Ciclul celular: definiție, faze, reglementări și fapte

Diviziune celulara este vital pentru creșterea și sănătatea unui organism. Aproape toate celulele se angajează în diviziunea celulară; unii o fac de mai multe ori în timpul vieții lor. Un organism în creștere, cum ar fi un embrion uman, folosește diviziunea celulară pentru a crește dimensiunea și specializarea organelor individuale. Chiar și organismele mature, ca un om adult retras, folosesc diviziunea celulară pentru a întreține și repara țesutul corporal. Ciclul celular descrie procesul prin care celulele își îndeplinesc sarcinile desemnate, cresc și se împart și apoi încep procesul din nou cu cele două celule fiice rezultate. În secolul al XIX-lea, progresele tehnologice în microscopie au permis oamenilor de știință să determine că toate celulele apar din alte celule prin procesul de diviziune celulară. Acest lucru a infirmat în cele din urmă credința larg răspândită anterior că celulele au generat spontan din materia disponibilă. Ciclul celular este responsabil pentru toată viața în curs de desfășurare. Indiferent dacă se întâmplă în celulele algelor care se agață de o piatră dintr-o peșteră sau în celulele pielii de pe braț, pașii sunt aceiași.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Diviziunea celulară este vitală pentru creșterea și sănătatea unui organism. Ciclul celular este ritmul repetat al creșterii și diviziunii celulare. Se compune din etapele interfazice și mitoze, precum și subfazele acestora și procesul de citokinezie. Ciclul celular este strict reglementat de substanțe chimice la punctele de control pe parcursul fiecărei etape, pentru a vă asigura că mutațiile nu apar și că creșterea celulară nu se întâmplă mai repede decât ceea ce este sănătos pentru mediul înconjurător țesut.

Ciclul celular constă în esență din două faze. Prima fază este interfazică. În timpul interfazei, celula se pregătește pentru diviziunea celulară în trei subfaze numite G₁ fază, Faza S. și G₂ fază. Până la sfârșitul interfazei, cromozomii din nucleul celular au fost toți duplicați. De-a lungul tuturor acestor etape, celula continuă, de asemenea, să își îndeplinească funcțiile zilnice, oricare ar fi acestea. Interfaza poate dura zile, săptămâni, ani - și, în unele cazuri, pe întreaga durată de viață a organismului. Majoritatea celulelor nervoase nu părăsesc niciodată G₁ etapă a interfazei, astfel încât oamenii de știință au desemnat o etapă specială pentru celule precum acestea numită G₀. Această etapă este pentru celulele nervoase și alte celule care nu vor intra într-un proces de diviziune celulară. Uneori, acest lucru se datorează faptului că pur și simplu nu sunt pregătiți sau nu sunt desemnați, cum ar fi celulele nervoase sau celulele musculare, și asta se numește stare de repaus. Alteori, acestea sunt prea vechi sau deteriorate, iar asta se numește stare de senescență. Deoarece celulele nervoase sunt separate de ciclul celular, deteriorarea lor este în mare parte ireparabilă, spre deosebire de a os rupt și acesta este motivul pentru care persoanele cu leziuni ale coloanei vertebrale sau ale creierului au adesea permanent dizabilități.

A doua fază a ciclului celular se numește mitoza sau faza M.. În timpul mitozei, nucleul se împarte în două, trimitând câte o copie a fiecărui cromozom duplicat către fiecare dintre cei doi nuclei. Sunt patru etapele mitozei, și acestea sunt profază, metafaza, anafaza și telofazat. Aproximativ în același timp în care se întâmplă mitoza, are loc un alt proces, numit citokinezie, care este aproape propria sa fază. Acesta este procesul prin care se împarte citoplasma celulei și orice altceva din ea. În acest fel, atunci când nucleul se împarte în două, există două din toate celulele înconjurătoare pentru a merge cu fiecare nucleu. Odată ce divizarea este completă, membrana plasmatică se închide în jurul fiecărei celule noi și se ciupe, împărțind complet cele două celule identice una de cealaltă. Imediat, ambele celule se află din nou în prima etapă a interfazei: G₁.

G₁ înseamnă Gap phase 1. Termenul „decalaj” provine dintr-un moment în care oamenii de știință descopereau diviziunea celulară la microscop și găseau stadiul mitotic foarte interesant și important. Au observat divizarea nucleului și procesul citokinetic însoțitor ca dovadă că toate celulele provin din alte celule. etapele interfazei, cu toate acestea, părea statică și inactivă. Prin urmare, ei i-au gândit ca pe perioade de odihnă, sau lacune în activitate. Adevărul este însă că G₁ - și G₂ la sfârșitul interfazei - sunt perioade de creștere pline de viață pentru celulă, în care celula crește în dimensiune și contribuie la bunăstarea organismului în orice mod s-a „născut” să facă. În plus față de sarcinile sale celulare regulate, celula construiește molecule precum proteine ​​și acid ribonucleic (ARN).

Dacă ADN-ul celulei nu este deteriorat și celula a crescut suficient, se trece la a doua etapă a interfazei, numită Faza S.. Acest lucru este scurt pentru faza de sinteză. În această fază, după cum sugerează și numele, celula dedică o cantitate mare de energie sintetizării moleculelor. Mai exact, celula își reproduce ADN-ul, duplicându-și cromozomii. Oamenii au 46 de cromozomi în celulele lor somatice, care sunt toate celule care nu sunt celule reproductive (spermă și ovule). Cei 46 de cromozomi sunt organizați în 23 de perechi omoloage care sunt unite între ele. Fiecare cromozom dintr-o pereche omologă se numește omologul celuilalt. Când cromozomii sunt duplicați în timpul fazei S, aceștia sunt înfășurați foarte strâns în jurul proteinei histonice fire denumite cromatină, ceea ce face ca procesul de duplicare să fie mai puțin predispus la erori de replicare a ADN sau mutaţie. Cei doi noi cromozomi identici sunt acum numiți fiecare cromatide. Șuvițele de histone leagă cele două cromatide identice, astfel încât să formeze un fel de formă de X. Punctul în care sunt legate este numit centromer. În plus, cromatidele sunt încă unite la omologul lor, care este acum și o pereche de cromatide în formă de X. Fiecare pereche de cromatide se numește cromozom; regula generală este că nu există niciodată mai mult de un cromozom atașat la un centromer.

Ultima etapă a interfazei este G₂, sau Gap faza 2. Această fază a primit numele din aceleași motive ca G₁. La fel ca în timpul lui G₁ și faza S, celula rămâne ocupată cu sarcinile sale tipice de-a lungul etapei, chiar și atunci când termină activitatea de interfață și se pregătește pentru mitoză. Pentru a se pregăti pentru mitoză, celula își împarte mitocondriile, precum și cloroplastele (dacă are). Începe să sintetizeze precursorii fibrelor fusului, care se numesc microtubuli. Le face prin reproducerea și stivuirea centromerilor perechilor de cromatide în nucleul său. Fibrele fusului vor fi cruciale pentru procesul de diviziune nucleară în timpul mitozei, când cromozomii vor trebui separați în cele două nuclee de separare; asigurarea faptului că cromozomii corecți ajung la nucleul corect și rămân asociați cu omologul corect sunt cruciale, pentru a preveni mutațiile genetice.

Markerii care împart între fazele ciclului celular și subfazele interfazei și mitozei sunt artificii pe care oamenii de știință le folosesc pentru a putea descrie procesul de diviziune celulară. În natură, procesul este fluid și fără sfârșit. Prima etapă a mitozei se numește profază. Începe cu cromozomii în starea în care se aflau la sfârșitul lui G₂ stadiul interfazei, reprodus cu cromatide surori atașate de centromeri. În timpul profazei, firul de cromatină se condensează, ceea ce permite cromozomilor (adică fiecare pereche de cromatide surori) să devină vizibile la microscopie cu lumină. Centromerii continuă să crească în microtubuli, care formează fibre ax. Până la sfârșitul profazei, membrana nucleară se descompune, iar fibrele fusului se conectează pentru a forma o rețea structurală pe tot parcursul citoplasmei celulei. Deoarece cromozomii plutesc acum liberi în citoplasmă, fibrele fusului sunt singurul suport care le împiedică să plutească în rătăcire.

Celula se mută în metafază imediat ce membrana nucleară se dizolvă. Fibrele fusului mută cromozomii către ecuatorul celulei. Acest plan este cunoscut ca ecuatorul fusului sau placa metafazică. Nu este nimic tangibil acolo; este pur și simplu un plan în care se aliniază toți cromozomii și care bisectează celula fie orizontal, fie vertical, în funcție de modul în care vizualizați sau imaginați celula (pentru o reprezentare vizuală a acesteia, consultați Resurse). La om, există 46 de centromeri și fiecare este atașat de o pereche de surori cromatide. Numărul de centromeri depinde de organism. Fiecare centromer este conectat la două fibre de fus. Cele două fibre ale fusului diverg după ce părăsesc centromerul, astfel încât să se conecteze la structuri de pe polii opuși ai celulei.

Celula se schimbă în anafază, care este cea mai scurtă dintre cele patru faze ale mitozei. Fibrele fusului care leagă cromozomii de polii celulei se scurtează și se îndepărtează spre polii lor respectivi. Procedând astfel, ei despart cromozomii de care sunt atașați. Centromerii s-au împărțit în două, pe măsură ce o jumătate călătorește cu fiecare soră cromatidă către un pol opus. Deoarece fiecare cromatidă are acum propriul său centromer, se numește din nou cromozom. Între timp, diferite fibre de ax atașate la ambii poli se prelungesc, determinând creșterea distanței dintre cei doi poli ai celulei, astfel încât celula să se aplatizeze și să se alunge. Procesul de anafază are loc în așa fel încât până la final, fiecare parte a celulei conține o copie a fiecărui cromozom.

Telofazat este a patra și ultima etapă a mitozei. În această etapă, cromozomii extrem de strânși - care au fost condensați pentru a crește precizia de replicare - se desfac singuri. Fibrele fusului se dizolvă și un organet celular numit reticul endoplasmatic sintetizează noi membrane nucleare în jurul fiecărui set de cromozomi. Aceasta înseamnă că celula are acum doi nuclei, fiecare cu un genom complet. Mitoza este completă.

Acum, când nucleul a fost împărțit, restul celulei trebuie să se împartă și pentru ca cele două celule să se poată despărți. Acest proces este cunoscut sub numele de citokinezie. Este un proces separat de mitoză, deși apare adesea împreună cu mitoza. Se întâmplă diferit în celulele animale și vegetale, deoarece acolo unde celulele animale au doar o membrană celulară plasmatică, celulele vegetale au un perete celular rigid. În ambele tipuri de celule, există acum două nuclee distincte într-o singură celulă. În celulele animale, se formează un inel contractil în punctul mediu al celulei. Acesta este un inel de microfilamente care se învârte în jurul celulei, strângând membrana plasmatică la centru ca un corset până creează ceea ce este cunoscut sub numele de brazdă de decolteu. Cu alte cuvinte, inelul contractil determină celula să formeze o formă de clepsidră care devine din ce în ce mai pronunțată, până când celula se prinde în două celule separate în întregime. În celulele vegetale, o organetă numită complexul Golgi creează vezicule, care sunt buzunare de lichid legate de membrană de-a lungul axei care împarte celula între cei doi nuclei. Aceste vezicule conțin polizaharide care sunt necesare pentru a forma placa celulară, iar placa celulară în cele din urmă fuzionează cu și devine parte a peretelui celular care odinioară adăpostea celula unică originală, dar acum găzduiește două celule.

Ciclul celular necesită o mare reglementare pentru a vă asigura că nu se desfășoară fără ca anumite condiții să fie îndeplinite în interiorul și în exteriorul celulei. Fără această reglementare, ar exista mutații genetice necontrolate, creșterea celulelor în afara controlului (cancer) și alte probleme. Ciclul celulei are un număr de puncte de control pentru a vă asigura că lucrurile merg corect. Dacă nu sunt, se fac reparații sau se începe moartea celulară programată. Unul dintre regulatorii chimici primari ai ciclului celular este kinaza ciclin-dependentă (CDK). Există diferite forme ale acestei molecule care funcționează în diferite puncte ale ciclului celular. De exemplu, proteina p53 este produs de ADN-ul deteriorat din celulă și care va dezactiva complexul CDK la nivelul G₁/ S checkpoint, oprind astfel progresul celulei.