Innhold
- TL; DR (for lang; ikke lest)
- Celleavdeling i prokaryoter og eukaryoter
- Den første gap-fasen
- Kontrollpunktene for grensen
- Syntese av genomet
- Forberedelse til celdivisjon
Forskere observerte først prosessen med celledeling på slutten av 1800-tallet. Det konsistente mikroskopiske beviset på celler som bruker energi og materiale for å kopiere og dele seg, motbeviste den utbredte teorien om at nye celler oppsto fra spontan generasjon. Forskere begynte å forstå fenomenet cellesyklusen; dette er prosessen der celler blir "født" gjennom celledeling, og deretter leve livene sine, gjennomgå deres daglige celleaktiviteter, til det er på tide å gjennomgå celledeling selv.
Det finnes mange grunner til at en celle ikke kan gå gjennom en inndeling. Noen celler i menneskekroppen gjør det rett og slett ikke; for eksempel slutter de fleste nerveceller til slutt å gjennomgå celledeling, og det er grunnen til at en person som tåler nerveskade kan lide permanente motoriske eller sensoriske mangler.
Typisk er imidlertid cellesyklusen en prosess som består av to faser: interfase og mitose. Mitose er den delen av cellesyklusen som involverer celledeling, men den gjennomsnittlige cellen bruker 90 prosent av sin levetid i interfase, noe som ganske enkelt betyr at cellen lever og vokser og ikke deler seg. Det er tre underfaser i interfasen. Dette er G1 fase, S fase og G2 fase.
TL; DR (for lang; ikke lest)
De tre faser av grensen er G1, som står for Gap fase 1; S-fase, som står for Syntesefase; og G2, som står for Gap-fase 2. Interfase er den første av to faser av den eukaryote cellesyklus. Den andre fasen er mitose, eller M-fase, som er når celledeling skjer. Noen ganger forlater ikke celler G1 fordi de ikke er den typen celler som deler seg, eller fordi de dør. I disse tilfellene er de i et stadium som heter G0, som ikke regnes som en del av cellesyklusen.
Celleavdeling i prokaryoter og eukaryoter
Encellede organismer som bakterier kalles prokaryoter, og når de driver med celledeling, er deres formål å reprodusere aseksuelt; de skaper avkom. Prokaryotisk celledeling kalles binær fisjon i stedet for mitose. Prokaryoter har typisk bare ett kromosom som ikke en gang er inneholdt av en kjernefysisk membran, og de mangler organellene som andre typer celler har. Under binær fisjon lager en prokaryotisk celle en kopi av kromosomet, og fester deretter hver søsterkopi av kromosomet til en motsatt side av cellemembranen. Deretter begynner den å danne en kløft i membranen som klemmer innover i en prosess som kalles invaginasjon, til den skiller seg i to identiske, separate celler. Cellene som er en del av den mitotiske cellesyklusen er de eukaryote cellene. De er ikke individuelle levende organismer, men celler som eksisterer som samarbeidende enheter av større organismer. Cellene i øynene eller beinene dine, eller cellene i kattens tunge eller i gressbladene på plenen foran er alle eukaryote celler. De inneholder mye mer genetisk materiale enn en prokaryote, så prosessen med celledeling er også mye mer kompleks.
Den første gap-fasen
Cellesyklusen fikk navnet sitt fordi cellene stadig deler seg, begynner livet på nytt. Når en celle har delt seg, er det slutten av mitosefasen, og den starter umiddelbart interfase igjen. I praksis skjer selvfølgelig cellesyklusen flytende, men forskere har avgrenset faser og underfaser i prosessen for bedre å forstå de mikroskopiske byggesteinene i livet. Den nyoppdelte cellen, som nå er en av to celler som tidligere var en enkelt celle, er i G1 subfase av interfase. G1 er en forkortelse for “Gap” -fasen; det vil være en annen merket G2. Du kan også se disse skrevet som G1 og G2. Da forskere oppdaget det travle, grunnleggende cellulære arbeidet med mitose under mikroskopet, tolket de den relativt mindre dramatiske grensen til å være en hvilende eller pausefase mellom celledelingene.
De het G1 scenen med ordet "gap" ved bruk av denne tolkningen, men i den forstand er det en feilnummer. I virkeligheten har G1 er mer et vekststadium enn et hviletrinn. I løpet av denne fasen gjør cellen alle de tingene som er normale for sin type celle. Hvis det er en hvit blodcelle, vil den utføre defensive handlinger for immunforsvaret. Hvis det er en bladcelle i en plante, vil den utføre fotosyntese og gassutveksling. Cellen vil sannsynligvis vokse. Noen celler vokser sakte under G1 mens andre vokser veldig raskt. Cellen syntetiserer molekyler, for eksempel ribonukleinsyre (RNA) og forskjellige proteiner. På et bestemt tidspunkt sent i G1 trinn, må cellen "bestemme" om hun skal gå videre til neste fase av grensen.
Kontrollpunktene for grensen
Et molekyl kalt syklinavhengig kinase (CDK) regulerer cellesyklusen. Denne forskriften er nødvendig for å forhindre tap av kontroll over cellevekst. Celledeling utenfor dyr hos dyr er en annen måte å beskrive en ondartet svulst, eller kreft. CDK gir signaler på sjekkpunkter under bestemte punkter i cellesyklusen for at cellen skal fortsette, eller pause. Enkelte miljøfaktorer bidrar til om CDK gir disse signalene. Disse inkluderer tilgjengeligheten av næringsstoffer og vekstfaktorer, og celletettheten i det omkringliggende vevet. Celletetthet er en spesielt viktig metode for selvregulering som brukes av celler for å opprettholde sunne vevsveksthastigheter. CDK regulerer cellesyklusen i de tre stadiene av interfase, så vel som under mitose (som også kalles M-fase).
Hvis en celle når et regulatorisk kontrollpunkt og ikke mottar et signal om å fortsette fremover med cellesyklusen (for eksempel hvis den er på slutten av G1 i interfase og venter på å gå inn i S-fase i interfase), er det to mulige ting som cellen kan gjøre. Den ene er at den kan stoppe mens problemet er løst. Hvis for eksempel en nødvendig komponent er skadet eller mangler, kan det utføres reparasjoner eller tilskudd, og da kan det komme til sjekkpunktet igjen. Det andre alternativet for cellen er å gå inn i en annen fase som heter G0, som er utenfor cellesyklusen. Denne betegnelsen er for celler som vil fortsette å fungere slik de skal, men ikke vil gå videre til S-fase eller mitose, og som sådan ikke vil delta i celledeling. De fleste voksne menneskelige nerveceller anses å være i G0 fase, siden de vanligvis ikke går videre til S-fase eller mitose. Celler i G0 fase anses å være i ro, noe som betyr at de er i en ikke-delende tilstand, eller senescent, noe som betyr at de dør.
Under G1 stadium av grensesnitt, er det to regulatoriske sjekkpunkter cellen må passere før du fortsetter. Man vurderer om cellens DNA er skadet, og hvis det er det, må DNAet repareres før det kan fortsette. Selv når cellen ellers er klar til å gå videre til S-fasen av grensesnittet, er det et annet sjekkpunkt for å sikre at miljøforholdene - som betyr tilstanden til miljøet som umiddelbart omgir cellen - er gunstige. Disse forholdene inkluderer celletettheten til det omkringliggende vevet. Når cellen har de nødvendige betingelser for å gå videre fra G1 til S-fase, binder et cyklinprotein seg til CDK, og utsetter den aktive delen av molekylet, som signaliserer til cellen at det er på tide å begynne S-fasen. Hvis cellen ikke oppfyller betingelsene for å flytte fra G1 til S-fase, vil ikke syklinen aktivere CDK, noe som vil forhindre progresjonen. I noen tilfeller, som skadet DNA, vil CDK-hemmerproteiner binde seg til CDK-syklinmolekyler for å forhindre progresjon til problemet er løst.
Syntese av genomet
Når cellen er kommet inn i S-fasen, må den fortsette helt til slutten av cellesyklusen uten å snu eller trekke seg tilbake til G0. Det er flere kontrollpunkter under hele prosessen, men for å sikre at trinnene blir fullført riktig før cellen går videre til neste fase av cellesyklusen. "S" i S-fasen står for syntese fordi cellen syntetiserer, eller lager, en helt ny kopi av DNA-en. I humane celler betyr det at cellen lager et helt nytt sett med 46 kromosomer i løpet av S-fasen. Dette stadiet er nøye regulert for å forhindre at feil går gjennom til neste trinn; disse feilene er mutasjoner. Mutasjoner skjer ofte nok, men cellesyklusforskrifter forhindrer at langt flere av dem skjer. Under DNA-replikasjon blir hvert kromosom ekstremt kveilet rundt tråder av proteiner som kalles histoner, og reduserer deres lengde fra 2 nanometer til 5 mikron. De to nye dupliserte søsterkromosomene kalles kromatider. Histonene binder de to matchende kromatider sammen tett halvveis ned langs. Poenget der de blir satt sammen kalles sentromer. (Se Ressurser for en visuell representasjon av dette.)
For å legge til de kompliserte bevegelsene som skjer under DNA-replikasjon, er mange eukaryote celler diploide, noe som betyr at kromosomene deres normalt er parvis anordnet. De fleste menneskelige celler er diploide, med unntak av reproduksjonscellene; disse inkluderer oocytter (egg) og spermatocytter (sædceller), som er haploide og har 23 kromosomer. Humane somatiske celler, som er alle de andre cellene i kroppen, har 46 kromosomer, anordnet i 23 par. De sammenkoblede kromosomene kalles et homologt par. I løpet av S-fasen av mellomfasen, når hvert enkelt kromosom fra et originalt homologt par blir replikert, blir de resulterende to søsterkromatider fra hvert originale kromosom sammenføyd, og danner en figur som ser ut som to X’er limt sammen. Under mitose vil kjernen dele seg i to nye kjerner, og trekke en av hver kromatid fra hvert homologt par bort fra søsteren.
Forberedelse til celdivisjon
Hvis cellen passerer S-fase sjekkpunktene, som er spesielt opptatt av å sørge for at DNA ikke ble skadet, at den replikeres riktig og at den bare replikeres en gang, lar regulatoriske faktorer cellen fortsette til neste fase av interfasen. Dette er G2, som står for Gap fase 2, som G1. Det er også en feilnummer, siden cellen ikke venter, men er veldig opptatt i løpet av dette stadiet. Cellen fortsetter å utføre sitt normale arbeid. Husk de eksemplene fra G1 av en bladcelle som utfører fotosyntese eller en hvite blodlegeme som forsvarer kroppen mot patogener. Den forbereder seg også på å forlate interfase og gå inn i mitose (M-fase), som er det andre og siste fasen av cellesyklusen, før den deler seg og begynner på nytt.
Nok et sjekkpunkt under G2 sørger for at DNA ble replikert riktig, og CDK lar det gå fremover bare hvis det passerer mønster. Under G2, replikerer cellen sentromerene som binder kromatidene, og danner noe som kalles en mikrotubule. Dette vil bli en del av spindelen, som er et nettverk av fibre som vil lede søsterkromatidene vekk fra hverandre og til deres rette steder i de nyoppdelte kjernene. I løpet av denne fasen deler mitokondrier og kloroplaster seg også når de er til stede i cellen. Når cellen har overgått sine sjekkpunkter, er den klar for mitose og er ferdig med de tre stadiene i grensefasen. Under mitose vil kjernen dele seg i to kjerner, og på nesten samme tid vil en prosess kalt cytokinesis dele cytoplasma, som betyr resten av cellen, i to celler. Ved slutten av disse prosessene vil det komme to nye celler, klare til å starte G1 fase av grensen igjen.