Innhold
- TL; DR (for lang; ikke lest)
- Fasene i cellesyklusen
- Interfase og dens underfaser
- Nedbryting av kjernemembranen i profase
- Spindelekvatoren i metafase
- To kjerner i Anaphase og Telophase
- Dyre- og plantecytokinesis
- Regulering av cellesyklus
Celledeling er avgjørende for veksten og helsen til en organisme. Nesten alle celler deltar i celledeling; noen gjør det flere ganger i levetiden. En voksende organisme, for eksempel et menneskelig embryo, bruker celledeling for å øke størrelsen og spesialiseringen av individuelle organer. Selv modne organismer, som et pensjonert voksent menneske, bruker celledeling for å opprettholde og reparere kroppsvev. Cellesyklusen beskriver prosessen som celler gjør sine utpekte jobber, vokser og deler seg, og begynner deretter prosessen på nytt med de to resulterende dattercellene. På 1800-tallet tillot teknologiske fremskritt innen mikroskopi forskere å bestemme at alle celler stammer fra andre celler gjennom prosessen med celledeling. Dette motbeviste til slutt den tidligere utbredte troen på at celler genererte spontant fra tilgjengelig materie. Cellesyklusen er ansvarlig for alt det pågående livet. Uansett om det skjer i cellene til alger som klamrer seg fast til en stein i en hule eller i cellene i huden på armen din, er trinnene de samme.
TL; DR (for lang; ikke lest)
Celledeling er avgjørende for veksten og helsen til en organisme. Cellesyklusen er den repeterende rytmen for cellevekst og deling. Det består av stadiene interfase og mitose, samt underfaser derav, og prosessen med cytokinesis. Cellesyklusen er strengt regulert av kjemikalier på sjekkpunkter i hvert trinn for å sikre at mutasjoner ikke forekommer og at celleveksten ikke skjer raskere enn det som er sunt for det omkringliggende vevet.
Fasene i cellesyklusen
Cellesyklusen består hovedsakelig av to faser. Den første fasen er grensefase. Under interfase forbereder cellen seg til celledeling i tre underfaser kalt G1 fase, S fase og G2 fase. Ved slutten av grensen er kromosomene i cellekjernen blitt duplisert. Gjennom alle disse stadiene fortsetter cellen også å utføre sine daglige funksjoner, uansett hva de er. Interfase kan vare dager, uker, år - og i noen tilfeller i hele levetiden til organismen. De fleste nerveceller forlater aldri G1 fase av interfase, så forskere har utpekt et spesielt stadium for celler som dem som kalles G0. Dette stadiet er for nerveceller og andre celler som ikke vil gå inn i en prosess med celledeling. Noen ganger er det fordi de rett og slett ikke er klare til eller ikke er utpekt til, som nerveceller eller muskelceller, og det kalles en tilstand av ro. Andre ganger er de for gamle eller skadede, og det kalles en senestensstilstand. Siden nerveceller er atskilt fra cellesyklusen, er skade på dem stort sett uopprettelig, i motsetning til et brukket bein, og dette er grunnen til at mennesker med rygg- eller hjerneskader ofte har varige funksjonshemninger.
Den andre fasen av cellesyklusen kalles mitose, eller M-fase. Under mitose deler kjernen seg i to og tar en kopi av hvert dupliserte kromosom til hver av de to kjernene. Det er fire stadier av mitose, og disse er profase, metafase, anafase og telofase. Omtrent samtidig med at mitose skjer, skjer en annen prosess, kalt cytokinesis, som er nesten sin egen fase. Dette er prosessen der cellens cytoplasma og alt annet i den deler seg. På den måten, når kjernen deler seg i to, er det to av alt i den omkringliggende cellen som går med hver kjernen. Når delingen er fullført, lukkes plasmamembranen rundt hver nye celle og klemmes av, og deler de to nye identiske cellene fra hverandre fullstendig. Umiddelbart er begge cellene i første fase av interfasen igjen: G1.
Interfase og dens underfaser
G1 står for Gap-fase 1. Begrepet “gap” kommer fra en tid da forskere oppdaget celledeling under mikroskop og syntes det mitotiske stadiet var veldig spennende og viktig. De observerte kjernedelingen og den tilhørende cytokinetiske prosessen som et bevis på at alle celler kom fra andre celler. Trinnene i interfasen virket imidlertid statiske og inaktive. Derfor tenkte de på dem som hvileperioder, eller hull i aktivitet. Sannheten er imidlertid at G1 - og G2 på slutten av interfasen - er travle vekstperioder for cellen, der cellen vokser i størrelse og bidrar til trivsel for organismen på hvilken måte den ble "født" å gjøre. I tillegg til de vanlige cellulære pliktene, bygger cellen molekyler som proteiner og ribonukleinsyre (RNA).
Hvis celle-DNA ikke er skadet og cellen har vokst nok, fortsetter den til det andre fasen av interfasen, kalt S-fase. Dette er forkortelse for syntese-fasen. I løpet av denne fasen bruker cellen en god del energi til å syntetisere molekyler, som navnet antyder. Spesifikt kopierer cellen sitt DNA og dupliserer kromosomene. Mennesker har 46 kromosomer i sine somatiske celler, som alle er celler som ikke er reproduktive celler (sæd og egg).De 46 kromosomene er organisert i 23 homologe par som er satt sammen. Hvert kromosom i et homologt par kalles den andres homolog. Når kromosomene dupliseres i løpet av S-fasen, kveiles de veldig tett rundt histonproteinstrenger kalt kromatin, noe som gjør dupliseringsprosessen mindre utsatt for DNA-replikasjonsfeil eller mutasjon. De to nye identiske kromosomene blir nå kalt kromatider. Strenger av histoner binder de to identiske kromatidene sammen slik at de danner en slags X-form. Poenget der de er bundet kalles en sentromer. I tillegg er kromatidene fortsatt knyttet til deres homolog, som nå også er et X-formet par kromatider. Hvert kromatpar kalles kromosom; tommelfingerregelen er at det aldri er mer enn ett kromosom festet til en sentromer.
Den siste fasen av grensesnittet er G2, eller Gap-fase 2. Denne fasen fikk navnet av samme grunner som G1. Akkurat som under G1 og S-fase, forblir cellen opptatt med sine typiske oppgaver gjennom hele scenen, selv når den avslutter arbeidet med grensesnittet og forbereder meg til mitose. For å forberede meg på mitose deler cellen sine mitokondrier, så vel som kloroplastene (hvis den har noen). Det begynner å syntetisere forløperne til spindelfibre, som kalles mikrotubuli. Det lager disse ved å gjenskape og stable sentromerene til kromatidparene i kjernen. Spindelfibre vil være avgjørende for prosessen med kjernedeling under mitose, når kromosomer må trekkes fra hverandre i de to separerende kjerner; å sørge for at de riktige kromosomene kommer til riktig kjernen og forblir parret med riktig homolog er avgjørende for å forhindre genetiske mutasjoner.
Nedbryting av kjernemembranen i profase
Delingsmarkørene mellom fasene i cellesyklusen og underfasene til interfase og mitose er gjenstander som forskere bruker for å kunne beskrive prosessen med celledeling. I naturen er prosessen flytende og uendelig. Det første stadiet av mitose kalles profase. Det begynner med kromosomene i staten de var i på slutten av G2 fase av interfase, replikert med søsterkromatider festet av sentromerer. Under profase kondenseres kromatinstrengen, noe som gjør at kromosomene (det vil si hvert par søsterkromatider) blir synlige under lysmikroskopi. Sentromerene fortsetter å vokse til mikrotubuli, som danner spindelfibre. Mot slutten av profase brytes kjernemembranen, og spindelfibrene kobles sammen for å danne et strukturelt nettverk i hele cytoplasma av cellen. Siden kromosomene nå flyter fritt i cytoplasmaet, er spindelfibrene den eneste bæreren som hindrer dem i å flyte på villspor.
Spindelekvatoren i metafase
Cellen beveger seg inn i metafase så snart kjernemembranen løser seg. Spindelfibrene flytter kromosomene til cellenes ekvator. Dette planet er kjent som spindelekvator eller metafaseplate. Det er ikke noe håndgripelig der; det er ganske enkelt et plan der alle kromosomene stiller seg opp, og som halverer cellen enten horisontalt eller vertikalt, avhengig av hvordan du ser på eller forestiller deg cellen (for en visuell fremstilling av dette, se Ressurser). Hos mennesker er det 46 sentromerer, og hver og en er festet til et par kromatidsøstre. Antall sentromerer avhenger av organismen. Hver sentromer er koblet til to spindelfibre. De to spindelfibrene avviker når de forlater sentromeren, slik at de kobles til strukturer på motsatte poler av cellen.
To kjerner i Anaphase og Telophase
Cellen skifter til anafase, som er den korteste av de fire fasen av mitose. Spindelfibrene som forbinder kromosomene med polene i cellen forkorter seg og beveger seg bort mot sine respektive poler. På den måten trekker de fra seg kromosomene de er festet til. Sentromerene deles også i to, da den ene halvparten reiser med hver kromatidsøster mot en motsatt pol. Siden hver kromatid nå har sin egen sentromer, kalles den for et kromosom igjen. I mellomtiden forlenges forskjellige spindelfibre festet til begge polene, noe som får avstanden mellom de to polene til cellen til å vokse, slik at cellen flater ut og forlenger seg. Prosessen med anafase skjer på en slik måte at på slutten, hver side av cellen inneholder en kopi av hvert kromosom.
Telofase er den fjerde og siste fasen av mitose. I dette stadiet løsner de ekstremt tettpakkede kromosomene - som ble kondensert for å øke replikasjonens nøyaktighet - seg selv. Spindelfibrene løses opp, og en celleorganell kalt endoplasmatisk retikulum syntetiserer nye kjernefysiske membraner rundt hvert sett med kromosomer. Dette betyr at cellen nå har to kjerner, hver med et komplett genom. Mitose er fullført.
Dyre- og plantecytokinesis
Nå som kjernen er blitt delt, må resten av cellen dele seg også slik at de to cellene kan skille seg ut. Denne prosessen er kjent som cytokinesis. Det er en egen prosess fra mitose, selv om det ofte forekommer samtidig med mitose. Det skjer annerledes i dyre- og planteceller, fordi der dyreceller bare har en plasmacellemembran, har planteceller en stiv cellevegg. I begge typer celler er det nå to distinkte kjerner i en celle. I dyreceller dannes en kontraktil ring midt i cellen. Dette er en ring av mikrofilamenter som slynger seg rundt cellen, som strammer plasmamembranen i midten som et korsett til den skaper det som er kjent som en spaltningsfure. Med andre ord får den kontraktile ringen cellen til å danne en timeglassform som blir mer og mer uttalt, inntil cellen klemmer helt sammen i to separate celler. I planteceller skaper en organelle som kalles Golgi-komplekset vesikler, som er membranbundne væskelommer langs aksen som deler cellen mellom de to kjernene. Disse vesiklene inneholder polysakkarider som er nødvendige for å danne celleplaten, og celleplaten smelter til slutt med og blir en del av celleveggen som en gang hadde den opprinnelige enkle cellen, men som nå er hjem til to celler.
Regulering av cellesyklus
Cellesyklusen krever mye regulering for å sikre at den ikke fortsetter uten at visse betingelser er oppfylt i og utenfor cellen. Uten den forskriften ville det være ukontrollerte genetiske mutasjoner, cellevekst utenfor kreft (kreft) og andre problemer. Cellesyklusen har en rekke sjekkpunkter for å sikre at ting går riktig. Hvis ikke, utføres reparasjoner eller programmeres celledød. En av de primære kjemiske regulatorene for cellesyklusen er syklinavhengig kinase (CDK). Det er forskjellige former for dette molekylet som fungerer på forskjellige punkter i cellesyklusen. For eksempel produseres proteinet p53 av skadet DNA i cellen, og som vil deaktivere CDK-komplekset ved G1/ S sjekkpunkt, og dermed arrestere cellens fremgang.