Stanični ciklus: definicija, faze, regulacija i činjenice

Sadržaj

• TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
• Faze staničnog ciklusa
• Interfaza i njezine podfaze
• Raspad nuklearne membrane u profazi
• Ekvatorij vretena u metafazi
• Dva nukleusa u Anafazi i Telofazi
• Citokineza životinja i biljaka
• Regulacija staničnog ciklusa

Podjela stanica je vitalna za rast i zdravlje organizma. Gotovo sve stanice sudjeluju u diobi stanica; neki to rade više puta tokom svog životnog vijeka. Rastući organizam, poput ljudskog embrija, koristi diobu stanica za povećanje veličine i specijalizacije pojedinih organa. Čak i zreli organizmi, poput umirovljenog odraslog čovjeka, koriste diobu stanica za održavanje i popravak tjelesnog tkiva. Stanični ciklus opisuje postupak kojim ćelije obavljaju svoje zadane zadatke, rastu i dijele, a zatim ponovo započinju proces s dvije rezultirajuće stanice kćeri. U 19. stoljeću tehnološki napredak mikroskopije omogućio je znanstvenicima da utvrde da sve stanice nastaju iz drugih stanica kroz proces diobe stanica. To je konačno opovrglo prethodno rašireno uvjerenje da su stanice nastale spontano iz raspoložive materije. Stanični ciklus odgovoran je za cijeli tekući život. Bez obzira da li se to događa u stanicama algi koje se prilijepe za stijenu u špilji ili u stanicama kože na vašoj ruci, koraci su isti.

TL; DR (Predugo; nisam pročitao)

Podjela stanica je vitalna za rast i zdravlje organizma. Stanični ciklus je ponavljajući ritam rasta i dijeljenja stanica. Sastoji se od faza interfaze i mitoze, kao i njihovih podfaza, i procesa citokineze. Stanični ciklus strogo su regulirani kemikalijama na kontrolnim točkama tijekom svakog koraka kako bi se osiguralo da se mutacije ne dogode i da se rast stanica ne dogodi brže nego što je zdravo za okolno tkivo.

Faze staničnog ciklusa

Stanični ciklus u osnovi se sastoji od dvije faze. Prva faza je interfazna. Tijekom interfaze stanica se priprema za diobu stanica u tri podfaze nazvane G₁ faza, S faza i G₂ faza. Na kraju interfaze, kromosomi u staničnoj jezgri su duplirani. Kroz sve ove faze ćelija također nastavlja provoditi svoje svakodnevne funkcije, bez obzira na to. Interfaza može trajati danima, tjednima, godinama - a u nekim slučajevima i za cijeli životni vijek organizma. Većina živčanih stanica nikad ne napušta G₁ stadiju interfaze, pa su znanstvenici odredili poseban stadij za stanice poput njih zvane G₀, Ova faza je za živčane stanice i ostale stanice koje neće ići u proces diobe stanica. Ponekad je to zato što jednostavno nisu spremne ili nisu imenovane, poput živčanih ili mišićnih stanica, a to se naziva mirovanjem. Drugi put su prerasli ili oštećeni, a to se naziva starosnim stanjem. Budući da su živčane stanice odvojene od staničnog ciklusa, oštećenje na njima uglavnom je nepopravljivo, za razliku od slomljene kosti, i to je razlog što ljudi koji imaju ozljede kralježnice ili mozga često imaju trajne nedostatke.

Druga faza staničnog ciklusa naziva se mitoza, ili M faza. Tijekom mitoze, jezgro se dijeli na dva dijela, izvodeći po jedan primjerak svakog umnoženog kromosoma na obje jezgre. Postoje četiri stadija mitoze, a to su profaza, metafaza, anafaza i telofaza. Otprilike u isto vrijeme kada se događa mitoza, događa se drugi proces, nazvan citokineza, koji je gotovo njegova vlastita faza. To je postupak kojim se citoplazma stanice i sve ostalo u njoj dijeli. Na taj način, kada se jezgro razdvoji na dva, u svakoj ćeliji postoje dvije stvari koje idu u svaku jezgru. Jednom kada je dijeljenje završeno, plazma membrana se zatvara oko svake nove stanice i otkači, dijeleći dvije nove identične stanice jedna od druge u potpunosti. Odmah su obje stanice opet u prvoj fazi interfaze: G₁.

Interfaza i njezine podfaze

G₁ označava fazu Gap 1. Izraz "jaz" dolazi od vremena kada su znanstvenici otkrivali podjelu stanica pod mikroskopom i otkrili da je mitotički stadij vrlo uzbudljiv i važan. Promatrali su dijeljenje jezgra i popratni citokinetički proces kao dokaz da sve stanice dolaze iz drugih stanica. Međutim, faze međufaze činile su se statične i neaktivne. Stoga su o njima mislili kao na razdoblje odmora ili na prazninu u aktivnosti. Istina je, međutim, da je G₁ - i G₂ na kraju interfaze - ubrzavaju se periodi rasta za stanicu u kojima ćelija raste u veličini i doprinosi dobrobiti organizma na bilo koji način „rođen“ je. Uz svoje redovne stanične dužnosti, stanica gradi molekule poput proteina i ribonukleinske kiseline (RNA).

Ako stanični DNK nije oštećen i stanica je dovoljno narasla, prelazi u drugu fazu interfaze, koja se naziva S faza. Ovo je kratka faza za Sintezu. Tijekom ove faze, kao što ime sugerira, stanica velik dio energije posvećuje sinteziranju molekula. Konkretno, stanica preslikava svoju DNA, umnožujući svoje kromosome. Ljudi imaju 46 kromosoma u svojim somatskim stanicama, što su sve stanice koje nisu reproduktivne stanice (sperma i jajne stanice).46 kromosoma organizirani su u 23 homologna para koji su spojeni zajedno. Svaki kromosom u homolognom paru naziva se homolog drugog. Kad se kromosomi dupliciraju tijekom S faze, oni se vrlo čvrsto omotaju oko lanca proteina histona koji se nazivaju kromatin, što postupak umnožavanja čini manje sklonim pogreškama replikacije DNK ili mutaciji. Dva nova identična kromosoma danas se nazivaju kromatidama. Pramenovi histona vežu dva identična kromatida zajedno tako da formiraju neku vrstu X oblika. Točka gdje su vezani naziva se centromere. Pored toga, kromatide su još uvijek spojene sa svojim homologom, koji je sada također par kromatida u obliku slova X. Svaki par kromatida naziva se kromosom; pravilo palca je da nikad ne postoji više kromosoma pričvršćenih na jedan centrometar.

Posljednja faza interfaze je G₂, ili faza praznine 2. Ova faza je dobila ime iz istih razloga kao i G₁, Baš kao za vrijeme G₁ i S fazu, stanica ostaje zauzeta svojim tipičnim zadacima tijekom cijele faze, čak i kad dovršava rad interfaze i priprema se za mitozu. Da bi se pripremila za mitozu, stanica dijeli svoje mitohondrije, kao i svoje kloroplaste (ako ih ima). Počinje sintetizirati prekursore vretenastih vlakana, koji se nazivaju mikrotubulama. To se postiže umnožavanjem i slaganjem centromera kromatidnih parova u njezinu jezgru. Vretenasta vlakna bit će ključna za proces nuklearne diobe tijekom mitoze, kada će se kromosomi morati razdvojiti u dvije jezgre koje razdvajaju; osiguravanje da ispravni kromosomi dođu do ispravne jezgre i ostanu upareni s ispravnim homologom ključni su kako bi se spriječile genetske mutacije.

Raspad nuklearne membrane u profazi

Dijeli markeri između faza staničnog ciklusa i podfaze interfaze i mitoze umjetnički su predmeti koje znanstvenici koriste kako bi opisali postupak stanične diobe. U prirodi je proces fluidan i neprekidan. Prvi stadij mitoze naziva se profaza. Sve započinje kromosomima u stanju u kojem su bili na kraju G.₂ stadij interfaze, repliciran sestrinskim kromatidama pričvršćenim centromerama. Tijekom profaze, kromatinski se niz kondenzira, što omogućava da kromosomi (tj. Svaki par sestrinskih kromatida) postanu vidljivi pod svjetlosnom mikroskopijom. Centromere i dalje rastu u mikrotubule, koje tvore vretenasta vlakna. Na kraju profaze, nuklearna membrana se raspada, a vlakna vretena spajaju se da tvore strukturnu mrežu kroz citoplazmu stanice. Budući da danas kromosomi slobodno plutaju u citoplazmi, vlakna vretena su jedini oslonac koji ih sprječava da plutaju.

Ekvatorij vretena u metafazi

Stanica prelazi u metafazu čim se nuklearna membrana otopi. Vlakna vretena pomiču kromosome do ekvatora stanice. Ova je ravnina poznata kao vretenski ekvator ili metafazna ploča. Nema tu ništa opipljivo; to je jednostavno ravnina na kojoj se svi kromosomi postavljaju i koja dijeli stanicu vodoravno ili okomito, ovisno o načinu na koji gledate ili zamišljate stanicu (za vizualni prikaz toga pogledajte Resursi). Kod ljudi postoji 46 centromera, a svaki je povezan na par kromatidnih sestara. Broj centromera ovisi o organizmu. Svaki centromere spojen je s dva vretenasta vlakna. Dva vlakna vretena odstupaju nakon što napuste centromere, tako da se povezuju sa strukturama na suprotnim polovima stanice.

Dva nukleusa u Anafazi i Telofazi

Stanica se premješta u anafazu, što je najkraće od četiri faze mitoze. Vlakna vretena koja povezuju kromosome na polovima stanice skraćuju se i odmiču prema njihovim polovima. Pri tome razdvajaju kromosome na koje su vezani. Centromeres se također dijeli na dva dijela dok jedna polovica putuje sa svakom sestrom kromatida prema suprotnom polu. Budući da svaki kromatid sada ima svoj centrometar, ponovno se naziva kromosom. U međuvremenu se različita vretenasta vlakna pričvršćena na oba pola produžuju, uzrokujući rast udaljenost između dva pola stanice, tako da se stanica ravna i izdužuje. Proces anafaze događa se na takav način da na kraju svaka strana ćelije sadrži po jedan primjerak svakog kromosoma.

Telofaza je četvrti i posljednji stadij mitoze. U ovoj su fazi izuzetno čvrsto nabijeni kromosomi - koji su bili kondenzirani da povećaju točnost replikacije - sami od sebe. Vlakna vretena se rastvaraju, a stanična organela nazvana endoplazmatski retikulum sintetizira nove nuklearne membrane oko svakog niza kromosoma. To znači da stanica sada ima dvije jezgre, a svaka ima kompletan genom. Mitoza je završena.

Citokineza životinja i biljaka

Sada kada je jezgro podijeljeno, ostatak ćelije se također mora podijeliti kako bi se dvije stanice mogle razdvojiti. Taj je postupak poznat kao citokineza. To je odvojeni proces od mitoze, iako se često događa istovremeno s mitozama. U životinjskim i biljnim stanicama događa se drugačije, jer tamo gdje životinjske stanice imaju samo membranu plazma stanica, biljne stanice imaju krutu staničnu stijenku. U obje vrste stanica postoje dvije različite jezgre u jednoj stanici. U životinjskim stanicama kontraktilni prsten nastaje u sredini stanice. Ovo je prsten mikrofilamenata koji se steže oko stanice i zateže plazma membranu u središtu poput korzeta dok ne stvori ono što je poznato kao brazda cijepanja. Drugim riječima, kontraktilni prsten uzrokuje da stanica formira oblik pješčanog sata koji postaje sve izraženiji, sve dok se stanica ne odvoji u dvije odvojene stanice. U biljnim stanicama, organela nazvana Golgijev kompleks stvara vezikule, koji su membranski vezani džepići duž osi koji dijele stanicu između dviju jezgara. Te vezikule sadrže polisaharide koji su potrebni za oblikovanje stanične ploče, a stanična se ploča s vremenom spaja i postaje dio stanične stijenke koja je nekada sadržavala izvornu pojedinačnu stanicu, ali sada je dom dvije stanice.

Regulacija staničnog ciklusa

Stanični ciklus zahtijeva veliku regulaciju kako bi se osiguralo da se ne nastavlja bez ispunjenja određenih uvjeta unutar i izvan ćelije. Bez te regulacije nastupile bi nekontrolirane genetske mutacije, rast stanica izvan kontrole (rak) i drugi problemi. Stanični ciklus ima brojne kontrolne točke kako bi se osiguralo da se stvari odvijaju ispravno. Ako nisu, vrše se popravci ili započinje programirana smrt stanica. Jedan od primarnih kemijskih regulatora staničnog ciklusa je ciklinski ovisna kinaza (CDK). Postoje različiti oblici ove molekule koji djeluju na različitim točkama staničnog ciklusa. Na primjer, protein p53 nastaje oštećenom DNK u stanici i koji će deaktivirati CDK kompleks u G₁/ S kontrolne točke, čime se zaustavlja napredak ćelije.