3 stadier av fas

Forskare observerade först celldelningsprocessen i slutet av 1800-talet. Det konsekventa mikroskopiska beviset på att celler förbrukade energi och material för att kopiera och dela sig motbevisade den utbredda teorin att nya celler uppstod från spontan generation. Forskare började förstå fenomenet med cellcykeln; detta är den process genom vilken celler "föds" genom celldelning, och sedan lever sina liv, genomgår sina dagliga cellaktiviteter, tills det är dags att genomgå celldelning själva.

Det finns gott om skäl till varför en cell kanske inte går igenom en uppdelning. Vissa celler i människokroppen gör det helt enkelt inte; till exempel slutar de flesta nervceller så småningom genomgå celldelning, varför en person som uthärdar nervskador kan få permanenta motoriska eller sensoriska underskott.

Vanligtvis är dock cellcykel är en process som består av två faser: mellanfas och mitos. Mitos är den del av cellcykeln som involverar celldelning, men den genomsnittliga cellen tillbringar 90 procent av sitt liv i mellanfas, vilket helt enkelt betyder att cellen lever och växer och inte delar sig. Det finns tre underfaser inom mellanfasen. Dessa är

TL; DR (för lång; Läste inte)

De tre stadierna av interfas är G₁, som står för Gap phase 1; S-fas, som står för syntesfas; och G₂, som står för Gap phase 2. Interfas är den första av två faser av den eukaryota cellcykeln. Den andra fasen är mitos, eller M-fas, vilket är när celldelning sker. Ibland lämnar celler inte G₁ eftersom de inte är den typ av celler som delar sig, eller för att de dör. I dessa fall befinner de sig i ett stadium som heter G₀, som inte anses vara en del av cellcykeln.

Encelliga organismer som bakterier kallas prokaryoter, och när de bedriver celldelning, är deras syfte att reproducera asexuellt; de skapar avkommor. Prokaryot celldelning kallas binär fission istället för mitos. Prokaryoter har vanligtvis bara en kromosom som inte ens innehåller av ett kärnmembran, och de saknar organeller som andra typer av celler har. Under binär fission gör en prokaryot cell en kopia av kromosomen och fäster sedan varje systerkopia av kromosomen på en motsatt sida av cellmembranet. Det börjar sedan bilda en klyfta i sitt membran som klämmer inåt i en process som kallas invagination tills den separeras i två identiska, separata celler. Cellerna som ingår i den mitotiska cellcykeln är de eukaryota cellerna. De är inte enskilda levande organismer, utan celler som finns som samverkande enheter av större organismer. Cellerna i dina ögon eller dina ben, eller cellerna i kattens tunga eller i grässtrån på din främre gräsmatta är alla eukaryota celler. De innehåller mycket mer genetiskt material än en prokaryot, så celldelningsprocessen är också mycket mer komplex.

Cellcykeln fick sitt namn eftersom celler delar sig hela tiden och börjar livet på nytt. När en cell delar sig är det slutet på mitosfasen och den börjar omedelbart interfas igen. Naturligtvis sker det i praktiken cellcykeln flytande, men forskare har avgränsade faser och underfaser i processen för att bättre förstå livets mikroskopiska byggstenar. Den nyligen delade cellen, som nu är en av två celler som tidigare var en enda cell, är i G₁ underfas av mellanfas. G₁ är en förkortning för "Gap" -fasen; det kommer att finnas en annan märkt G₂. Du kan också se dessa skrivna som G1 och G2. När forskare upptäckte det livliga, grundläggande cellulära arbetet med mitos under mikroskopet, de tolkade den relativt mindre dramatiska interfasen som en vilopaus eller pausfas mellan cellen uppdelningar.

De heter G₁ scenen med ordet ”gap” med denna tolkning, men i den meningen är det en felaktig benämning. I verkligheten, G₁ är mer ett tillväxtstadium än ett viloplats. Under denna fas gör cellen alla de saker som är normala för sin celltyp. Om det är en vit blodkropp kommer den att utföra defensiva åtgärder för immunsystemet. Om det är en bladcell i en växt kommer den att utföra fotosyntes och gasutbyte. Cellen kommer sannolikt att växa. Vissa celler växer långsamt under G₁ medan andra växer mycket snabbt. Cellen syntetiserar molekyler, såsom ribonukleinsyra (RNA) och olika proteiner. Vid en viss tidpunkt sent i G₁ scenen måste cellen ”bestämma” om den ska gå vidare till nästa steg i interfasen.

En molekyl som kallas cyklinberoende kinas (CDK) reglerar cellcykeln. Denna reglering är nödvändig för att förhindra förlust av kontroll över celltillväxt. Cellsuppdelning utom kontroll hos djur är ett annat sätt att beskriva en malign tumör eller cancer. CDK ger signaler vid kontrollpunkter under specifika punkter i cellcykeln för att cellen ska kunna fortsätta, eller för att pausa. Vissa miljöfaktorer bidrar till om CDK ger dessa signaler. Dessa inkluderar tillgången på näringsämnen och tillväxtfaktorer och celltätheten i den omgivande vävnaden. Celltäthet är en särskilt viktig metod för självreglering som används av celler för att upprätthålla goda vävnadstillväxthastigheter. CDK reglerar cellcykeln under de tre stadierna av interfas, liksom under mitos (som även kallas M-fas).

Om en cell når en reglerande kontrollpunkt och inte tar emot en signal om att fortsätta framåt med cellcykeln (till exempel om den är i slutet av G₁ i interfas och väntar på att gå in i S-fas i interfas), finns det två möjliga saker som cellen kan göra. En är att det kan pausa medan problemet är löst. Om till exempel någon nödvändig komponent är skadad eller saknas kan reparationer eller kompletteringar göras och då kan den närma sig kontrollpunkten igen. Det andra alternativet för cellen är att gå in i en annan fas som kallas G₀, som ligger utanför cellcykeln. Denna beteckning är för celler som kommer att fortsätta att fungera som de ska, men inte kommer att gå vidare till S-fas eller mitos, och som sådan inte kommer att engagera sig i celldelning. De flesta vuxna mänskliga nervceller anses vara i G₀ fas, eftersom de vanligtvis inte fortsätter till S-fas eller mitos. Celler i G₀ fas anses vara vilande, vilket innebär att de befinner sig i ett icke-delande tillstånd eller åldrande, vilket betyder att de dör.

Under G₁ i fasfas finns det två reglerande kontrollpunkter som cellen måste gå igenom innan du fortsätter. Man bedömer om cellens DNA är skadad, och om det är så måste DNA repareras innan det kan fortsätta. Även när cellen annars är redo att fortsätta till S-fasen i interfasen, finns det en annan kontrollpunkt att göra se till att miljöförhållandena - det vill säga tillståndet i miljön som omedelbart omger cellen - är gynnsam. Dessa tillstånd inkluderar celltätheten hos den omgivande vävnaden. När cellen har nödvändiga förutsättningar för att gå vidare från G₁ till S-fas binder ett cyklinprotein till CDK och exponerar den aktiva delen av molekylen, vilket signalerar till cellen att det är dags att börja S-fasen. Om cellen inte uppfyller villkoren för att flytta från G₁ till S-fas kommer inte cyklinen att aktivera CDK, vilket förhindrar progressionen. I vissa fall, såsom skadat DNA, kommer CDK-hämmare-proteiner att binda till CDK-cyklinmolekyler för att förhindra progression tills problemet åtgärdas.

När cellen kommer in S-fasmåste den fortsätta hela vägen till slutet av cellcykeln utan att vända tillbaka eller dra sig tillbaka till G₀. Det finns fler kontrollpunkter under hela processen, dock för att säkerställa att stegen slutförs ordentligt innan cellen går vidare till nästa fas av cellcykeln. ”S” i S-fas står för syntes eftersom cellen syntetiserar eller skapar en helt ny kopia av dess av DNA. I mänskliga celler betyder det att cellen gör en helt ny uppsättning av 46 kromosomer under S-fasen. Detta steg regleras noggrant för att förhindra att fel går vidare till nästa steg. dessa fel är mutationer. Mutationer händer ofta nog, men cellcykelregler hindrar mycket fler av dem från att hända. Under DNA-replikering lindas varje kromosom extremt runt strängar av proteiner som kallas histoner, vilket minskar deras längd från 2 nanometer till 5 mikron. De två nya dubbla systerkromosomerna kallas kromatider. Histonerna binder de två matchande kromatiderna tätt tillsammans längs längden. Den punkt där de förenas kallas centromeren. (Se Resurser för en visuell framställning av detta.)

För att lägga till de komplicerade rörelserna som händer under DNA-replikering är många eukaryota celler diploida, vilket innebär att deras kromosomer normalt är ordnade i par. De flesta mänskliga celler är diploida, med undantag för reproduktiva celler; dessa inkluderar oocyter (ägg) och spermatocyter (spermier), som är haploida och har 23 kromosomer. Mänskliga somatiska celler, som är alla andra celler i kroppen, har 46 kromosomer, ordnade i 23 par. De parade kromosomerna kallas ett homologt par. Under S-fas av interfas, när varje enskild kromosom från ett ursprungligt homologt par replikeras, resulterande två systerkromatider från varje originalkromosom sammanfogas och bildar en figur som ser ut som två X-limmade tillsammans. Under mitos delas kärnan upp i två nya kärnor och drar en av varje kromatid från varje homologt par bort från sin syster.

Om cellen passerar S-faskontrollpunkterna, som särskilt handlar om att se till att DNA inte skadades, att det replikeras korrekt och att den bara replikeras en gång, då tillåter regleringsfaktorer att cellen fortsätter till nästa steg i mellanfas. Det här är G₂, som står för Gap phase 2, som G₁. Det är också en felaktig benämning, eftersom cellen inte väntar, men är mycket upptagen under detta skede. Cellen fortsätter att göra sitt normala arbete. Kom ihåg dessa exempel från G₁ av en bladcell som utför fotosyntes eller en vit blodkropp som skyddar kroppen mot patogener. Det förbereder sig också för att lämna mellanfasen och gå in i mitos (M-fas), som är det andra och sista steget i cellcykeln, innan det delar sig och börjar om igen.

En annan kontrollpunkt under G₂ säkerställer att DNA replikerades korrekt, och CDK låter det bara gå framåt om det passerar mönster. Under G₂replikerar cellen centromeren som binder kromatiderna och bildar något som kallas en mikrotubuli. Detta kommer att bli en del av spindeln, som är ett nätverk av fibrer som leder systerkromatiderna bort från varandra och till sina rätta platser i de nyligen delade kärnorna. Under denna fas delas också mitokondrier och kloroplaster när de finns i cellen. När cellen har överträffat sina kontrollpunkter är den redo för mitos och har avslutat de tre stadierna av interfas. Under mitos kommer kärnan att delas i två kärnor, och nästan samtidigt, en process som kallas cytokinese kommer att dela upp cytoplasman, dvs. resten av cellen, i två celler. I slutet av dessa processer kommer det att finnas två nya celler, redo att börja G₁ fas av interfasen igen.