Hücre Döngüsü: Tanım, Evreler, Düzenleme ve Gerçekler

Hücre bölünmesi bir organizmanın büyümesi ve sağlığı için hayati önem taşır. Hemen hemen tüm hücreler hücre bölünmesine katılır; bazıları hayatları boyunca defalarca yapar. İnsan embriyosu gibi büyüyen bir organizma, tek tek organların boyutunu ve uzmanlığını artırmak için hücre bölünmesini kullanır. Emekli bir yetişkin insan gibi olgun organizmalar bile vücut dokusunu korumak ve onarmak için hücre bölünmesini kullanır. Hücre döngüsü, hücrelerin belirlenmiş işlerini yaptığı, büyüdüğü ve bölündüğü ve ardından ortaya çıkan iki yavru hücre ile süreci yeniden başlattığı süreci tanımlar. 19. yüzyılda, mikroskopideki teknolojik gelişmeler, bilim adamlarının tüm hücrelerin hücre bölünmesi süreci yoluyla diğer hücrelerden ortaya çıktığını belirlemesine izin verdi. Bu, hücrelerin mevcut maddeden kendiliğinden oluştuğuna dair daha önce yaygın olan inancı nihayet çürüttü. Hücre döngüsü, devam eden tüm yaşamdan sorumludur. İster mağarada kayaya yapışan yosun hücrelerinde olsun, ister kolunuzdaki deri hücrelerinde olsun, adımlar aynıdır.

TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)

Hücre bölünmesi, bir organizmanın büyümesi ve sağlığı için hayati öneme sahiptir. Hücre döngüsü, hücre büyümesi ve bölünmesinin tekrar eden ritmidir. Aşamalar arası ve mitozun yanı sıra alt evrelerinden ve sitokinez sürecinden oluşur. Hücre döngüsü, emin olmak için her adım boyunca kontrol noktalarında kimyasallar tarafından sıkı bir şekilde düzenlenir. mutasyonlar meydana gelmez ve hücre büyümesinin çevre için sağlıklı olandan daha hızlı gerçekleşmemesi doku.

Hücre döngüsü esas olarak iki aşamadan oluşur. İlk aşama interfazdır. İnterfaz sırasında hücre, hücre adı verilen üç alt aşamada hücre bölünmesine hazırlanır. G₁ evre, S fazı ve G₂ evre. Ara fazın sonunda, hücre çekirdeğindeki kromozomların tümü kopyalanmıştır. Tüm bu aşamalar boyunca hücre de, her ne olursa olsun günlük işlevlerini yerine getirmeye devam etmektedir. Interfaz günler, haftalar, yıllar ve bazı durumlarda organizmanın tüm ömrü boyunca sürebilir. Çoğu sinir hücresi asla G'den ayrılmaz₁ interfaz aşaması, bu nedenle bilim adamları, onlar gibi hücreler için G adı verilen özel bir aşama belirlediler.₀. Bu aşama, sinir hücreleri ve hücre bölünmesi sürecine girmeyecek diğer hücreler içindir. Bazen bunun nedeni, sinir hücreleri veya kas hücreleri gibi, hazır olmamaları veya atanmamalarıdır ve buna sessizlik durumu denir. Diğer zamanlarda, çok yaşlı veya hasarlıdırlar ve buna yaşlanma durumu denir. Sinir hücreleri hücre döngüsünden ayrı olduklarından, sinir hücrelerinin zarar görmesi çoğu zaman onarılamaz. kırık kemik ve bu, omurga veya beyin yaralanması olan kişilerin genellikle kalıcı olmasının nedenidir. engelliler.

Hücre döngüsünün ikinci aşamasına denir mitoz veya M fazı. Mitoz sırasında, çekirdek ikiye bölünür ve iki çekirdeğe her bir kopyalanmış kromozomun bir kopyasını gönderir. Dört tane var mitozun evreleri, ve bunlar profaz, metafaz, anafaz ve telofaz. Mitozun gerçekleşmesiyle yaklaşık olarak aynı zamanda, adı verilen başka bir süreç meydana gelir. sitokinez, ki bu neredeyse kendi aşamasıdır. Bu, hücrenin sitoplazmasının ve içindeki diğer her şeyin bölündüğü süreçtir. Bu şekilde, çekirdek ikiye bölündüğünde, çevreleyen hücrede her bir çekirdekle birlikte gidecek her şeyden iki tane olur. Bölme tamamlandıktan sonra, plazma zarı her yeni hücrenin etrafını kapatır ve iki yeni özdeş hücreyi birbirinden tamamen ayırarak sıkışır. Hemen, her iki hücre de tekrar interfazın ilk aşamasındadır: G₁.

G₁ Boşluk aşaması 1 anlamına gelir. "Boşluk" terimi, bilim adamlarının mikroskop altında hücre bölünmesini keşfettikleri ve mitotik aşamayı çok heyecan verici ve önemli buldukları bir zamandan gelmektedir. Çekirdek bölünmesini ve buna eşlik eden sitokinetik süreci, tüm hücrelerin diğer hücrelerden geldiğinin kanıtı olarak gözlemlediler. interfaz evreleriancak, statik ve etkin değil görünüyordu. Bu nedenle, onları dinlenme süreleri veya aktivitedeki boşluklar olarak düşündüler. Ancak gerçek şu ki, G₁ - ve G₂ interfazın sonunda - hücrenin boyut olarak büyüdüğü ve "doğduğu" her şekilde organizmanın iyiliğine katkıda bulunduğu, hücre için hareketli büyüme dönemleridir. Hücre, normal hücresel görevlerinin yanı sıra proteinler ve ribonükleik asit (RNA) gibi moleküller de oluşturur.

Eğer hücrenin DNA'sı zarar görmemişse ve hücre yeterince büyümüşse interfaz denilen ikinci evreye geçer. S fazı. Bu, Sentez aşamasının kısaltmasıdır. Bu aşamada, adından da anlaşılacağı gibi, hücre, molekülleri sentezlemek için büyük miktarda enerji harcar. Spesifik olarak, hücre, kromozomlarını çoğaltarak DNA'sını çoğaltır. İnsanların somatik hücrelerinde, tümü üreme hücresi olmayan hücreler (sperm ve yumurta) olan 46 kromozom vardır. 46 kromozom, birbirine bağlanan 23 homolog çift halinde düzenlenmiştir. Homolog bir çiftteki her kromozom, diğerinin homologu olarak adlandırılır. Kromozomlar S fazı sırasında kopyalandığında, histon proteininin etrafına çok sıkı bir şekilde sarılırlar. çoğaltma işlemini DNA replikasyon hatalarına daha az eğilimli hale getiren kromatin adı verilen iplikler veya mutasyon. İki yeni özdeş kromozomun her biri şimdi kromatitler. Histon dizileri, iki özdeş kromatidi birbirine bağlayarak bir tür X şekli oluştururlar. Bağlı oldukları noktaya sentromer denir. Ek olarak, kromatitler hala X-şekilli bir kromatit çifti olan homologlarına bağlıdır. Her bir kromatit çiftine kromozom denir; temel kural, bir sentromere bağlı birden fazla kromozom olmamasıdır.

İnterfazın son aşaması G₂, veya Boşluk aşaması 2. Bu aşamaya G ile aynı nedenlerle adı verilmiştir.₁. Tıpkı G sırasında olduğu gibi₁ ve S fazı, hücre, interfaz işini bitirip mitoza hazırlanırken bile, aşama boyunca tipik görevleriyle meşgul kalır. Mitoza hazırlanmak için hücre, mitokondrilerini ve kloroplastlarını (varsa) böler. Mikrotübül adı verilen iğ ipliklerinin öncüllerini sentezlemeye başlar. Bunları çekirdeğindeki kromatid çiftlerinin sentromerlerini kopyalayarak ve istifleyerek yapar. Mil lifleri, kromozomların iki ayrı çekirdeğe çekilmesi gerektiğinde, mitoz sırasında nükleer bölünme süreci için çok önemli olacaktır; genetik mutasyonları önlemek için doğru kromozomların doğru çekirdeğe ulaştığından ve doğru homolog ile eşleştiğinden emin olmak çok önemlidir.

Hücre döngüsünün evreleri ile interfaz ve mitozun alt evreleri arasındaki ayırıcı belirteçler, bilim adamlarının hücre bölünmesi sürecini tanımlayabilmek için kullandıkları eserlerdir. Doğada süreç akışkandır ve hiç bitmez. Mitozun ilk aşamasına denir profaz. G'nin sonundaki durumdaki kromozomlarla başlar.₂ interfaz aşaması, sentromerler tarafından bağlanan kardeş kromatitlerle kopyalanır. Profaz sırasında, kromatin ipliği yoğunlaşır, bu da kromozomların (yani her bir kardeş kromatid çifti) ışık mikroskobu altında görünür hale gelmesine izin verir. Sentromerler, iğ liflerini oluşturan mikrotübüllere dönüşmeye devam eder. Profazın sonunda, nükleer membran parçalanır ve iğ lifleri hücrenin sitoplazması boyunca yapısal bir ağ oluşturmak için bağlanır. Kromozomlar artık sitoplazmada serbest halde yüzdükleri için, iğ iplikleri onları yoldan çıkmalarını engelleyen tek destektir.

Hücre, nükleer zar çözülür çözülmez metafaza geçer. İğ iplikleri kromozomları hücrenin ekvatoruna taşır. Bu düzlem, iş mili ekvatoru veya metafaz plakası olarak bilinir. Orada somut bir şey yok; tüm kromozomların sıralandığı ve hücreyi yatay veya dikey olarak ikiye bölen bir düzlemdir. hücreyi nasıl görüntülediğinize veya hayal ettiğinize bağlı olarak dikey olarak (bunun görsel bir temsili için bkz. Kaynaklar). İnsanlarda 46 sentromer vardır ve her biri bir çift kromatit kız kardeşe bağlıdır. Sentromer sayısı organizmaya bağlıdır. Her bir sentromer iki iğ lifine bağlıdır. İki iğ lifi sentromerden ayrıldıktan sonra birbirinden ayrılır, böylece hücrenin zıt kutuplarındaki yapılara bağlanırlar.

Hücre, mitozun dört aşamasının en kısası olan anafaza geçer. Kromozomları hücrenin kutuplarına bağlayan iğ iplikleri kısalır ve kendi kutuplarına doğru uzaklaşır. Bunu yaparken, bağlı oldukları kromozomları ayırırlar. Sentromerler ayrıca, her bir kromatit kız kardeşi ile bir zıt kutba doğru hareket eden bir yarı olarak ikiye bölünür. Her kromatidin artık kendi sentromeri olduğundan, buna tekrar kromozom denir. Bu sırada her iki kutba bağlı farklı iğ iplikleri uzar ve hücrenin iki kutbu arasındaki mesafenin büyümesine neden olur, böylece hücre düzleşir ve uzar. Anafaz süreci öyle bir şekilde gerçekleşir ki, sonunda hücrenin her bir tarafı her kromozomun bir kopyasını içerir.

telofaz mitozun dördüncü ve son aşamasıdır. Bu aşamada, replikasyonun doğruluğunu artırmak için yoğunlaştırılmış son derece sıkı bir şekilde paketlenmiş kromozomlar kendilerini çözer. İğ iplikleri çözülür ve adı verilen hücresel bir organel endoplazmik retikulum Her kromozom setinin etrafında yeni nükleer membranlar sentezler. Bu, hücrenin artık her biri tam bir genoma sahip iki çekirdeğe sahip olduğu anlamına gelir. Mitoz tamamlandı.

Artık çekirdek bölündüğüne göre, iki hücrenin ayrılabilmesi için hücrenin geri kalanının da bölünmesi gerekir. Bu süreç olarak bilinir sitokinez. Mitozla birlikte görülmesine rağmen, mitozdan ayrı bir süreçtir. Hayvan ve bitki hücrelerinde farklı şekilde gerçekleşir, çünkü hayvan hücrelerinde sadece bir plazma hücre zarı bulunurken, bitki hücrelerinin sert bir hücre duvarı vardır. Her iki hücre türünde de artık bir hücrede iki ayrı çekirdek vardır. Hayvan hücrelerinde, hücrenin orta noktasında kasılma halkası oluşur. Bu, hücrenin etrafını saran, plazma zarını bir korse gibi merkezde sıkıştıran bir mikrofilament halkasıdır ve bu, yarılma oluğu olarak bilinen şeyi oluşturana kadar. Başka bir deyişle, kasılma halkası hücrenin, hücre tamamen iki ayrı hücreye ayrılıncaya kadar giderek daha belirgin hale gelen bir kum saati şekli oluşturmasına neden olur. Bitki hücrelerinde, Golgi kompleksi adı verilen bir organel, hücreyi iki çekirdek arasında bölen eksen boyunca zara bağlı sıvı cepleri olan veziküller oluşturur. Bu veziküller, hücre plakasını oluşturmak için gerekli olan polisakkaritleri içerir ve sonunda hücre plakasını oluşturur. Bir zamanlar orijinal tek hücreyi barındıran, ancak şimdi iki hücreye ev sahipliği yapan hücre duvarı ile birleşir ve onun bir parçası olur. hücreler.

Hücre döngüsü, hücrenin içinde ve dışında belirli koşullar sağlanmadan ilerlememesini sağlamak için çok fazla düzenleme gerektirir. Bu düzenleme olmadan, kontrolsüz genetik mutasyonlar, kontrol dışı hücre büyümesi (kanser) ve diğer problemler olacaktır. Hücre döngüsü, işlerin doğru şekilde ilerlediğinden emin olmak için bir dizi kontrol noktasına sahiptir. Değillerse onarım yapılır veya programlanmış hücre ölümü başlatılır. Hücre döngüsünün birincil kimyasal düzenleyicilerinden biri sikline bağımlı kinazdır (CDK). Hücre döngüsünün farklı noktalarında çalışan bu molekülün farklı formları vardır. Örneğin, protein p53 hücredeki hasarlı DNA tarafından üretilir ve bu, G'deki CDK kompleksini devre dışı bırakacaktır.₁/S kontrol noktası, böylece hücrenin ilerlemesini durdurur.