3 fázy medzifázy

Vedci prvýkrát pozorovali proces delenia buniek na konci 18. storočia. Dôsledné mikroskopické dôkazy o tom, že bunky vynakladajú energiu a materiál na kopírovanie a delenie sa, vyvrátili rozšírenú teóriu, že nové bunky vznikli zo spontánnej generácie. Vedci začali chápať fenomén bunkového cyklu; toto je proces, pri ktorom sa bunky „rodia“ bunkovým delením a potom žijú svoj život každodennými bunkovými aktivitami, až kým nie je čas podstúpiť samotné bunkové delenie.

Existuje veľa dôvodov, prečo bunka nemusí prejsť delením. Niektoré bunky v ľudskom tele jednoducho nie; napríklad väčšina nervových buniek nakoniec prestane prechádzať bunkovým delením, a preto môže človek, ktorý pretrpí poškodenie nervov, trpieť trvalým motorickým alebo senzorickým deficitom.

Typicky však bunkový cyklus je proces, ktorý sa skladá z dvoch fáz: medzifáza a mitóza. Mitóza je časť bunkového cyklu, ktorá zahŕňa delenie buniek, ale priemerná bunka strávi 90 percent svojho života v interfáze, čo jednoducho znamená, že bunka žije a rastie a nedelí sa. V rámci medzifázy sú tri subfázy. Toto sú

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Tri stupne interfázy sú G₁, čo znamená Gap fáza 1; S fáza, ktorá znamená fázu syntézy; a G.₂, čo je skratka pre Gap phase 2. Interfáza je prvá z dvoch fáz eukaryotického bunkového cyklu. Druhou fázou je mitóza alebo M fáza, ktorá nastáva pri delení buniek. Bunky niekedy neopúšťajú G₁ pretože nie sú typom buniek, ktoré sa delia, alebo preto, že umierajú. V týchto prípadoch sú v štádiu nazvanom G₀, ktorá sa nepovažuje za súčasť bunkového cyklu.

Jednobunkové organizmy, ako sú baktérie, sa nazývajú prokaryoty, a keď sa zaoberajú bunkovým delením, ich účelom je reprodukcia nepohlavne; vytvárajú potomkov. Prokaryotické delenie buniek sa nazýva binárne delenie namiesto mitózy. Prokaryoty majú zvyčajne iba jeden chromozóm, ktorý nie je obsiahnutý ani v jadrovej membráne, a chýbajú im organely, ktoré majú iné druhy buniek. Počas binárneho štiepenia si prokaryotická bunka vytvorí kópiu svojho chromozómu a potom pripojí každú svoju sesterskú kópiu chromozómu k opačnej strane svojej bunkovej membrány. Potom začne vo svojej membráne vytvárať štrbinu, ktorá sa v procese zvanom invaginácia zovrie dovnútra, až kým sa nerozdelí na dve rovnaké, samostatné bunky. Bunky, ktoré sú súčasťou mitotického bunkového cyklu, sú eukaryotické bunky. Nie sú to jednotlivé živé organizmy, ale bunky, ktoré existujú ako spolupracujúce jednotky väčších organizmov. Bunky v očiach alebo v kostiach alebo bunky v jazyku vašej mačky alebo v steblách trávy na vašom prednom trávniku sú všetko eukaryotické bunky. Obsahujú oveľa viac genetického materiálu ako prokaryot, takže proces delenia buniek je tiež oveľa zložitejší.

Bunkový cyklus dostal svoje meno, pretože bunky sa neustále delia a začínajú nový život. Akonáhle sa bunka rozdelí, to je koniec fázy mitózy a okamžite začne znova interfázu. Samozrejme, v praxi sa bunkový cyklus deje plynulo, ale vedci v rámci procesu vymedzili fázy a podfázy, aby lepšie pochopili mikroskopické stavebné prvky života. Novo rozdelená bunka, ktorá je teraz jednou z dvoch buniek, ktoré boli predtým jedinou bunkou, je v G₁ subfáza medzifázy. G₁ je skratka pre fázu „medzery“; bude ďalší s označením G₂. Môžete ich tiež vidieť napísané ako G1 a G2. Keď vedci objavili pod mikroskopom rušnú základnú bunkovú prácu mitózy, dosiahli to interpretovala relatívne menej dramatickú medzifázu ako fázu odpočinku alebo pauzy medzi bunkami divízie.

Pomenovali G₁ etapa so slovom „medzera“ s použitím tejto interpretácie, ale v tomto zmysle ide o nesprávne pomenovanie. V realite, G₁ je viac štádiom rastu než fáza odpočinku. Počas tejto fázy bunka robí všetky veci, ktoré sú pre jej typ bunky bežné. Ak ide o biele krvinky, bude vykonávať obranné akcie pre imunitný systém. Ak je to listová bunka v rastline, bude vykonávať fotosyntézu a výmenu plynov. Bunka pravdepodobne bude rásť. Niektoré bunky rastú pomaly počas G₁ zatiaľ čo iné rastú veľmi rýchlo. Bunka syntetizuje molekuly, ako napr ribonukleová kyselina (RNA) a rôzne proteíny. V určitom okamihu neskoro na G₁ fáza, bunka sa musí „rozhodnúť“, či prejde do ďalšej fázy medzifázy alebo nie.

Molekula nazývaná cyklín-dependentná kináza (CDK) reguluje bunkový cyklus. Táto regulácia je nevyhnutná, aby sa zabránilo strate kontroly nad bunkovým rastom. Bunkové delenie mimo zvierat mimo kontroly je ďalším spôsobom, ako opísať zhubný nádor alebo rakovinu. CDK poskytuje signály na kontrolných bodoch počas konkrétnych bodov bunkového cyklu, aby bunka pokračovala alebo aby sa pozastavila. Určité faktory prostredia prispievajú k tomu, či CDK poskytuje tieto signály. Patrí sem dostupnosť živín a rastových faktorov a hustota buniek v okolitom tkanive. Hustota buniek je obzvlášť dôležitá metóda samoregulácie používaná bunkami na udržanie rýchlosti zdravého rastu tkaniva. CDK reguluje bunkový cyklus počas troch fáz medzifázy, ako aj počas mitózy (ktorá sa tiež nazýva M fáza).

Ak bunka dosiahne regulačný kontrolný bod a neprijme signál na pokračovanie vpred s bunkovým cyklom (napríklad ak je na konci G₁ v medzifáze a čaká na vstup do fázy S v medzifáze), existujú dve možné veci, ktoré by bunka mohla urobiť. Jedným z nich je, že sa môže pozastaviť, kým sa problém vyrieši. Ak je napríklad poškodený alebo chýba niektorý potrebný komponent, je možné vykonať opravu alebo doplnenie a potom by sa mohol znovu priblížiť ku kontrolnému bodu. Druhou možnosťou pre bunku je vstup do inej fázy zvanej G₀, ktorý je mimo bunkového cyklu. Toto označenie je pre bunky, ktoré budú aj naďalej fungovať tak, ako majú, ale neprejdú do fázy S alebo mitózy a ako také sa nebudú podieľať na delení buniek. Väčšina dospelých ľudských nervových buniek sa považuje za G₀ fázy, pretože zvyčajne nepokračujú do S fázy alebo mitózy. Bunky v G₀ fáza sa považujú za pokojné, to znamená, že sú v nerozdelenom stave, alebo za starnúce, čo znamená, že umierajú.

Počas G₁ fázu medzifázy existujú dva regulačné kontrolné body, cez ktoré musí bunka prejsť, skôr ako bude pokračovať. Jeden posúdi, či je bunková DNA poškodená, a ak je, musí byť DNA opravená, aby mohla pokračovať. Aj keď je bunka inak pripravená postúpiť do fázy S medzifázy, je treba urobiť ďalší kontrolný bod uistite sa, že podmienky prostredia - čo znamená stav životného prostredia bezprostredne obklopujúceho bunku - sú priaznivý. Tieto podmienky zahŕňajú bunkovú hustotu okolitého tkaniva. Keď má bunka potrebné podmienky na postup z G₁ na S fázu sa cyklínový proteín viaže na CDK a vystavuje aktívnu časť molekuly, ktorá signalizuje bunke, že je čas začať S fázu. Ak bunka nespĺňa podmienky na presun z G₁ do fázy S, cyklín neaktivuje CDK, čo zabráni progresii. V niektorých prípadoch, ako je poškodená DNA, sa proteíny inhibítora CDK naviažu na molekuly CDK-cyklínu, aby zabránili progresii, kým sa problém neodstráni.

Akonáhle bunka vstúpi S fáza, musí pokračovať až do konca bunkového cyklu bez toho, aby sa otočila späť alebo sa stiahla na G₀. V celom procese je však viac kontrolných bodov, ktoré zabezpečujú správne dokončenie krokov pred prechodom bunky do ďalšej fázy bunkového cyklu. „S“ vo fáze S znamená syntézu, pretože bunka syntetizuje alebo vytvára úplne novú kópiu svojej DNA. V ľudských bunkách to znamená, že bunka vytvorí počas S fázy úplne novú sadu 46 chromozómov. Táto fáza je starostlivo regulovaná, aby sa zabránilo prechodu chýb do ďalšej fázy; tie chyby sú mutácie. Mutácie sa vyskytujú dosť často, ale regulácie bunkového cyklu zabraňujú ich vzniku oveľa viac. Počas replikácie DNA sa každý chromozóm extrémne stočí okolo vlákien proteínov nazývaných históny, čím sa zníži ich dĺžka z 2 nanometrov na 5 mikrónov. Dva nové duplicitné sesterské chromozómy sa nazývajú chromatidy. Históny viažu dva zodpovedajúce chromatidy spolu čiastočne po ich dĺžke. Bod, v ktorom sú spojené, sa nazýva centroméra. (Vizuálne znázornenie nájdete v časti Zdroje.)

Na doplnenie komplikovaných pohybov prebiehajúcich počas replikácie DNA je veľa eukaryotických buniek diploidných, čo znamená, že ich chromozómy sú zvyčajne usporiadané v pároch. Väčšina ľudských buniek je diploidných, s výnimkou reprodukčných buniek; patria sem oocyty (vajíčka) a spermatocyty (spermie), ktoré sú haploidné a majú 23 chromozómov. Ľudské somatické bunky, čo sú všetky ostatné bunky v tele, majú 46 chromozómov usporiadaných do 23 párov. Spárované chromozómy sa nazývajú homológne páry. Počas S fázy medzifázy, keď sa replikuje každý jednotlivý chromozóm z pôvodného homológneho páru, výsledné dve sesterské chromatidy z každého pôvodného chromozómu sa spoja a vytvoria postavu, ktorá vyzerá ako zlepená dvoma X. spolu. Počas mitózy sa jadro rozdelí na dve nové jadrá a odtiahne jeden z každého chromatidu z každého homológneho páru od svojej sestry.

Ak bunka prejde kontrolnými bodmi fázy S, ktoré sa osobitne zameriavajú na zabezpečenie toho, aby DNA nebola poškodená, tak to replikovali správne a že sa replikovali iba raz, potom regulačné faktory umožňujú bunke postúpiť do ďalšej fázy medzifáza. Toto je G₂, čo je skratka pre Gap phase 2, ako je G₁. Ide tiež o nesprávne pomenovanie, pretože bunka nečaká, ale počas tejto fázy je veľmi zaneprázdnená. Bunka naďalej vykonáva svoju normálnu prácu. Pripomeňme si tie príklady z G₁ listovej bunky vykonávajúcej fotosyntézu alebo bielych krviniek chrániacich telo pred patogénmi. Pripravuje sa tiež na opustenie medzifázy a vstup do mitózy (M fázy), ktorá je druhou a poslednou fázou bunkového cyklu, predtým, ako sa rozdelí a začne odznova.

Ďalší kontrolný bod počas G₂ zaisťuje, že DNA bola replikovaná správne, a CDK jej umožňuje posúvať sa vpred, iba ak prejde zhromaždením. Počas G₂, bunka replikuje centroméru, ktorá viaže chromatidy, a vytvára niečo, čo sa nazýva mikrotubul. To sa stane súčasťou vretena, čo je sieť vlákien, ktoré povedú sesterské chromatidy od seba a na ich správne miesta v novo rozdelených jadrách. Počas tejto fázy sa delia aj mitochondrie a chloroplasty, ak sú prítomné v bunke. Keď bunka prekročí svoje kontrolné body, je pripravená na mitózu a dokončila tri fázy medzifázy. Počas mitózy sa jadro rozdelí na dve jadrá a takmer súčasne dôjde k procesu tzv cytokinéza rozdelí cytoplazmu, čo znamená zvyšok bunky, na dve bunky. Na konci týchto procesov budú dve nové bunky pripravené na zahájenie G₁ fáza medzifázy znova.