i część innego materiału komórkowego.

Podobnie jak komórki prokariotyczne, komórki eukariotyczne muszą replikować swoje DNA i dzielić się na dwie komórki potomne. Proces ten jest skomplikowany, ponieważ wiele nici DNA musi zostać skopiowanych, a struktura komórki eukariotycznej musi zostać zduplikowana. Ponadto wyspecjalizowane komórki mogą się szybko rozmnażać, podczas gdy inne rzadko się dzielą, a jeszcze inne całkowicie wychodzą z cyklu komórkowego.

Komórki eukariotyczne dzielą się, ponieważ organizm rośnie lub zastępuje utracone komórki. Na przykład młode organizmy muszą rosnąć jako całość, a ich komórki muszą się dzielić. Komórki skóry nieustannie obumierają i są zrzucane z powierzchni organizmu. Muszą się dzielić w sposób ciągły, aby zastąpić utracone komórki. Inne komórki, takie jak neurony w mózgu, są wysoce wyspecjalizowane i w ogóle się nie dzielą. To, czy komórka ma aktywny cykl komórkowy, zależy od jej roli w organizmie.

Nawet komórki, które regularnie się dzielą, spędzają większość czasu w interfazie, przygotowując się do podziału. Interphase ma następujące cztery etapy:

• Pierwszy etap przerwy nazywa się sol₁. Jest to faza spoczynku po zakończeniu przez komórkę podziału przez mitozę i przed rozpoczęciem przygotowań do kolejnego podziału.
• Od G1 komórka może wyjść z cyklu komórkowego i wejść do sol₀ faza. W G₀komórki nie dzielą się już ani nie przygotowują do podziału.
• Komórki zaczynają przygotowywać się do podziału, wychodząc z G₁ i wchodząc do synteza lub S etap. DNA komórki jest replikowane podczas etapu S jako pierwszy krok do zaangażowania się w mitozę.
• Po zakończeniu replikacji DNA komórka wchodzi w drugi etap przerwy, sol₂. Podczas G₂ weryfikowana jest prawidłowa duplikacja DNA i powstają białka komórkowe niezbędne do podziału komórek.

Etapy przerwy oddzielają mitozę od procesu replikacji DNA. Ten rozdział ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia, że ​​tylko komórki z pełną i dokładną replikacją DNA mogą się dzielić. sol₁ zawiera punkty kontrolne, które weryfikują, czy komórka podzieliła się pomyślnie i czy jej DNA jest prawidłowo ukonstytuowane. sol₂ ma różne punkty kontrolne, aby upewnić się, że replikacja DNA powiodła się. Sprawdza się integralność DNA, a podział komórek można anulować lub odroczyć.

Gdy komórka wychodzi z interfazy i G₂, komórka dzieli się podczas mitozy. Na początku mitozy istnieją zduplikowane kopie DNA, a komórka wyprodukowała wystarczająco dużo materiał, białka, organelle i inne elementy strukturalne umożliwiające podział komórek na dwoje komórki potomne. Cztery etapy mitozy są następujące:

• Profaza. DNA komórki tworzy pary chromosomów, a błona jądrowa rozpuszcza się. Zaczyna tworzyć się wrzeciono, wzdłuż którego chromosomy będą się rozdzielać. Nowsze źródła umieszczają prometafaza po profazie, ale przed metafazą.
  
• Metafaza. Tworzenie wrzeciona jest zakończone. a chromosomy układają się na płytce metafazowej, w płaszczyźnie w połowie odległości między końcami wrzeciona.
• Anafaza. Chromosomy zaczynają migrować wzdłuż wrzeciona, a każdy z duplikatów przemieszcza się na przeciwległe końce komórki w miarę wydłużania się komórki.
• Telofaza. Migracja chromosomów jest zakończona i dla każdego zestawu tworzy się nowe jądro. Wrzeciono rozpuszcza się, a między dwiema komórkami potomnymi tworzy się nowa błona komórkowa.

Mitoza dzieje się stosunkowo szybko. Nowe komórki wchodzą w interfazę G₁ etap. Nowe komórki często różnicują się w tym momencie i stają się wyspecjalizowanymi komórkami, takimi jak komórki wątroby lub krwinki. Niektóre komórki pozostają niezróżnicowane i są źródłem większej liczby komórek, które mogą się dzielić i specjalizować. Sygnały do ​​podziału, różnicowania i specjalizacji komórek pochodzą z innych komórek organizmu.

Główną funkcją cyklu komórkowego jest wytwarzanie komórek potomnych o kod genetyczny identyczne z oryginalną komórką. W tym miejscu cykl może się załamać z najbardziej szkodliwymi skutkami i tego właśnie próbują uniknąć punkty kontrolne na etapach przerwy. Komórki potomne z wadliwym DNA dlatego wadliwy kod genetyczny może powodować raka i inne choroby. Komórki, które nie mają punktów kontrolnych, mogą się rozmnażać w sposób niekontrolowany i mogą tworzyć narośla i guzy.

Kiedy komórka wykryje problem w punkcie kontrolnym, może spróbować rozwiązać problem lub, jeśli nie, może wywołać śmierć komórki lub apoptoza. Skomplikowane etapy cyklu komórkowego i punkty kontrolne pomagają zapewnić, że tylko zdrowe komórki ze zweryfikowanym DNA mogą się rozmnażać i wytwarzać miliony nowych komórek, które normalnie wytwarza normalny organizm.

Cykl komórkowy, który nie działa prawidłowo, szybko prowadzi do wadliwych komórek. Jeśli nie zostaną złapane w punkcie kontrolnym, wynikiem może być organizm, który nie może pełnić normalnych funkcji, takich jak poszukiwanie pożywienia lub rozmnażanie. Jeśli uszkodzone komórki znajdują się w kluczowym narządzie, takim jak serce lub mózg, może dojść do śmierci organizmu.