Indhold
- TL; DR (for lang; læste ikke)
- Celleafdeling i prokaryoter og eukaryoter
- Den første gap-fase
- Kontrolpunkterne for interfase
- Syntese af genomet
- Forberedelse til celdivision
Forskere observerede først processen med celledeling i slutningen af 1800-tallet. Det konsistente mikroskopiske bevis for, at celler, der forbruger energi og materiale til at kopiere og opdele sig, modbeviste den udbredte teori om, at nye celler opstod fra spontan generation. Forskere begyndte at forstå fænomenet cellecyklus; dette er den proces, hvormed celler "fødes" gennem celledeling og derefter lever deres liv gennem deres daglige celleaktiviteter, indtil det er tid til selv at gennemgå celledeling.
Der findes mange grunde til, at en celle muligvis ikke går gennem en opdeling. Nogle celler i den menneskelige krop gør det simpelthen ikke; for eksempel stopper de fleste nerveceller i sidste ende med at blive underlagt celledeling, hvilket er grunden til, at en person, der tåler nerveskade, kan lide permanente motoriske eller sensoriske mangler.
Typisk er cellecyklussen imidlertid en proces, der består af to faser: interfase og mitose. Mitose er den del af cellecyklussen, der involverer celledeling, men den gennemsnitlige celle bruger 90 procent af sin levetid i interfase, hvilket ganske enkelt betyder, at cellen lever og vokser og ikke deler sig. Der er tre underfaser i interfasen. Disse er G1 fase, S fase og G2 fase.
TL; DR (for lang; læste ikke)
De tre faser af interfasen er G1, der står for Gap fase 1; S-fase, der står for syntesefasen; og G2, der står for Gap-fase 2. Interfase er den første af to faser i den eukaryotiske cellecyklus. Den anden fase er mitose eller M-fase, som er, når celledeling finder sted. Nogle gange forlader celler ikke G1 fordi de ikke er den type celler, der deler sig, eller fordi de er ved at dø. I disse tilfælde er de i et stadium kaldet G0, som ikke betragtes som en del af cellecyklussen.
Celleafdeling i prokaryoter og eukaryoter
Encellede organismer, såsom bakterier, kaldes prokaryoter, og når de deltager i celledeling, er deres formål at reproducere aseksuelt; de skaber afkom. Prokaryotisk celledeling kaldes binær fission i stedet for mitose. Prokaryoter har typisk kun et kromosom, der ikke engang er indeholdt i en nukleær membran, og de mangler de organeller, som andre slags celler har. Under binær fission fremstiller en prokaryot celle en kopi af dets kromosom og fastgør derefter hver søsterkopi af kromosomet til en modsat side af dens cellemembran. Derefter begynder det at danne en spalte i dens membran, der klemmer indad i en proces kaldet invagination, indtil den adskilles i to identiske, separate celler. De celler, der er en del af den mitotiske cellecyklus, er de eukaryote celler. De er ikke individuelle levende organismer, men celler, der findes som samarbejdende enheder af større organismer. Cellerne i dine øjne eller dine knogler eller cellerne i din katte tunge eller i græsstråene på din forgræsplæne er alle eukaryote celler. De indeholder meget mere genetisk materiale end en prokaryot, så processen med celledeling er også meget mere kompleks.
Den første gap-fase
Cellecyklussen fik sit navn, fordi celler konstant deler sig, begynder livet på ny. Når en celle er delt, er det slutningen af mitosefasen, og den starter straks interfase igen. I praksis sker selvfølgelig cellecyklussen flydende, men forskere har afgrænset faser og underfaser i processen for bedre at forstå de mikroskopiske byggesten i livet. Den nyligt opdelte celle, som nu er en af to celler, der tidligere var en enkelt celle, er i G1 subfase af interfase. G1 er en forkortelse for “Gap” -fasen; der vil være en anden mærket G2. Du kan også se disse skrevet som G1 og G2. Da forskere opdagede det travle, grundlæggende cellulære arbejde med mitose under mikroskopet, fortolkede de den relativt mindre dramatiske interfase til at være en hvilende eller pausefase mellem celledelingerne.
De kaldte G1 scenen med ordet "gap" ved hjælp af denne fortolkning, men i den forstand er det en fejlnummer. I virkeligheden G1 er mere et vækststadium end et hviletrin. I denne fase gør cellen alle de ting, der er normale for dens type celle. Hvis det er en hvid blodlegeme, udfører den defensive handlinger for immunsystemet. Hvis det er en bladcelle i en plante, udfører den fotosyntesen og gasudveksling. Cellen vil sandsynligvis vokse. Nogle celler vokser langsomt under G1 mens andre vokser meget hurtigt. Cellen syntetiserer molekyler, såsom ribonukleinsyre (RNA) og forskellige proteiner. På et bestemt tidspunkt sent i G1 fase, er cellen nødt til at "beslutte", om den skal gå videre til næste fase af interfasen eller ej.
Kontrolpunkterne for interfase
Et molekyle kaldet cyclinafhængig kinase (CDK) regulerer cellecyklussen. Denne regulering er nødvendig for at forhindre et tab af kontrol med cellevækst. Celleinddeling uden for kontrol hos dyr er en anden måde at beskrive en ondartet tumor eller kræft på. CDK leverer signaler på kontrolpunkter under specifikke punkter i cellecyklussen for at cellen skal fortsætte eller pause. Visse miljøfaktorer bidrager til, om CDK leverer disse signaler. Disse inkluderer tilgængeligheden af næringsstoffer og vækstfaktorer og celletætheden i det omgivende væv. Celledensitet er en særlig vigtig metode til selvregulering, der anvendes af celler til at opretholde sunde vævsvæksthastigheder. CDK regulerer cellecyklussen i de tre faser af interfasen såvel som under mitose (som også kaldes M-fase).
Hvis en celle når et regulatorisk kontrolpunkt og ikke modtager et signal til at fortsætte med cellecyklussen (for eksempel hvis den er ved slutningen af G1 i interfase og venter på at komme ind i S-fase i interfase), er der to mulige ting, som cellen kunne gøre. Den ene er, at den kan stoppe, mens problemet er løst. Hvis for eksempel en nødvendig komponent er beskadiget eller mangler, kunne der udføres reparationer eller supplering, og så kunne det komme til kontrolpunktet igen. Den anden mulighed for cellen er at gå ind i en anden fase kaldet G0, der er uden for cellecyklussen. Denne betegnelse er for celler, som fortsat vil fungere som de skal, men ikke vil gå videre til S-fase eller mitose, og som sådan ikke vil deltage i celledeling. De fleste voksne menneskelige nerveceller anses for at være i G0 fase, da de typisk ikke går videre til S-fase eller mitose. Celler i G0 fase betragtes som rolige, hvilket betyder, at de er i en ikke-opdelende tilstand eller senescent, hvilket betyder, at de er ved at dø.
Under G1 fase af interfase, er der to regulatoriske kontrolpunkter, som cellen skal passere igennem, før de fortsætter. Man vurderer, om cellens DNA er beskadiget, og hvis det er tilfældet, skal DNA'et repareres, før det kan fortsætte. Selv når cellen ellers er klar til at gå videre til S-fasen af interfasen, er der et andet kontrolpunkt for at sikre, at miljøforholdene - hvilket betyder tilstanden af miljøet, der umiddelbart omgiver cellen - er gunstige. Disse betingelser inkluderer celletætheden i det omgivende væv. Når cellen har de nødvendige betingelser for at gå videre fra G1 til S-fase, binder et cyclinprotein sig til CDK og udsætter den aktive del af molekylet, som signalerer til cellen, at det er tid til at begynde S-fase. Hvis cellen ikke opfylder betingelserne for at bevæge sig fra G1 til S-fase aktiverer cyclin ikke CDK, hvilket forhindrer progressionen. I nogle tilfælde, såsom beskadiget DNA, vil CDK-inhibitorproteiner binde til CDK-cyclin-molekyler for at forhindre progression, indtil problemet er afhjulpet.
Syntese af genomet
Når cellen er gået i S-fasen, skal den fortsætte helt til slutningen af cellecyklussen uden at vende tilbage eller trække sig tilbage til G0. Der er dog flere kontrolpunkter under hele processen for at sikre, at trinnene udføres korrekt, før cellen går videre til den næste fase af cellecyklussen. "S" i S-fasen står for syntese, fordi cellen syntetiserer eller skaber en helt ny kopi af dens DNA. I humane celler betyder det, at cellen fremstiller et helt nyt sæt med 46 kromosomer i S-fasen. Dette trin er omhyggeligt reguleret for at forhindre, at fejl går igennem til næste trin; disse fejl er mutationer. Mutationer sker ofte nok, men cellecyklusbestemmelser forhindrer langt flere af dem i at ske. Under DNA-replikation bliver hvert kromosom ekstremt opviklet omkring tråde af proteiner, der kaldes histoner, hvilket reducerer deres længde fra 2 nanometer til 5 mikron. De to nye duplikater af søsterkromosomer kaldes kromatider. Histonerne binder de to matchende kromatider tæt sammen halvvejs ned langs deres længder. Det punkt, hvor de forbindes, kaldes centromeren. (Se Ressourcer for en visuel repræsentation af dette.)
For at tilføje de komplicerede bevægelser, der sker under DNA-replikation, er mange eukaryote celler diploide, hvilket betyder, at deres kromosomer normalt er arrangeret i par. De fleste humane celler er diploide med undtagelse af reproduktionscellerne; disse inkluderer oocytter (æg) og spermatocytter (sædceller), som er haploide og har 23 kromosomer. Humane somatiske celler, som alle er de andre celler i kroppen, har 46 kromosomer, arrangeret i 23 par. De parrede kromosomer kaldes et homologt par. I S-fasen af interfasen, når hvert enkelt kromosom fra et originalt homologt par replikeres, forbindes de resulterende to søsterchromatider fra hvert oprindeligt kromosom, hvilket danner en figur, der ligner to X’er limet sammen. Under mitose vil kernen opdeles i to nye kerner og trække en af hver kromatid fra hvert homolog par væk fra sin søster.
Forberedelse til celdivision
Hvis cellen passerer kontrolfunktionerne i S-fasen, som især er opmærksomme på at sikre, at DNA'et ikke blev beskadiget, at det replikerede korrekt, og at det kun replikeres en gang, tillader regulerende faktorer, at cellen fortsætter til det næste fase af interfasen. Dette er G2, som står for Gap fase 2, ligesom G1. Det er også en fejlnummer, da cellen ikke venter, men er meget optaget i dette trin. Cellen udfører sit normale arbejde. Husk de eksempler fra G1 af en bladcelle, der udfører fotosyntese eller en hvid blodlegeme, der forsvarer kroppen mod patogener. Det forbereder sig også på at forlade interfase og gå ind i mitose (M-fase), som er det andet og sidste trin i cellecyklussen, før den deler sig og begynder igen.
Et andet kontrolpunkt under G2 sikrer, at DNA'et blev repliceret korrekt, og CDK tillader det kun at bevæge sig fremad, hvis det passerer mønster. Under G2, replikerer cellen centromeren, der binder chromatiderne, og danner noget, der kaldes en mikrotubule. Dette vil blive en del af spindlen, som er et netværk af fibre, der vil lede søsterkromatiderne væk fra hinanden og til deres rette steder i de nyligt opdelte kerner. I denne fase deler mitokondrier og kloroplaster også, når de er til stede i cellen. Når cellen har overgået sine kontrolpunkter, er den klar til mitose og er færdig med de tre faser af interfasen. Under mitose vil kernen opdeles i to kerner, og på næsten samme tid vil en proces kaldet cytokinesis opdele cytoplasmaen, hvilket betyder resten af cellen, i to celler. Ved afslutningen af disse processer vil der være to nye celler, der er klar til at starte G1 fase af interfasen igen.