Sadržaj
- TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
- Odjeljenje stanica u prokariote i eukariote
- Faza prve praznine
- Kontrolne točke Interfase
- Sinteza genoma
- Priprema za staničnu diviziju
Znanstvenici su prvi put promatrali proces diobe stanica krajem 1800-ih. Dosljedni mikroskopski dokazi o stanicama koje troše energiju i materijal za kopiranje i dijeljenje opovrgavali su raširenu teoriju da su nove stanice nastale spontanom generacijom. Znanstvenici su počeli shvaćati fenomen staničnog ciklusa; to je proces kojim se stanice „rađaju“ putem stanične diobe, a zatim žive svoj život, vršeći se svakodnevnim staničnim aktivnostima, sve do svog vremena da same podvrgnu dijeljenju stanica.
Postoji mnogo razloga zbog kojih stanica možda neće proći podjelu. Neke stanice u ljudskom tijelu jednostavno nemaju; na primjer, većina živčanih stanica s vremenom prestaje prolaziti diobu stanica, zbog čega osoba koja trpi oštećenje živaca može imati trajni motorički ili senzorni deficit.
Međutim, tipični je stanični ciklus proces koji se sastoji od dvije faze: interfaze i mitoze. Mitoza je dio staničnog ciklusa koji uključuje staničnu diobu, ali prosječna stanica provodi 90 posto svog života u interfazi, što jednostavno znači da stanica živi i raste, a ne da se dijeli. Tri su podfaze unutar interfaze. To su G1 faza, S faza i G2 faza.
TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
Tri stupnja interfaze su G1, što predstavlja Gap fazu 1; S faza, koja označava fazu sinteze; i G2, što predstavlja Gap fazu 2. Interfaza je prva od dvije faze eukariotskog staničnog ciklusa. Druga faza je mitoza, odnosno M faza, odnosno kada dolazi do diobe stanica. Ponekad stanice ne napuštaju G1 jer nisu tip stanica koje se dijele ili zato što umiru. U tim se slučajevima nalaze u fazi zvanoj G0, što se ne smatra dijelom staničnog ciklusa.
Odjeljenje stanica u prokariote i eukariote
Jednoćelijski organizmi poput bakterija nazivaju se prokarioti, a kad se uključe u diobu stanica, njihova je svrha reproduktivno razmnožavanje; stvaraju potomstvo. Prokariotska podjela stanica naziva se binarna fisija umjesto mitoze. Prokarioti obično imaju samo jedan kromosom koji ne sadrži ni nuklearnu membranu, a nedostaju im organela koje imaju druge vrste stanica. Tijekom binarne fisije prokariotska ćelija napravi kopiju svog kromosoma, a zatim pričvrsti svaku sestrinu kopiju kromosoma na suprotnu stranu svoje stanične membrane. Tada počinje formirati pukotinu na svojoj membrani koja se zabija unutra prema procesu koji se naziva invagination, sve dok se ne odvoji u dvije identične, odvojene stanice. Stanice koje su dio ciklusa mitotičkih stanica su eukariotske stanice. Nisu pojedinačni živi organizmi, već stanice koje postoje kao suradničke jedinice većih organizama. Stanice u vašim očima ili u vašim kostima, ili stanice na jeziku vaše mačke ili u tračnicama trave na vašem prednjem travnjaku su sve eukariotske stanice. Sadrže mnogo više genetskog materijala od prokariota, pa je i proces diobe stanica također mnogo složeniji.
Faza prve praznine
Stanični ciklus dobio je ime po tome što se stanice neprestano dijele, započinjući život iznova. Jednom kada se stanica podijeli, to je kraj faze mitoze i ona ponovno započinje interfazu. Naravno, u praksi se stanični ciklus događa fluidno, ali znanstvenici su unutar procesa razgraničili faze i podfaze kako bi što bolje shvatili mikroskopske građevne blokove života. Novo podijeljena ćelija, koja je sada jedna od dvije stanice koja su ranije bila jedna ćelija, nalazi se u grupi G1 podfaza interfaza. G1 je kratica za fazu "Gap"; postojat će još jedan s oznakom G2, Možda ćete vidjeti i ove napisane kao G1 i G2. Kada su znanstvenici otkrili zauzet, temeljni stanični rad mitoze pod mikroskopom, protumačili su relativno manje dramatičnu interfazu kao fazu mirovanja ili pauziranja između staničnih dioba.
Oni su imenovali G1 fazi s riječju "jaz" koristeći ovu interpretaciju, ali u tom smislu to je pogrešno. U stvarnosti G1 je više faza rasta nego faza mirovanja. Tijekom ove faze ćelija radi sve uobičajene stvari za svoju vrstu stanice. Ako je bijela krvna stanica, ona će izvoditi obrambene akcije za imunološki sustav. Ako je to biljka listova u biljci, obavljat će fotosintezu i razmjenu plina. Stanica će vjerojatno rasti. Neke stanice polako rastu tijekom G1 dok drugi vrlo brzo rastu. Stanica sintetizira molekule, poput ribonukleinske kiseline (RNA) i raznih proteina. U određenom trenutku kasno u G1 stadija, stanica mora "odlučiti" hoće li preći na sljedeću fazu interfaze ili ne.
Kontrolne točke Interfase
Molekula koja se naziva ciklin-ovisna kinaza (CDK) regulira stanični ciklus. Ovaj je propis neophodan da se spriječi gubitak kontrole rasta stanica. Podjela staničnih stanica izvan kontrole drugi je način opisivanja zloćudnog tumora ili raka. CDK daje signale na kontrolnim točkama tijekom određenih točaka staničnog ciklusa da bi stanica nastavila ili pauzirala. Određeni okolišni čimbenici doprinose tome da li CDK pruža te signale. Oni uključuju dostupnost hranjivih sastojaka i faktora rasta, te gustoću stanica u okolnom tkivu. Gustina stanica je posebno važna metoda samoregulacije koju stanice koriste za održavanje brzine rasta zdravih tkiva. CDK regulira stanični ciklus tijekom tri stadija interfaze, kao i tijekom mitoze (koja se također naziva M faza).
Ako ćelija dosegne regulatornu kontrolnu točku i ne primi signal za nastavak ćelijskog ciklusa (na primjer, ako je na kraju G1 u interfazi i čeka da uđe u S fazu u interfazu) postoje dvije moguće stvari koje bi stanica mogla učiniti. Jedna je da bi mogla pauzirati dok se problem riješi. Ako je, na primjer, neka neophodna komponenta oštećena ili nedostaje, moglo bi se izvršiti popravak ili dopunjavanje, a zatim bi se mogao ponovno približiti kontrolnoj točki. Druga mogućnost ćelije je ulazak u drugu fazu koja se zove G0, koja je izvan staničnog ciklusa. Ovo je označavanje za stanice koje će i dalje funkcionirati na način na koji pretpostavljaju, ali neće prijeći na S fazu ili mitozu i kao takve se neće uključiti u diobu stanica. Za većinu odraslih ljudskih živčanih stanica smatra se da su u skupini G0 faza, jer obično ne prelaze u S fazu ili mitozu. Stanice u G.0 faza se smatra miroljubivom, što znači da su u nepodijeljenom ili senescentnom stanju, što znači da umiru.
Tijekom G1 faze interfaze, postoje dvije regulatorne kontrolne točke kroz koje stanica mora proći prije nastavka. Procjenjuje se je li DNK stanice oštećen, a ako postoji, DNK se mora popraviti prije nego što može nastaviti. Čak i kada je stanica inače spremna za prelazak na S fazu interfaze, postoji još jedna kontrolna točka koja osigurava da su uvjeti okoliša - što znači stanje okoliša koji neposredno okružuje stanicu - povoljni. Ti uvjeti uključuju staničnu gustoću okolnog tkiva. Kad ćelija ima potrebne uvjete da krene iz G1 na S fazu, ciklinski protein se veže na CDK, izlažući aktivnom dijelu molekule, što signalizira stanici da je vrijeme za početak S faze. Ako ćelija ne ispunjava uvjete za prelazak iz G1 do S faze, ciklin neće aktivirati CDK, što će spriječiti napredovanje. U nekim slučajevima, poput oštećene DNK, proteini CDK-inhibitora će se vezati na molekule CDK-ciklina da spriječe napredovanje dok se problem ne riješi.
Sinteza genoma
Jednom kada ćelija uđe u S fazu, mora se kretati sve do kraja staničnog ciklusa, bez da se okreće natrag ili povuče u G0, No, tijekom postupka postoji više kontrolnih točaka kako bi se osiguralo da se koraci pravilno provode prije nego što ćelija prijeđe na sljedeću fazu staničnog ciklusa. "S" u S fazi znači sintezu jer stanica sintetizira, ili stvara, potpuno novu kopiju svoje DNK. U ljudskim stanicama, to znači da ova stanica čini potpuno novi set od 46 kromosoma tijekom S faze. Ova je faza pažljivo regulirana kako bi se spriječilo da pogreške prođu u sljedeću fazu; te su pogreške mutacije. Mutacije se događaju dovoljno često, ali propisi staničnog ciklusa sprječavaju da se puno više njih događa. Tijekom replikacije DNK, svaki kromosom postaje izuzetno namotan oko lanca proteina koji se nazivaju histoni, smanjujući njihovu dužinu sa 2 nanometara na 5 mikrona. Dva nova dvostruka sestrinska kromosoma nazivaju se kromatidama. Histoni vežu dva podudarajuća kromatida, zajedno čvrsto uzastopno, prema dužini. Točka gdje su spojeni zove se centromere. (Pogledajte Resurse za vizualni prikaz toga.)
Kao dodatak kompliciranim pokretima koji se događaju tijekom replikacije DNA, mnoge su eukariotske stanice diploidne, što znači da su njihovi kromosomi normalno raspoređeni u parovima. Većina ljudskih stanica je diploidna, s izuzetkom reproduktivnih stanica; tu se ubrajaju oociti (jajašca) i spermatociti (spermatozoidi), koji su haploidni i imaju 23 kromosoma. Ljudske somatske stanice, koje su sve ostale stanice u tijelu, imaju 46 kromosoma raspoređenih u 23 para. Upareni kromosomi nazivaju se homolognim parom. Tijekom S faze interfaze, kada se svaki pojedinačni kromosom iz originalnog homolognog para replicira, rezultirajuća dva sestrinska kromatida iz svakog izvornog kromosoma spajaju se tvoreći lik koji izgleda kao dva X sljepljena zajedno. Tijekom mitoze, jezgro će se podijeliti u dvije nove jezgre, povlačeći po jedan kromatid iz svakog homolognog para dalje od svoje sestre.
Priprema za staničnu diviziju
Ako ćelija prođe kontrolne točke S faze, koje se posebno brinu za provjeru da DNK nije oštećena, da se pravilno replicirala i da se samo replicirala samo jednom, tada regulatorni faktori omogućuju stanici da prijeđe u sljedeću fazu interfaze. Ovo je G2, što označava Gap fazu 2, poput G1, To je također pogrešno, jer stanica ne čeka, ali je vrlo zauzeta tijekom ove faze. Stanica nastavlja normalno raditi. Prisjetite se tih primjera iz G1 lisne stanice koja izvodi fotosintezu ili bijelih krvnih stanica koje brane tijelo od patogena. Također se priprema za napuštanje interfaze i ulazak u mitozu (M fazu), što je drugi i završni stadij staničnog ciklusa, prije nego što se podijeli i započne sve iznova.
Još jedna kontrolna točka tijekom G2 osigurava da se DNA pravilno replicirala, a CDK omogućuje kretanje prema naprijed samo ako prođe sabrano. Tijekom G2, stanica replicira centromere koji vežu kromatide, tvoreći nešto što se zove mikrotubula. To će postati dio vretena, što je mreža vlakana koja će sestrinske kromatide voditi dalje jedni od drugih i na njihova odgovarajuća mjesta u novo podijeljenim jezgrama. Tijekom ove faze dijele se i mitohondriji i kloroplasti kada su prisutni u stanici. Kad je stanica nadmašila svoje kontrolne točke, spremna je za mitozu i završila je tri stadija interfaze. Tijekom mitoze, jezgro će se podijeliti u dvije jezgre, a gotovo u isto vrijeme, proces zvan citokineza će citoplazmu podijeliti, što znači ostatak stanice, u dvije stanice. Po završetku ovih procesa pojavit će se dvije nove ćelije, spremne za početak G-a1 opet faza interfaze.