Sejtciklus: meghatározás, fázisok, szabályozás és tények

Tartalom

• TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
• A sejtciklus fázisai
• Interfázis és alfázisai
• A nukleáris membrán lebontása a fázisban
• Orsó-egyenlítő metafázisban
• Két atom atomfázisban és telofázisban
• Állati és növényi citokinezis
• Sejtciklus-szabályozás

A sejtosztódás elengedhetetlen a szervezet növekedéséhez és egészségéhez. Szinte minden sejt részt vesz a sejtosztódásban; néhányuk többször is megteszi az élettartama alatt. Egy növekvő organizmus, például egy emberi embrió, a sejtosztódást használja az egyes szervek méretének és specializálódásának növelésére. Még az érett organizmusok, mint egy nyugdíjas felnőtt ember, a sejtosztódást használják a testszövet fenntartására és helyreállítására. A sejtciklus azt a folyamatot írja le, amellyel a sejtek elvégzik a kijelölt feladataikat, növekednek és osztódnak, majd újraindítják a folyamatot a két kapott lánysejttel. A 19. században a mikroszkópia technológiai fejlődése lehetővé tette a tudósok számára, hogy meghatározzák, hogy az összes sejt más sejtekből származik-e a sejtosztódási folyamat során. Ez végül megcáfolta a korábban széles körben elterjedt hiedelmet, miszerint a sejtek spontán generálódnak a rendelkezésre álló anyagból. A sejtciklus felelős az összes folyamatban lévő életért. Függetlenül attól, hogy a barlangban egy sziklara tapadó algasejtekben vagy a karod bőrének sejtjeiben történik, a lépések ugyanazok.

TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)

A sejtosztódás elengedhetetlen a szervezet növekedéséhez és egészségéhez. A sejtciklus a sejtek növekedésének és megosztásának ismétlődő ritmusa. Az interfázisok és a mitózis szakaszaiból, valamint azok alfázisaiból és a citokinezis folyamatából áll. A sejtciklusokat szigorúan a vegyi anyagok szabályozzák az ellenőrzési pontokban az egyes lépések során, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy nem fordulnak elő mutációk és a sejtnövekedés nem gyorsabb, mint ami a környező szövet számára egészséges.

A sejtciklus fázisai

A sejtciklus alapvetően két fázisból áll. Az első fázis az interfázis. Az interfázisok során a sejt három alfázisban készül felosztásra, az úgynevezett G₁ fázis, S fázis és G₂ fázis. Az interfázis végére mind a sejtmagban lévő kromoszómák megismétlődtek. Ezen szakaszok mindegyikén keresztül a sejt továbbra is folytatja napi funkcióit, bármilyen is legyen. Az interfázis napokon, heteken, éveken át tarthat - és bizonyos esetekben a szervezet teljes élettartama alatt. A legtöbb idegsejt soha nem hagyja el a G-t₁ az interfázis stádiuma, tehát a tudósok egy speciális stádiumot jelöltek ki a hasonló sejtekre, G-nek₀. Ez a szakasz az idegsejtek és más sejtek számára vonatkozik, amelyek nem kerülnek be a sejtosztódási folyamatba. Néha ez azért van, mert egyszerűen nem állnak készen vagy nem rendeltetésszerűen, mint például az idegsejtek vagy az izomsejtek, és ezt nyugalmi állapotnak hívják. Más esetekben túl öreg vagy sérült, és ezt nevezik az öregedési állapotnak. Mivel az idegsejtek elkülönülnek a sejtciklustól, ezek károsodása többnyire helyrehozhatatlan, ellentétben a törött csonttal, és ez az oka annak, hogy a gerinc vagy agyi sérülésekkel küzdő emberek gyakran állandó fogyatékossággal rendelkeznek.

A sejtciklus második fázisát mitózisnak vagy M fázisnak nevezzük. A mitózis során a sejtmag felosztódik, és az egyes megkettőződött kromoszómák egy példányát a két magba viszi. A mitózisnak négy stádiuma van: ezek a fázis, a metafázis, az anafázis és a teofázis. Körülbelül abban az időben, amikor a mitózis zajlik, újabb folyamat, citokinezisnek nevezik, amely szinte a saját fázisa. Ez az a folyamat, amellyel a sejt citoplazma és minden más benne oszlik. Ilyen módon, amikor a mag ketté hasad, a környező sejtekben mindegyiknek mindegyikéhez megy az egyes magok. Miután az elválasztás befejeződött, a plazmamembrán bezáródik minden új sejt körül, és megszorul, és teljesen elosztja a két új azonos sejtet egymástól. Azonnal mindkét sejt ismét az interfázis első szakaszában van: G₁.

Interfázis és alfázisai

G₁ A „rés” kifejezés abból az időből származik, amikor a tudósok mikroszkóp alatt felfedezték a sejtosztódást, és a mitotikus stádiumot nagyon izgalmasnak és fontosnak találták. Megfigyelték a sejtmag osztódását és a kísérő citokinetikai folyamatot annak bizonyítására, hogy minden sejt más sejtekből származik. Az interfázis szakaszai statikusnak és inaktívnak tűntek. Ezért pihenőidőnek vagy hiányosságoknak gondoltak rájuk. Az igazság azonban az, hogy G₁ - és G₂ az interfázis végén - a sejt nyüzsgő növekedési periódusai, amelyekben a sejt mérete növekszik, és bármilyen módon hozzájárul a szervezet jólétéhez, amellyel „megszületett”. Rendszeres sejtviszonyai mellett a sejt molekulákat épít, például fehérjéket és ribonukleinsavat (RNS).

Ha a sejt DNS-é nem sérült, és a sejt eléggé megnövekedett, akkor az interfázis második szakaszába, az S fázisba lép. Ez rövid a szintézis fázisra. Ebben a szakaszban, amint a neve is sugallja, a sejt sok energiát fordít a molekulák szintetizálására. Pontosabban, a sejt replikálja a DNS-ét, megduplázva a kromoszómáit. Az embereknek 46 kromoszóma található szomatikus sejtjeiben, amelyek mindegyike nem reproduktív sejt (sperma és petesejt).A 46 kromoszóma 23 homológ párba esik, amelyek össze vannak kötve. A homológ párok mindegyik kromoszómáját a másik homológjának nevezzük. Amikor a kromoszómák duplikálódnak az S fázisban, akkor azokat nagyon szorosan összetekesztik a kromatinnak nevezett hisztonfehérje szálakkal, ami a duplikációs folyamat kevésbé hajlamos a DNS replikációs hibáira vagy mutációjára. A két új azonos kromoszómát mindkettőt kromatidoknak nevezik. A hisztonszálak megkötik a két azonos kromatidot egymással úgy, hogy egyfajta X alakúak legyenek. A kötési pontot centroméreknek nevezzük. Ezenkívül a kromatidok még mindig kapcsolódnak homológjukhoz, amely ma is egy X alakú kromatid pár. A kromatidok mindegyikét kromoszómának nevezzük; a hüvelykujjszabály az, hogy egy centroméren soha nem lehet egynél több kromoszóma.

Az interfázis utolsó stádiuma G₂, vagy a 2. szakadék fázisa. Ennek a fázisnak a neve ugyanazon okokból lett megnevezve, mint a G₁. Csakúgy, mint a G₁ Az S és az S fázisban a sejt az egész szakaszban elfoglalta a tipikus feladatait, még akkor is, ha befejezi az interfázis munkáját és felkészül a mitózisra. A mitózisra való felkészüléshez a sejt elosztja mitokondriumait, valamint kloroplasztait (ha van ilyen). Megkezdi az orsószálak prekurzorainak szintetizálását, amelyeket mikrotubulusoknak hívnak. Ezeket úgy állítja elő, hogy a kromatid pár centromerjeit megismételve és egymásra helyezve a magjában helyezkedik el. Az orsószálak kulcsfontosságúak a mitózis során a nukleáris megosztás folyamatában, amikor a kromoszómákat szét kell húzni a két elválasztó magba; A genetikai mutációk megakadályozása érdekében elengedhetetlen annak biztosítása, hogy a helyes kromoszómák eljutnak-e a megfelelő magba, és párosuljanak-e a helyes homológgal.

A nukleáris membrán lebontása a fázisban

A sejtciklus fázisai, valamint az interfázis és a mitózis alfázisai közötti megosztó markerek olyan tárgyak, amelyeket a tudósok használnak a sejtosztódás folyamatának leírására. A természetben a folyamat folyékony és soha nem ér véget. A mitózis első szakaszát profáznak nevezik. A kromoszómákkal abban az állapotban kezdődik, amikor a G végén voltak₂ az interfázis stádiuma, centromérekhez kapcsolt nővérkromatidokkal megismételve. A fázis során a kromatin szál kondenzálódik, amely lehetővé teszi, hogy a kromoszómák (azaz a testvér-kromatidok mindegyik párja) fénymikroszkópos vizsgálat alatt láthatóvá váljanak. A centromerek mikrotubulusokká növekednek, amelyek orsószálakat képeznek. A fázis végén a nukleáris membrán lebomlik, és az orsószálak a sejt citoplazmájában szerkezeti hálózatot képeznek. Mivel a kromoszómák most szabadon lebegnek a citoplazmában, az orsószálak képezik az egyetlen hordozót, amely megakadályozza őket a téves lebegéstől.

Orsó-egyenlítő metafázisban

A sejt metafázisba mozog, amint a magmembrán feloldódik. Az orsórostok a kromoszómákat a sejt egyenlítőjéhez vezetik. Ezt a síkot orsó-egyenlõségnek vagy metafázisos lemeznek nevezik. Nincs semmi kézzelfogható; ez egyszerűen egy sík, ahol az összes kromoszóma felvonalazódik, és amely a sejtet vízszintesen vagy függőlegesen elválasztja, attól függően, hogy miként nézi meg vagy képzelte el a cellát (ennek vizuális ábrázolását lásd az Erőforrások részben). Az emberekben 46 centromer van, és mindegyik egy kromatid nővérhez kapcsolódik. A centromerek száma a szervezettől függ. Mindegyik centromer két orsószálhoz van kötve. A két orsószál eltér, ha elhagyják a centromert, úgy, hogy a cella ellentétes pólusain lévő struktúrákhoz kapcsolódjanak.

Két atom atomfázisban és telofázisban

A sejt anafázisba tolódik el, amely a mitózis négy fázisa közül a legrövidebb. Azok az orsószálak, amelyek a kromoszómákat a sejt pólusaihoz kötik, lerövidülnek és elmozdulnak a megfelelő pólusuk felé. Ezzel elválasztják a hozzájuk kapcsolódó kromoszómákat. A centromerek szintén ketté oszlanak, az egyik fele mindegyik kromatid nővérrel egy ellentétes pólus felé halad. Mivel minden kromatidnek megvan a saját centromerje, ezt ismét kromoszómának nevezik. Eközben a két orsóhoz kapcsolódó különböző orsószálak meghosszabbodnak, ami növeli a sejt két pólusa közötti távolságot, így a sejt ellaposodik és meghosszabbodik. Az anafázis folyamata úgy történik, hogy a végén a sejt mindkét oldala az egyes kromoszómák egy példányát tartalmazza.

A telofázis a mitózis negyedik és utolsó stádiuma. Ebben a szakaszban a rendkívül szorosan csomagolt kromoszómák - amelyek a replikáció pontosságának növelése érdekében kondenzálódtak - felborulnak. Az orsószálak feloldódnak, és az endoplazmatikus retikulumnak nevezett celluláris organellek új nukleáris membránokat szintetizálnak minden egyes kromoszómakészlet körül. Ez azt jelenti, hogy a sejtnek most két magja van, mindegyikben teljes genom van. A mitózis teljes.

Állati és növényi citokinezis

Most, hogy a sejtmag meg van osztva, a sejt többi részének is meg kell osztódnia, hogy a két sejt elváljon. Ezt a folyamatot citokinezisnek nevezik. Ez különálló folyamat a mitózistól, bár gyakran társul a mitózissal. Az állati és növényi sejtekben másképpen történik, mert ahol az állati sejteknek csak egy plazma sejt membránja van, a növényi sejteknek merev sejtfal van. Mindkét típusú sejtben két különálló mag van egy sejtben. Az állati sejtekben összehúzódó gyűrű alakul ki a sejt középpontjában. Ez egy olyan mikroszálak gyűrűje, amelyek a sejt körül szorulnak, és a plazmamembránt középen szorítják, mint egy fűzőt, amíg el nem alakulnak az úgynevezett hasítási barázda. Más szavakkal: az összehúzódó gyűrű miatt a sejt homokóra alakját képezi, amely egyre erőteljesebbé válik, amíg a cella teljesen két különálló cellába nem tapad. A növényi sejtekben a Golgi-komplexnek nevezett organellek vezikulumokat hoznak létre, amelyek membránhoz kötött folyadékzsebek a tengely mentén, amely osztja a sejtet a két mag között. Ezek a vezikulumok olyan poliszacharidokat tartalmaznak, amelyekre szükség van a sejtlemez kialakításához, és a sejtlemez végül megolvad, és részévé válik a sejtfalnak, amely egykor az eredeti egyetlen sejt volt, de ma már két sejt otthona.

Sejtciklus-szabályozás

A sejtciklus nagyon sok szabályozást igényel annak biztosítása érdekében, hogy ne haladjon tovább anélkül, hogy a cellában és a cellán belül bizonyos feltételek teljesülnének. E rendelet nélkül ellenőrizetlen genetikai mutációk, ellenőrizetlen sejtnövekedés (rák) és egyéb problémák merülnének fel. A cellaciklusnak számos ellenőrző pontja van annak biztosítására, hogy a dolgok helyesen haladjanak. Ha nem, javításokat hajtanak végre, vagy megkezdik a programozott sejthalált. A sejtciklus egyik elsődleges kémiai szabályozója a ciklin-függő kináz (CDK). Ennek a molekulanak különböző formái vannak, amelyek a sejtciklus különböző pontjain működnek. Például a p53 fehérjét a sejtben lévő sérült DNS termeli, amely deaktiválja a CDK komplexet a G₁/ S ellenőrzőpont, ezzel megállítva a cella előrehaladását.