Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Фази клітинного циклу
- Інтерфаза та її підфази
- Розпад ядерної мембрани в профазі
- Епіватор веретена в метафазі
- Два ядра в Анафазі та Телофазі
- Цитокінез тварин та рослин
- Регуляція клітинного циклу
Поділ клітин життєво важливий для росту та здоров'я організму. Майже всі клітини беруть участь у поділі клітин; деякі роблять це кілька разів протягом свого життя. Зростаючий організм, такий як ембріон людини, використовує поділ клітин для збільшення розмірів та спеціалізації окремих органів. Навіть зрілі організми, подібно до дорослої людини у відставці, використовують поділ клітин для підтримки та відновлення тканин тіла. Клітинний цикл описує процес, за допомогою якого клітини виконують призначені їм роботи, ростуть і діляться, а потім знову починають процес з двох одержаних дочірніх клітин. У 19 столітті технологічний прогрес мікроскопії дозволив вченим визначити, що всі клітини виникають з інших клітин в процесі поділу клітин. Це остаточно спростувало раніше поширену думку про те, що клітини генеруються спонтанно з наявної речовини. Клітинний цикл відповідає за все тривале життя. Незалежно від того, чи трапляється це в клітинах водоростей, що чіпляються за скелю в печері, або в клітинах шкіри на вашій руці, кроки однакові.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Поділ клітин життєво важливий для росту та здоров'я організму. Клітинний цикл - це повторюваний ритм росту та поділу клітин. Він складається з стадій інтерфази та мітозу, а також їх підфаз та процесу цитокінезу. Клітинний цикл суворо регулюється хімічними речовинами в контрольних точках протягом кожного етапу, щоб переконатися, що мутації не відбудуться і ріст клітин не відбудеться швидше, ніж здоровий для навколишньої тканини.
Фази клітинного циклу
Клітинний цикл по суті складається з двох фаз. Перша фаза - інтерфазна. Під час інтерфази клітина готується до поділу клітин у трьох підфазах, званих G1 фаза, S фаза і G2 фаза. До кінця інтерфази хромосоми у клітинному ядрі всі дублювались. Протягом усіх цих етапів клітина також продовжує виконувати свої щоденні функції, якими б вони не були. Інтерфаза може тривати дні, тижні, роки - а в деяких випадках і протягом усього життєвого циклу організму. Більшість нервових клітин ніколи не залишають G1 стадія інтерфази, тому вчені призначили спеціальну стадію для клітин, як їх називають G0. Ця стадія призначена для нервових клітин та інших клітин, які не вступають у процес поділу клітин. Іноді це відбувається тому, що вони просто не готові або не призначені, як нервові клітини або м’язові клітини, і це називається станом спокою. В іншому випадку вони занадто старі або пошкоджені, і це називається старістю старіння. Оскільки нервові клітини відокремлені від клітинного циклу, їх пошкодження здебільшого непоправне, на відміну від зламаної кістки, і це є причиною того, що люди з травмами хребта або мозку часто мають постійні вади.
Друга фаза клітинного циклу називається мітозом, або М фазою. Під час мітозу ядро ділиться на дві частини, по одній копії кожної дубльованої хромосоми до кожного з двох ядер. Існує чотири стадії мітозу, і це профаза, метафаза, анафаза і телофаза. Приблизно в той же час, коли відбувається мітоз, відбувається інший процес, який називається цитокінез, який майже є власною фазою. Це процес, за яким ділиться цитоплазма клітини та все інше в ній. Таким чином, коли ядро розпадається на дві частини, в оточуючу клітину є два, що мають пройти з кожним ядром. Після того, як ділення завершено, плазматична мембрана закривається навколо кожної нової клітини і віджимається, розділяючи дві нові однакові клітини одна від одної повністю. Відразу обидві клітини знову перебувають на першій стадії інтерфази: G1.
Інтерфаза та її підфази
Г1 означає фазу Gap 1. Термін "розрив" походить від часу, коли вчені відкривали поділ клітин під мікроскопом і вважали, що мітотична стадія є дуже хвилюючою та важливою. Вони спостерігали поділ ядра та супутній цитокінетичний процес як доказ того, що всі клітини походять від інших клітин. Однак стадії інтерфази видалися статичними та неактивними. Тому вони вважали їх періодами спокою чи розривами в діяльності. Однак правда полягає в тому, що G1 - і Г2 наприкінці інтерфази - це бурхливі періоди росту клітини, коли клітина збільшується в розмірах і сприяє благополуччю організму будь-яким способом, яким він був «народжений». Окрім своїх регулярних клітинних обов'язків, клітина будує молекули, такі як білки та рибонуклеїнова кислота (РНК).
Якщо ДНК клітини не пошкоджена і клітина виросла достатньо, вона переходить до другої стадії інтерфази, званої S фазою. Це коротко для фази синтезу. Під час цієї фази, як випливає з назви, клітина виділяє значну кількість енергії для синтезу молекул. Зокрема, клітина копіює свою ДНК, дублюючи свої хромосоми. У людей у соматичних клітинах 46 хромосом, які є усіма клітинами, які не є репродуктивними клітинами (сперматозоїдами та яйцеклітинами).46 хромосом організовано в 23 гомологічні пари, які з'єднані між собою. Кожна хромосома в гомологічній парі називається гомологом іншої. Коли хромосоми дублюються під час фази S, вони дуже щільно згортаються навколо гістонових білкових ниток, званих хроматином, що робить процес дублювання менш схильним до помилок реплікації ДНК або мутації. Дві нові однакові хромосоми тепер називають хроматидами. Нитки гістонів зв’язують дві однакові хроматиди разом, так що вони утворюють своєрідну форму X. Точка, де вони пов'язані, називається центромером. Крім того, хроматиди досі приєднуються до свого гомологу, який тепер є також Х-подібною парою хроматид. Кожна пара хроматид називається хромосомою; правило: ніколи не існує більше однієї хромосоми, приєднаної до одного центромера.
Остання стадія інтерфази - G2або фаза прогалини 2. Ця фаза отримала свою назву з тих же причин, що і G1. Так само, як і під час G1 і на S фазі, клітина залишається зайнятою своїми типовими завданнями протягом усієї стадії, навіть коли вона закінчує роботу міжфазної і готується до мітозу. Щоб підготуватися до мітозу, клітина ділить свої мітохондрії, а також свої хлоропласти (якщо такі є). Він починає синтезувати попередники веретенових волокон, які називаються мікротрубочками. Це робить це шляхом реплікації та укладання центромерів хроматидних пар у її ядро. Веретенові волокна матимуть вирішальне значення для процесу ядерного поділу під час мітозу, коли хромосоми доведеться розірвати на два розділюючих ядра; переконання, що правильні хромосоми потрапляють до правильного ядра та залишаються в парі з правильним гомологом, мають вирішальне значення для запобігання генетичних мутацій.
Розпад ядерної мембрани в профазі
Розділові маркери між фазами клітинного циклу та підфазами інтерфази та мітозу - це артефакти, які вчені використовують для того, щоб описати процес поділу клітин. У природі процес є текучим і нескінченним. Перша стадія мітозу називається профазою. Починається з хромосом у стані, в якому вони були наприкінці G2 стадія інтерфази, реплікувана з сестринськими хроматидами, приєднаними центромерами. Під час профази ланцюг хроматину конденсується, що дозволяє хромосомам (тобто кожній парі сестринських хроматид) стати видимими при легкій мікроскопії. Центромери продовжують переростати в мікротрубочки, які утворюють веретенові волокна. До кінця профази ядерна мембрана руйнується, а веретено веретена з'єднується, утворюючи структурну мережу по всій цитоплазмі клітини. Оскільки хромосоми зараз вільно плавають у цитоплазмі, волокна веретена є єдиною підтримкою, яка не дає їм плавати.
Епіватор веретена в метафазі
Клітина переходить у метафазу, як тільки ядерна мембрана розчиняється. Веретено веретена переміщує хромосоми до екватора клітини. Ця площина відома як екватор шпинделя або метафазна пластина. Тут немає нічого відчутного; це просто площина, де всі хромосоми вишикуються і яка ділить клітину або по горизонталі, або по вертикалі, залежно від того, як ви переглядаєте або уявляєте клітину (для візуального подання цього див. Ресурси). У людини 46 центромерів, і кожен прикріплений до пари сестер хроматид. Кількість центрометрів залежить від організму. Кожен центрометр з'єднаний з двома веретеновими волокнами. Два шпиндельних волокна розходяться, коли вони покидають центрометр, так що вони з'єднуються зі структурами на протилежних полюсах клітини.
Два ядра в Анафазі та Телофазі
Клітина переходить в анафазу, що є найкоротшим з чотирьох фаз мітозу. Волокна веретена, які з'єднують хромосоми з полюсами клітини, вкорочуються і віддаляються до їх відповідних полюсів. При цьому вони розривають хромосоми, до яких вони прикріплені. Центромери також розбиваються на дві частини, оскільки одна половина рухається з кожною сестрою з хроматидом у бік протилежного полюса. Оскільки кожна хроматида тепер має свій центрометр, її знову називають хромосомою. Тим часом різні шпиндельні волокна, прикріплені до обох полюсів, подовжуються, внаслідок чого відстань між двома полюсами клітини зростає, так що клітина сплющується і подовжується. Процес анафази відбувається таким чином, що до кінця кожна сторона клітини містить по одній копії кожної хромосоми.
Телофаза - четверта і остання стадія мітозу. На цій стадії надзвичайно щільно упаковані хромосоми - які були згущені для підвищення точності реплікації - розгортаються самі. Волокна веретена розчиняються, і клітинний органел, який називається ендоплазматичним ретикулумом, синтезує нові ядерні мембрани навколо кожного набору хромосом. Це означає, що в клітині зараз є два ядра, кожне з повним геномом. Мітоз завершений.
Цитокінез тварин та рослин
Тепер, коли ядро було розділене, решту клітини потрібно розділити так само, щоб дві клітини могли розлучитися. Цей процес відомий як цитокінез. Це окремий процес від мітозу, хоча часто відбувається разом із мітозом. У тваринних і рослинних клітинах це відбувається по-різному, оскільки там, де у тваринних клітинах є лише мембрана плазматичних клітин, рослинні клітини мають жорстку клітинну стінку. В обох типах клітин зараз є дві чіткі ядра в одній клітині. У тваринних клітинах у середній точці клітини утворюється скорочувальне кільце. Це кільце з мікроволокна, яке чіпляється навколо клітини, підтягуючи плазматичну мембрану в центрі, як корсет, поки не створить те, що відомо як борозна розщеплення. Іншими словами, скорочувальне кільце призводить до того, що клітина утворює форму пісочного годинника, яка стає все більш вираженою, поки клітина повністю не розчепиться на дві окремі клітини. У рослинних клітинах органела під назвою комплекс Гольджі створює везикули, які є мембранними кишенями рідини вздовж осі, що розділяє клітину між двома ядрами. Ці везикули містять полісахариди, необхідні для формування клітинної пластинки, і клітинна клітина з часом зливається з і стає частиною клітинної стінки, яка колись містила початкову єдину клітину, але тепер є двома клітинами.
Регуляція клітинного циклу
Клітинний цикл вимагає великої регуляції, щоб переконатися, що він не протікає без дотримання певних умов всередині і зовні клітини. Без цього регулювання були б неперевірені генетичні мутації, неробочий ріст клітин (рак) та інші проблеми. У клітинному циклі є ряд контрольних точок, щоб переконатися, що все йде правильно. Якщо їх немає, проводиться ремонт або починається запрограмована загибель клітин. Одним з первинних хімічних регуляторів клітинного циклу є циклінна залежна кіназа (CDK). Існують різні форми цієї молекули, які діють у різних точках клітинного циклу. Наприклад, білок p53 виробляється пошкодженою ДНК у клітині, яка дезактивує комплекс CDK у G1/ S контрольно-пропускного пункту, тим самим зупиняючи хід осередку.