M-fas: Vad händer i denna fas av cellcykeln?

Celler är livets grundläggande enheter, de är de mest oreducerbara enheterna som behåller alla de grundläggande egenskaperna hos levande saker, såsom metabolisk aktivitet och ett reproduktionsmedel. Precis som hela organismer utvecklas genom sin egen version av en livscykel - födelse, mognad, reproduktion, åldrande och död - har enskilda celler en egen livscykel, benämnt passande cellcykel.

(Vissa levande saker, det måste noteras, består endast av en enda cell, vilket gör "livscykel" och "cellcykel" helt överlappande förslag för dessa organismer.)

Celler i komplexa organismer lever inte nästan lika länge som de varelser de finns i. Celllivscykeln är i allmänhet mer förutsägbar och lättare att separera i ganska distinkta komponenter än livscykeln för ett måttligt komplext djur.

Dessa etapper inkluderar mellanfas och den M-fas, var och en innehåller ett antal transformatorsteg. M-fasen omfattar mitos, processen genom vilken celler reproducerar asexually för att skapa nya celler.

Till och med den mest formidabla aktiva vulkaner spendera mycket mer tid vilande än de bryter ut, men ingen ägnar stor uppmärksamhet åt de vilande perioderna. På sätt och vis är cellerna så här: mitos är den överlägset mest upptagna och dramatiska delen av cellcykeln, men cellen tillbringar faktiskt det mesta av sin tid i mellanfas. Själva denna fas inkluderar G₁, S och G₂ steg.

En nyskapad cell kommer in i den första gap (G₁) fas, under vilket allt cellinnehåll (t.ex. mitokondrier, endoplasmatisk retikulum, Golgi-apparat och andra organeller) förutom kromosomerna dupliceras.

I det följande syntes (S) fas, alla cellens kromosomer - hos människor finns det 46 - dupliceras (eller replikeras, för att använda biokemi språk).

På sekunden gap (G₂) fas, cellen utför en kvalitetskontroll av sig själv, skannar det replikerade innehållet för fel och gör eventuella korrigeringar. Cellen fortsätter sedan till M-fas.

• Vissa celler i vävnader där proliferation och omsättning är låg, såsom lever, spenderar långa perioder i en märkt fas G₀, med denna "avfart" från den typiska cykeln som inträffar direkt efter att mitosen är klar.

Under mellanfasen växer cellen till den storlek den behöver för att dela upp sig, och gör kopior av dess olika element i olika steg längs vägen. Slutet på G₁ fas signaleras av ett protein, vilket markerar det som kallas G₁ kontrollstation.

En liknande G₂ kontrollpunkt markerar början på M-fasen. Det finns ingen S₁ kontrollpunkt, dock. I vissa celler går S-fasen rakt in i M-fasen.

När cellen inte spenderar tid på att kontrollera sitt arbete i en programmerad G₂ fasen är händelsen direkt före M-fasen DNA-replikering (replikering av kromosomer) i S-fasen. Annars en G₂ fas av varierande längd upptar punkten i cellcykeln precis innan mitosen börjar.

Mitos är en process som inträffar i eukaryota celler (t.ex. växtceller, däggdjursceller och andra djur, protister och svampar) och resulterar i produktion av två dotterceller från en föräldercell, med dottercellerna genetiskt identiska med föräldern och varandra.

Det är alltså asexuellt, kontrasterar det med meios, en typ av celldelning som äger rum i vissa celler i könsorganen och involverar jonglering och blandning av genetiskt material. Dess motsvarighet i prokaryotvärlden är binär fission. I de flesta djurceller tar processen ungefär en timme - en liten del av en typisk cells livstid.

Ordet "mitos" betyder "tråd", eftersom detta beskriver det mikroskopiska utseendet på kromosomer som förbereder sig för att dela sig och som därmed har kondenserat till långa, linjärt framträdande strukturer. Även under ett kraftfullt mikroskop, interfas kromosomer, som ligger diffust i kärna, är mycket svåra att visualisera.

Det antas allmänt att mitos hänvisar till uppdelningen i lika stora halvor av modercellen. Detta är inte fallet, eftersom mitos endast avser händelser i kärnan som involverar kromosomer. Celldelning som helhet kallas cytokinese, medan kärnkraftsuppdelningen (inklusive kärnkraftshöljet) är känd som karyokinesis.

Klassiskt, de fyra namngivna stadier av mitos inkludera, i den ordning de inträffar, profas, metafas, anafas och telofas. Många källor inkluderar detaljerad beskrivning av en femte fas, prometafas, som utan tvekan skiljer sig från både profas och metafas.

Var och en av dessa faser har sina egna invecklade underverk, som snart kommer att beskrivas. Men det är ofta bra att mentalt anpassa varje mitosfas med en kort blurb om vad det innebär. Till exempel:

• Profas: Kromosom kondens uppstår.
• Prometafas: Spindlar fäster.
• Metafas: Kromosomer är inriktade.
• Anafas: Kromatider separeras.
• Telofas: Membranreformer.

Hur som helst, om en vän säger till dig att M-fasen har fyra understeg och någon annan hävdar att den är fem, krita upp det till sannolika skillnader i deras ålder (och därmed när de lärde sig om M-fasen i skolan) och överväga dem båda rätt.

Utseendet på kondenserade kromosomer markerar profasens början, på ungefär samma sätt som bildandet av distinkta kluster av chattande människor markerar den "officiella" starten på ett socialt möte.

När kromatinkondensation omvandlar det genetiska materialet till fullt formade kromosomer, kan systerkromatiderna i varje replikerad kromosom ses sammanfogade vid centromer mellan dem. Centromeren är platsen där a kinetochore kommer så småningom att bildas på varje kromatid.

Också i profas, de två centrosomes, som duplicerades i mellanfas, börjar röra sig mot motsatta sidor eller poler av cellen. På så sätt börjar de montera mitotisk spindel, som består av spindelfibrer gjord av mikrotubuli som sträcker sig från cellens poler mot centrum och fästs vid kinetokorerna (bland andra strukturer).

Som du sannolikt skulle förutsäga är spindelfibrerna orienterade parallellt med varandra och vinkelräta mot den slutliga linjen för kromosomdelning.

I många högre eukaryoter försämras också kärnhöljet under inverkan av proteinkinasenzymer under denna fas, och det kommer att byggas om från grunden i slutet av mitos i telofas.

Men i andra organismer demonteras kärnhöljet aldrig formellt. Istället sträcks det ut tillsammans med cellen i sin helhet när kromosomerna separeras och är snyggt uppdelade på en gång.

Föreställ dig att du står i en helt mörk hall och famlar framåt mot en bank av ljusbrytare som du vet är där men inte kan intuitera den exakta positionen för. Men du vill verkligen ha en drink vatten från köket, så du är ihärdig.

Detta approximerar spindelfibrernas beteende när deras ändar "sträcker sig ut" och växer mot kromosomer från båda cellens poler. "Hoppas" att ansluta till kinetochoresna som fungerar som spindelfibrernas anslutningsställe, de kan se ut som om de undersöker cytoplasma, dra tillbaka och sondra lite mer tills de äntligen träffar sina mål.

Snart har spindelfibrer på varje sida av cellen fästs vid kinetokoren på kromatiden i varje par som råkar ligga på samma sida av cellen. Det finns inga genetiska konsekvenser av denna slumpmässighet eftersom varje kromatid har exakt samma DNA som sin syster.

Spindelfibrerna initierar sedan ett "dragkamp" i ett försök att slutligen balansera sina ansträngningar på ett sätt som lämnar kromosomernas centromerer, och därmed kromosomerna själva, i en linjär typ av inriktning.

Vid början av metafasfortsätter nedbrytningen av kärnhöljet till slut, förutom naturligtvis i celler som inte tappar sina kärnmembran alls. Men det definierande steget för metafas, som vanligtvis är mycket kort, är att kromosomerna ligger i linje längs planet som kommer att fungera som gränssnitt för kromosomdelning.

Denna lilla yta kallas metafasplatta, och med tanken att cellen är som en mycket liten sfär i åtanke, är plattans position längs ekvator av cellen.

Det är möjligt för mer än en spindelmikrotubul att fästa vid en given kinetokor från samma sida, men minst en kinetochore mikrotubuli är fäst vid varje Pol. Efter att mikrotubuli har varit engagerade i sitt spel med push-and-pull tillräckligt länge för att nå ett tillstånd av balanserad spänning, slutar kromosomerna att röra sig och metafasen är över.

Vid denna tidpunkt kan spindelfibrer hamna på två andra ställen i cellen förutom kinetokorer. Dessa kan vara polär mikrotubuli (även kallad interpolar mikrotubuli), som sträcker sig förbi uppradade kromosomer och över ekvatorn, nästan till motsatt mitotiskt spindelursprung; eller astral mikrotubuli, som sträcker sig från spindelpolen till cellmembranet på samma sida.

Anafas är den mest visuellt slående komponenten i M-fas eftersom den involverar snabb kromosomrörelse när de replikerade kromosomerna delas isär. Detta åstadkoms genom att systerkromatiderna i varje duplicerad, inriktad kromosomsats dras mot motsatta poler av cellen av spindelfibrerna.

Detta görs på grund av mikrotubuliens arbete, men det underlättas av nedbrytningen av sammanhållning proteiner som binder kinetokoren till kinetokorfibrerna. I anafas börjar cellen sträcka sig från en ungefär sfärisk form (eller en cirkel, om du tittar på ett tvärsnitt) till en ungefär ovoid form (dvs. en ellips).

Anafas kan ses som presenterande anafas A, där kinetochore-spindelfibrerna drar isär kromosomerna såsom beskrivits, och anafas B, där astralfibrerna drar polerna ännu längre från ekvatorn och därmed längre från varandra och drar interpolära fibrer förbi kromosomerna på samma sida och tappar dem lätt för resan i samma riktning.

Också en kontraktil ring bildas från aktinproteiner precis under plasmamembranet i anafas; denna ring deltar i "klämningen" under cytokinese som resulterar i klyvning av hela cellen.

I början har denna del av M-fasen kromosomer i form av dotterkärnor nått motsatta ändar av cellen. Den mitotiska spindeln, efter att ha slutfört sitt arbete, tas isär; föreställ dig, säg, några små byggnadsställningar byggda längs sidan av en liten byggnad för att möjliggöra att konstruktion tas isär, balk för balk, och du får idén.

Detta är verkligen ett saneringssteg i M-fasen, analogt med epilogen i en roman. "Plottet" löstes i slutet av anafasen eftersom kromatiderna har kommit dit de skulle resa, men innan "karaktärerna" kan gå vidare krävs viss städning.

I telofas, återmonteras kärnmembranet och kromosomerna kondenseras. Det här är inte precis som att köra profasvideo i omvänd ordning, men det är nära. I cytokinesedelar sig cellen i två identiska dotterceller, var och en förbereder sig för att komma in i G1-fasen och inleda en egen cellcykel.