Ћелијски циклус: Дефиниција, фазе, регулација и чињенице

Ћелијске деобе је од виталног значаја за раст и здравље организма. Готово све ћелије учествују у подели ћелија; неки то раде више пута у свом животном вијеку. Растући организам, као што је људски ембрион, користи ћелијску поделу да би повећао величину и специјализацију појединих органа. Чак и зрели организми, попут одраслог пензионисаног човека, користе ћелијску поделу да би одржавали и поправљали телесно ткиво. Ћелијски циклус описује процес којим ћелије обављају задате послове, расту и деле се, а затим започињу поступак поново са две настале ћерке ћелије. У 19. веку технолошки напредак микроскопије омогућио је научницима да утврде да све ћелије настају из других ћелија кроз процес деобе ћелија. Ово је коначно оповргло раније раширено веровање да ћелије спонтано генеришу из доступне материје. Ћелијски циклус је одговоран за сав текући живот. Без обзира да ли се то дешава у ћелијама алги које се лепе за стену у пећини или у ћелијама коже на вашој руци, кораци су исти.

ТЛ; ДР (предуго; Нисам прочитао)

Подела ћелија је витална за раст и здравље организма. Ћелијски циклус је понављајући ритам раста и деобе ћелија. Састоји се од стадијума интерфазе и митозе, као и њихових подфаза, и процеса цитокинезе. Ћелијски циклус је строго регулисан хемикалијама на контролним пунктовима током сваког корака како би се то осигурало мутације се не дешавају и да се раст ћелија не дешава брже од онога што је здраво за околину ткива.

Ћелијски циклус се у основи састоји од две фазе. Прва фаза је међуфазна. Током интерфазе, ћелија се припрема за поделу ћелије у три подфазе Г.₁ фаза, С фаза и Г.₂ фаза. На крају интерфазе, хромозоми у ћелијском језгру су дуплирани. Кроз све ове фазе, ћелија такође наставља да обавља своје свакодневне функције, какве год оне биле. Интерфаза може трајати данима, недељама, годинама - а у неким случајевима и читав животни век организма. Већина нервних ћелија никада не напушта Г.₁ стадиј интерфазе, па су научници за ћелије попут њих одредили посебну фазу под називом Г₀. Ова фаза је намењена нервним ћелијама и другим ћелијама које неће ући у процес деобе ћелија. Понекад је то зато што они једноставно нису спремни или нису за то одређени, попут нервних ћелија или мишићних ћелија, а то се назива стањем мировања. Други пут су престари или оштећени, а то се назива старомодним стањем. Будући да су нервне ћелије одвојене од ћелијског циклуса, оштећење им је углавном непоправљиво, за разлику од сломљена кост, и то је разлог што људи са повредама кичме или мозга често имају трајну инвалидитетом.

Друга фаза ћелијског циклуса се назива митоза или М фаза. Током митозе, језгро се дели на два дела, шаљући по једну копију сваког дуплираног хромозома у свако од два језгра. Постоје четири стадијуми митозе, а ово су профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Отприлике у исто време када се дешава митоза, јавља се још један процес, тзв цитокинеза, што је готово сопствена фаза. Ово је процес којим се ћелијска цитоплазма и све остало у њој дели. На тај начин, када се језгро подели на два дела, у околној ћелији има по две ствари које иду уз свако језгро. Када се подела заврши, плазматска мембрана се затвара око сваке нове ћелије и приклијешти, делећи две нове идентичне ћелије једна од друге у потпуности. Одмах су обе ћелије поново у првој фази интерфазе: Г.₁.

Г.₁ означава фазу празнине 1. Термин „јаз“ потиче из времена када су научници откривали деобу ћелија под микроскопом и открили да је митотска фаза врло узбудљива и важна. Они су посматрали поделу језгра и пратећи процес цитокинетике као доказ да све ћелије потичу из других ћелија. Тхе фазе интерфазе, међутим, изгледало је статично и неактивно. Стога су их сматрали периодима одмора или празнинама у активностима. Истина је, међутим, да је Г.₁ - и Г.₂ на крају интерфазе - су жустри периоди раста ћелије, у којима ћелија расте у величини и доприноси добробити организма на било који начин за који је „рођена“. Поред редовних ћелијских обавеза, ћелија гради и молекуле попут протеина и рибонуклеинске киселине (РНК).

Ако ДНК ћелије није оштећен и ћелија је порасла довољно, она прелази у другу фазу интерфазе, тзв С фаза. Ово је кратко за фазу синтезе. Током ове фазе, као што и само име говори, ћелија посвећује велику количину енергије синтетизовању молекула. Конкретно, ћелија реплицира своју ДНК, дуплирајући своје хромозоме. Људи имају 46 хромозома у својим соматским ћелијама, што су све ћелије које нису репродуктивне ћелије (сперматозоиди и јајне ћелије). 46 хромозома је организовано у 23 хомологна пара који су повезани. Сваки хромозом у хомологном пару назива се хомологом другог. Када се хромозоми дуплирају током С фазе, они су врло чврсто намотани око хистонског протеина нити назване хроматин, што чини процес дуплирања мање подложним грешкама репликације ДНК, или мутација. Сада се називају два нова идентична хромозома хроматиде. Праменови хистона везују две идентичне хроматиде заједно тако да чине неку врсту Кс облика. Тачка на којој су везани назива се центромера. Поред тога, хроматиде су још увек повезане са својим хомологом, који је сада такође пар хроматида у облику слова Кс. Сваки пар хроматида назива се хромозом; основно правило је да за једну центромеру никада није причвршћено више од једног хромозома.

Последња фаза међуфазе је Г.₂, или Гап фаза 2. Ова фаза је добила име из истих разлога као и Г.₁. Баш као за време Г.₁ и С фазу, ћелија остаје заузета својим типичним задацима током читаве фазе, чак и док завршава рад међуфазе и припрема се за митозу. Да би се припремила за митозу, ћелија дели своје митохондрије, као и хлоропласте (ако их има). Почиње да синтетише прекурсоре вретенастих влакана, која се називају микротубуле. Израђује их тако што реплицира и слаже центромере хроматидних парова у његово језгро. Вретенаста влакна биће пресудна за процес нуклеарне деобе током митозе, када ће хромозоми морати да се одвоје у два одвојена језгра; пресудно је осигурати да тачни хромозоми дођу до исправног језгра и остану упарени са исправним хомологом, како би се спречиле генетске мутације.

Маркери поделе између фаза ћелијског циклуса и подфаза интерфазе и митозе су вештине које научници користе да би могли да опишу процес ћелијске деобе. У природи је процес течан и никад се не завршава. Прва фаза митозе се назива профаза. Почиње са хромозомима у стању у којем су били на крају Г.₂ фаза међуфазе, пресликана сестринским хроматидама прикаченим центромерама. Током профазе, хроматински ланац се кондензује, што омогућава хромозомима (то јест, сваком пару сестринских хроматида) да постану видљиви под светлосном микроскопијом. Центромере настављају да расту у микротубуле, које формирају вретенаста влакна. На крају профазе, нуклеарна мембрана се распада, а вретенаста влакна се повезују и формирају структурну мрежу кроз цитоплазму ћелије. С обзиром да хромозоми сада слободно плутају у цитоплазми, вретенаста влакна су једина подршка која их спречава да залутају.

Ћелија се помера у метафазу чим се нуклеарна мембрана раствара. Вретенаста влакна померају хромозоме на екватор ћелије. Ова раван је позната као екватор вретена или метафазна плоча. Тамо нема ништа опипљиво; то је једноставно раван у којој се сви хромозоми поређају и која раздваја ћелију хоризонтално или вертикално, у зависности од тога како гледате или замишљате ћелију (за визуелни приказ овога погледајте Ресурси). Код људи постоји 46 центромера и сваки је везан за пар сестара хроматида. Број центромера зависи од организма. Свака центромера је повезана са два вретенаста влакна. Два вретенаста влакна се разилазе када напусте центромеру, тако да се повезују са структурама на супротним половима ћелије.

Ћелија прелази у анафазу, која је најкраћа од четири фазе митозе. Вретенаста влакна која повезују хромозоме са половима ћелије се скраћују и одмичу према својим половима. Притом раздвајају хромозоме за које су везани. Центромере се такође деле на два дела док једна половина путује са сваком хроматидном сестром према супротном полу. Пошто свака хроматида сада има своју центромеру, она се поново назива хромозомом. У међувремену, различита вретенаста влакна причвршћена за оба пола се продужавају, узрокујући да растојање између два пола ћелије расте, тако да се ћелија изравна и издужи. Процес анафазе се дешава на такав начин да на крају свака страна ћелије садржи по једну копију сваког хромозома.

Телофаза је четврта и последња фаза митозе. У овој фази, изузетно чврсто спаковани хромозоми - који су били згуснути да би повећали тачност репликације - сами се одмотавају. Влакна вретена се растварају, а ћелијска органела названа ендоплазматични ретикулум синтетише нове нуклеарне мембране око сваког скупа хромозома. То значи да ћелија сада има два језгра, свако са комплетним геномом. Митоза је завршена.

Сада када је језгро подељено, остатак ћелије такође треба да се подели како би се две ћелије могле раздвојити. Овај процес је познат као цитокинеза. То је одвојен процес од митозе, мада се често јавља заједно са митозом. У животињским и биљним ћелијама догађа се другачије, јер тамо где животињске ћелије имају само мембрану плазме, ћелије биљака имају крут ћелијски зид. У обе врсте ћелија сада постоје два различита језгра у једној ћелији. У животињским ћелијама у средњој тачки ћелије настаје контрактилни прстен. Ово је прстен микрофиламената који се цинкају око ћелије, затежући плаземску мембрану у центру попут стезника све док не створи оно што је познато као бразда у цепању. Другим речима, контрактилни прстен доводи до тога да ћелија формира облик пешчаног сата који постаје све израженији, све док се ћелија у потпуности не стегне у две одвојене ћелије. У биљним ћелијама органела звана Голгијев комплекс ствара везикуле, које су мембрански везани џепови течности дуж осе која дели ћелију између два језгра. Те везикуле садрже полисахариде који су потребни за формирање ћелијске плоче и на крају ћелијске плоче стапа се и постаје део ћелијског зида у коме се некада налазила оригинална појединачна ћелија, али је сада дом двоје ћелије.

Ћелијски циклус захтева велику регулацију како би се осигурало да се он неће одвијати без испуњавања одређених услова унутар и изван ћелије. Без те регулације настале би неконтролисане генетске мутације, неконтролисани раст ћелија (рак) и други проблеми. Ћелијски циклус има бројне контролне тачке како би се осигурало да се ствари одвијају исправно. Ако нису, врше се поправке или започиње програмирано одумирање ћелија. Један од примарних хемијских регулатора ћелијског циклуса је циклин-зависна киназа (ЦДК). Постоје различити облици овог молекула који делују у различитим тачкама ћелијског циклуса. На пример, протеин п53 настаје оштећеном ДНК у ћелији и која ће деактивирати ЦДК комплекс на Г₁/ С контролна тачка, чиме се зауставља напредак ћелије.