Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Клетъчно разделение в прокариоти и еукариоти
- Фазата на първата пропаст
- Контролните точки на Интерфаза
- Синтез на генома
- Подготовка за отделение на клетките
Учените за първи път наблюдават процеса на делене на клетките в края на 1800 година. Постоянните микроскопични доказателства за клетки, изразходващи енергия и материал за копиране и разделяне, опровергаха широко разпространената теория, че новите клетки са възникнали от спонтанно генериране. Учените започват да разбират явлението на клетъчния цикъл; това е процесът, при който клетките се „раждат“ чрез делене на клетките и след това живеят живота си, като се занимават с ежедневните си клетъчни дейности, докато не дойде време сами да се подложат на клетъчно делене.
Съществуват множество причини, поради които клетката може да не премине през деление. Някои клетки в човешкото тяло просто нямат; например повечето нервни клетки в крайна сметка спират да се подлагат на клетъчно делене, поради което човек, който претърпи увреждане на нервите, може да претърпи постоянен двигателен или сетивен дефицит.
Обикновено, клетъчният цикъл е процес, който се състои от две фази: интерфаза и митоза. Митозата е частта от клетъчния цикъл, която включва клетъчно деление, но средната клетка прекарва 90 процента от живота си в интерфаза, което просто означава, че клетката живее и расте, а не се дели. В рамките на интерфаза има три подфази. Това са G1 фаза, S фаза и G2 фаза.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Трите етапа на интерфаза са G1, което означава Gap фаза 1; S фаза, която означава фаза на синтеза; и G2, което означава фаза на Gap 2. Интерфазата е първата от двете фази на еукариотния клетъчен цикъл. Втората фаза е митоза, или М фаза, която се случва при клетъчно делене. Понякога клетките не напускат G1 защото те не са от типа клетки, които се делят, или защото умират. В тези случаи те са в етап, наречен G0, което не се счита за част от клетъчния цикъл.
Клетъчно разделение в прокариоти и еукариоти
Едноклетъчните организми като бактерии се наричат прокариоти и когато те участват в деленето на клетките, целта им е да се размножават без асексуално; те създават потомство. Деленето на прокариотични клетки се нарича бинарно делене вместо митоза. Прокариотите обикновено имат само една хромозома, която дори не се съдържа от ядрена мембрана и в тях липсват органелите, каквито имат другите видове клетки. По време на бинарно делене прокариотичната клетка прави копие на хромозомата си и след това прикрепя всяко сестринско копие на хромозомата към противоположната страна на своята клетъчна мембрана. След това започва да образува цепнатина в мембраната си, която се прищипва навътре в процес, наречен инвагинация, докато се раздели на две еднакви, отделни клетки. Клетките, които са част от митотичния клетъчен цикъл, са еукариотните клетки. Те не са отделни живи организми, а клетки, които съществуват като взаимодействащи единици на по-големи организми. Клетките в очите или костите ви, или клетките на езика на котките ви или в тревите на предната морава са всички еукариотни клетки. Те съдържат много повече генетичен материал от прокариот, така че процесът на делене на клетките също е много по-сложен.
Фазата на първата пропаст
Клетъчният цикъл получи името си, защото клетките непрекъснато се делят, започвайки живот наново. След като клетката се раздели, това е краят на фазата на митозата и тя веднага започва отново интерфаза. Разбира се, на практика клетъчният цикъл се случва безпроблемно, но учените са разграничили фазите и подфазите в рамките на процеса, за да разберат по-добре микроскопичните градивни елементи на живота. Новоразделената клетка, която сега е една от две клетки, които преди са били една клетка, е в G1 подфаза на интерфаза. G1 е съкращение за фазата “Gap”; ще има още един с надпис G2, Може да видите и тези, написани като G1 и G2. Когато учените откриха натоварената, основна клетъчна работа на митозата под микроскоп, те интерпретираха относително по-малко драматичната интерфаза като фаза на покой или пауза между клетъчните деления.
Те кръстиха G1 етап с думата „празнина“, използвайки тази интерпретация, но в този смисъл това е погрешно. В действителност G1 е по-скоро етап на растеж, отколкото етап на покой. По време на тази фаза клетката прави всички неща, които са нормални за нейния тип клетки. Ако това е бяла кръвна клетка, тя ще извършва защитни действия за имунната система. Ако това е листна клетка в растението, тя ще извършва фотосинтеза и обмен на газ. Клетката вероятно расте. Някои клетки растат бавно по време на G1 докато други растат много бързо. Клетката синтезира молекули, като рибонуклеинова киселина (РНК) и различни протеини. В определен момент късно в G1 етап, клетката трябва да "реши" дали да премине към следващия етап на интерфаза.
Контролните точки на Интерфаза
Молекула, наречена циклин-зависима киназа (CDK), регулира клетъчния цикъл. Това регулиране е необходимо, за да се предотврати загубата на контрол върху растежа на клетките. Клетъчното делене извън контрол е друг начин за описване на злокачествен тумор или рак. CDK предоставя сигнали в контролни точки по време на конкретни точки от клетъчния цикъл, за да продължи клетката или да направи пауза. Определени фактори на околната среда допринасят дали CDK предоставя тези сигнали. Те включват наличието на хранителни вещества и фактори на растеж и плътността на клетките в заобикалящата ни тъкан. Клетъчната плътност е особено важен метод за саморегулация, използван от клетките за поддържане на здрави темпове на растеж на тъканите. CDK регулира клетъчния цикъл по време на трите етапа на интерфаза, както и по време на митоза (която също се нарича М фаза).
Ако клетката достигне регулаторна контролна точка и не получи сигнал да продължи напред с клетъчния цикъл (например, ако е в края на G1 в интерфаза и чака да влезе в S фаза в интерфаза), има две възможни неща, които клетката би могла да направи. Единият е, че може да се направи пауза, докато проблемът бъде решен. Ако, например, някой необходим компонент е повреден или липсва, може да се извърши ремонт или допълване и тогава той може да се приближи отново до контролната точка. Другият вариант за клетката е да влезе в друга фаза, наречена G0, която е извън клетъчния цикъл. Това означение е за клетки, които ще продължат да функционират по начина, по който се предполага, но няма да преминат към S фаза или митоза и като такива няма да участват в деленето на клетките. Повечето нервни клетки на възрастни хора се считат за G0 фаза, тъй като те обикновено не преминават към S фаза или митоза. Клетките в G0 фаза се счита за спокойна, което означава, че те са в неделимо състояние или стареещо, което означава, че умират.
По време на Г.1 етап на интерфаза, има две регулаторни контролни точки, през които клетката трябва да премине, преди да продължите. Човек преценява дали ДНК на клетката е повредена и ако е, ДНК трябва да бъде поправена, преди да може да продължи. Дори когато клетката е иначе готова да премине към S фазата на интерфаза, има друга контролна точка, за да се уверите, че условията на околната среда - което означава състоянието на околната среда, непосредствено заобикаляща клетката - са благоприятни. Тези състояния включват клетъчната плътност на заобикалящата тъкан. Когато клетката има необходимите условия да премине от G1 към S фаза, циклин протеин се свързва с CDK, излагайки активната част на молекулата, което сигнализира на клетката, че е време да започне S фаза. Ако клетката не отговаря на условията за преминаване от G1 до S фаза, циклинът няма да активира CDK, което ще предотврати прогресията. В някои случаи, като увредена ДНК, протеините на CDK-инхибитора ще се свързват с CDK-циклинови молекули, за да се предотврати прогресията, докато проблемът не бъде отстранен.
Синтез на генома
След като клетката навлезе в S фаза, тя трябва да продължи до края на клетъчния цикъл, без да се обръща назад или да се оттегля към G0, Въпреки това има повече контролни точки през целия процес, за да се гарантира, че стъпките са изпълнени правилно, преди клетката да премине към следващата фаза на клетъчния цикъл. "S" в S фазата означава синтез, защото клетката синтезира или създава чисто ново копие на нейната ДНК. В човешките клетки това означава, че клетката прави изцяло нов набор от 46 хромозоми по време на S фазата. Този етап е внимателно регулиран, за да се предотврати преминаването на грешки към следващия етап; тези грешки са мутации. Мутациите се случват достатъчно често, но разпоредбите за клетъчния цикъл не позволяват да се случват много повече от тях. По време на репликацията на ДНК всяка хромозома става изключително навита около нишки протеини, наречени хистони, намалявайки дължината им от 2 нанометра до 5 микрона. Двете нови дублиращи сестри хромозоми се наричат хроматиди. Хистоните свързват двата съвпадащи хроматиди заедно плътно отдолу по дължината им. Точката, в която те са съединени, се нарича центромер. (Вижте ресурси за визуално представяне на това.)
Като допълнение към сложните движения, случващи се по време на репликацията на ДНК, много еукариотни клетки са диплоидни, което означава, че техните хромозоми са нормално подредени по двойки. Повечето човешки клетки са диплоидни, с изключение на репродуктивните клетки; Те включват ооцити (яйца) и сперматоцити (сперматозоиди), които са хаплоидни и имат 23 хромозоми. Човешките соматични клетки, които са всички останали клетки в тялото, имат 46 хромозоми, подредени в 23 двойки. Сдвоените хромозоми се наричат хомоложна двойка. По време на S фазата на интерфаза, когато всяка отделна хромозома от оригинална хомоложна двойка се репликира, получените две сестрински хроматиди от всяка оригинална хромозома се съединяват, образувайки фигура, която изглежда като два X са слепени заедно. По време на митозата ядрото ще се раздели на две нови ядра, издърпвайки едно от всеки хроматид от всяка хомоложна двойка далеч от сестра си.
Подготовка за отделение на клетките
Ако клетката премине контролните точки на фазата на S, които са особено загрижени да се уверят, че ДНК не е повредена, че тя се репликира правилно и че се репликира само веднъж, тогава регулаторните фактори позволяват на клетката да премине в следващия етап на интерфаза. Това е G2, което означава Gap фаза 2, като G1, Освен това е неправилно, тъй като клетката не чака, но е много заета през този етап. Клетката продължава да върши нормалната си работа. Спомнете си тези примери от G1 на листна клетка, извършваща фотосинтеза или на бели кръвни клетки, защитаващи тялото от патогени. Освен това се подготвя да напусне интерфаза и да навлезе в митоза (М фаза), която е вторият и последен етап от клетъчния цикъл, преди да се раздели и да започне отначало.
Друг контролен пункт по време на G2 гарантира, че ДНК е била репликирана правилно и CDK му позволява да се придвижва напред, само ако премине по-горе. По време на G2, клетката репликира центромера, който свързва хроматидите, образувайки нещо, наречено микротрубула. Това ще стане част от вретеното, което представлява мрежа от влакна, които ще направят сестринските хроматиди далеч една от друга и до техните подходящи места в новоразделените ядра. По време на тази фаза се разделят и митохондриите и хлоропластите, когато присъстват в клетката. Когато клетката е надминала контролните си точки, тя е готова за митоза и е приключила трите етапа на интерфаза. По време на митозата ядрото ще се раздели на две ядра и почти едновременно процес, наречен цитокинеза, ще раздели цитоплазмата, което означава останалата част от клетката, на две клетки. До края на тези процеси ще има две нови клетки, готови да започнат G1 етап на интерфаза отново.