Obsah
- TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
- Bunkové delenie v prokaryotoch a eukaryotoch
- Prvá fáza medzery
- Kontrolné body Interfázy
- Syntéza genómu
- Príprava na bunkové delenie
Vedci prvýkrát pozorovali proces bunkového delenia na konci 18. storočia. Konzistentné mikroskopické dôkazy o tom, že bunky vynakladajú energiu a materiál na kopírovanie a delenie, vyvrátili rozšírenú teóriu, že nové bunky vznikli zo spontánnej generácie. Vedci začali chápať jav bunkového cyklu; toto je proces, ktorým sa bunky „rodia“ prostredníctvom bunkového delenia, a potom žijú svoje životy, vychádzajúc zo svojich každodenných bunkových aktivít, až kým nie je čas, aby sa podrobili bunkovému deleniu.
Existuje veľa dôvodov, prečo bunka nemusí prejsť rozdelením. Niektoré bunky v ľudskom tele jednoducho nie; Napríklad väčšina nervových buniek nakoniec prestane podliehať bunkovému deleniu, preto človek, ktorý znáša nervové poškodenie, môže utrpieť trvalé motorické alebo senzorické deficity.
Typicky je však bunkový cyklus proces, ktorý pozostáva z dvoch fáz: interfázy a mitózy. Mitóza je časťou bunkového cyklu, ktorý zahŕňa delenie buniek, ale priemerná bunka trávi 90 percent svojho života v medzifáze, čo jednoducho znamená, že bunka žije a rastie a nerozdeľuje sa. V medzifáze sú tri podfázy. Jedná sa o G1 fáza, S fáza a G2 fáza.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
Tri fázy interfázy sú G1, čo znamená fázu 1 medzery; S fáza, čo znamená Syntetická fáza; a G2, čo je skratka pre Gap phase 2. Interphase je prvá z dvoch fáz eukaryotického bunkového cyklu. Druhou fázou je mitóza alebo M fáza, kedy dochádza k deleniu buniek. Niekedy bunky neopúšťajú G1 pretože nie sú typom buniek, ktoré sa delia, alebo preto, že umierajú. V týchto prípadoch sú vo fáze nazývanej G0, ktorý sa nepovažuje za súčasť bunkového cyklu.
Bunkové delenie v prokaryotoch a eukaryotoch
Jednobunkové organizmy, ako sú baktérie, sa nazývajú prokaryoty, a keď sa zapájajú do delenia buniek, ich účelom je asexuálna reprodukcia; vytvárajú potomstvo. Prokaryotické delenie buniek sa nazýva binárne štiepenie namiesto mitózy. Prokaryoty majú obvykle iba jeden chromozóm, ktorý nie je obsiahnutý ani v jadrovej membráne, a postrádajú organely, ktoré majú iné druhy buniek. Počas binárneho štiepenia prokaryotická bunka vytvorí kópiu svojho chromozómu a potom pripojí každú sesterskú kópiu chromozómu na opačnú stranu svojej bunkovej membrány. Potom začne tvoriť štrbinu vo svojej membráne, ktorá sa štiepi dovnútra v procese zvanom invaginácia, až kým sa nerozdelí na dve identické samostatné bunky. Bunky, ktoré sú súčasťou mitotického bunkového cyklu, sú eukaryotické bunky. Nie sú to jednotlivé živé organizmy, ale bunky, ktoré existujú ako spolupracujúce jednotky väčších organizmov. Bunky vo vašich očiach alebo kostiach alebo bunky v jazyku mačiek alebo v steblách trávy na prednom trávniku sú eukaryotické bunky. Obsahujú oveľa viac genetického materiálu ako prokaryota, takže proces bunkového delenia je tiež oveľa komplexnejší.
Prvá fáza medzery
Bunkový cyklus dostal svoje meno, pretože bunky sa neustále delia a začínajú znovu nanovo. Akonáhle sa bunka rozdelí, je to koniec fázy mitózy a okamžite sa začne znova fáza. V praxi sa bunkový cyklus samozrejme deje plynulo, ale vedci v rámci procesu vymedzili fázy a subfázy, aby lepšie porozumeli mikroskopickým stavebným kameňom života. Novo rozdelená bunka, ktorá je teraz jednou z dvoch buniek, ktoré boli predtým jednou bunkou, je v G1 medzifáza. G1 je skratka pre fázu „Gap“; bude tu ešte jedna označená G2, Môžete ich vidieť aj ako G1 a G2. Keď vedci objavili zaneprázdnenú, zásadnú bunkovú prácu mitózy pod mikroskopom, interpretovali relatívne menej dramatickú medzifázu ako odpočinkovú alebo pauzu medzi deleniami buniek.
Pomenovali ho G.1 s touto interpretáciou slovo „medzera“, ale v tomto zmysle je to nesprávne pomenovanie. V skutočnosti G1 je skôr štádiom rastu ako štádiom odpočinku. Počas tejto fázy robí bunka všetky veci, ktoré sú pre jej typ bunky normálne. Ak ide o bielu krvinku, vykoná obranné opatrenia pre imunitný systém. Pokiaľ ide o listovú bunku v rastline, vykoná sa fotosyntéza a výmena plynov. Bunka pravdepodobne bude rásť. Niektoré bunky rastú pomaly počas G1 zatiaľ čo iné rastú veľmi rýchlo. Bunka syntetizuje molekuly, ako je kyselina ribonukleová (RNA) a rôzne proteíny. V určitom bode neskoro v G1 vo fáze sa musí bunka „rozhodnúť“, či prejde na ďalšiu fázu alebo nie.
Kontrolné body Interfázy
Molekula nazývaná cyklín-dependentná kináza (CDK) reguluje bunkový cyklus. Táto regulácia je nevyhnutná, aby sa zabránilo strate kontroly bunkového rastu. Rozdelenie buniek mimo kontroly u zvierat je ďalším spôsobom opisu zhubného nádoru alebo rakoviny. CDK poskytuje signály v kontrolných bodoch počas špecifických bodov bunkového cyklu, aby bunka mohla pokračovať alebo pozastaviť. Určité faktory životného prostredia prispievajú k tomu, či CDK poskytuje tieto signály. Patria sem dostupnosť živín a rastových faktorov a hustota buniek v okolitom tkanive. Hustota buniek je obzvlášť dôležitá metóda samoregulácie, ktorú používajú bunky na udržanie rýchlosti rastu zdravého tkaniva. CDK reguluje bunkový cyklus počas troch fáz interfázy, ako aj počas mitózy (ktorá sa tiež nazýva M fáza).
Ak bunka dosiahne regulačný kontrolný bod a nedostane signál, aby pokračovala vpred s bunkovým cyklom (napríklad, ak je na konci G1 v medzifáze a čaká na vstup do fázy S v medzifáze), existujú dve možné veci, ktoré by bunka mohla urobiť. Jedným z nich je, že by sa mohol pozastaviť, kým sa problém vyrieši. Ak je napríklad niektorý potrebný komponent poškodený alebo chýba, mohla by sa vykonať oprava alebo doplnenie a potom by sa mohol znovu priblížiť k kontrolnému bodu. Druhou možnosťou pre bunku je vstúpiť do inej fázy nazývanej G0, ktorý je mimo bunkového cyklu. Toto označenie je pre bunky, ktoré budú aj naďalej fungovať tak, ako sa predpokladá, ale neprejdú do fázy S alebo mitózy a ako také sa nebudú podieľať na delení buniek. Väčšina dospelých ľudských nervových buniek sa považuje za G0 fázy, pretože zvyčajne neprejdú do fázy S alebo mitózy. Bunky v G0 fáza sa považuje za pokojnú, čo znamená, že sú v nedeliteľnom stave alebo starnú, čo znamená, že umierajú.
Počas G1 vo fáze fázy, existujú dva regulačné kontrolné body, ktorými musí bunka prejsť pred pokračovaním. Jeden zhodnotí, či je bunková DNA poškodená, a ak je, musí sa pred jej pokračovaním opraviť. Aj keď je bunka inak pripravená na prechod do fázy S interfázy, existuje ďalší kontrolný bod, aby sa zabezpečilo, že podmienky prostredia - to znamená stav prostredia bezprostredne obklopujúceho bunku - sú priaznivé. Tieto podmienky zahŕňajú hustotu buniek okolitého tkaniva. Keď bunka má potrebné podmienky, aby mohla vychádzať z G1 na S fázu sa cyklínový proteín viaže na CDK, čím vystavuje aktívnu časť molekuly, ktorá signalizuje bunke, že je čas začať fázu S. Ak bunka nespĺňa podmienky na presun z bodu G1 na S fázu cyklín neaktivuje CDK, čo zabráni progresii. V niektorých prípadoch, ako je napríklad poškodená DNA, sa proteíny inhibítora CDK viažu na molekuly CDK-cyklínu, aby sa zabránilo progresii, kým sa problém nevyrieši.
Syntéza genómu
Akonáhle bunka vstúpi do fázy S, musí pokračovať až do konca bunkového cyklu bez toho, aby sa otočila späť alebo vystúpila na G0, V priebehu celého procesu je však viac kontrolných bodov, aby sa zaistilo, že kroky sa dokončia správne predtým, ako sa bunka presunie do ďalšej fázy bunkového cyklu. „S“ vo fáze S znamená syntézu, pretože bunka syntetizuje alebo vytvára úplne novú kópiu svojej DNA. V ľudských bunkách to znamená, že bunka vytvára úplne novú skupinu 46 chromozómov počas fázy S. Táto fáza je starostlivo regulovaná, aby sa zabránilo prenosu chýb do ďalšej fázy; tieto chyby sú mutácie. Mutácie sa vyskytujú dosť často, ale regulácia bunkového cyklu bráni tomu, aby sa stalo oveľa viac. Počas replikácie DNA sa každý chromozóm extrémne stočí okolo proteínov nazývaných históny, čím sa skracuje ich dĺžka z 2 nanometrov na 5 mikrónov. Dva nové duplicitné sesterské chromozómy sa nazývajú chromatidy. Históny viažu dva zodpovedajúce chromatidy pevne k sebe po častiach. Miesto, kde sú spojené, sa nazýva centroméra. (Vizuálne znázornenie nájdete v časti Zdroje.)
Aby sa prispelo k komplikovaným pohybom, ku ktorým dochádza počas replikácie DNA, mnoho eukaryotických buniek je diploidných, čo znamená, že ich chromozómy sú obvykle usporiadané v pároch. Väčšina ľudských buniek je diploidná, s výnimkou reprodukčných buniek; medzi ne patria oocyty (vajíčka) a spermatocyty (spermie), ktoré sú haploidné a majú 23 chromozómov. Ľudské somatické bunky, ktoré sú všetky ostatné bunky v tele, majú 46 chromozómov usporiadaných do 23 párov. Spárované chromozómy sa nazývajú homológne páry. Počas fázy S interfázy, keď sa replikuje každý jednotlivý chromozóm z pôvodného homologického páru, sa výsledné dva sesterské chromatidy z každého pôvodného chromozómu spoja, čím sa vytvorí číslo, ktoré vyzerá ako zlepené dve X. Počas mitózy sa jadro rozdelí na dve nové jadrá, a odtiahne jeden z každého chromatidu z každého homologického páru od svojej sestry.
Príprava na bunkové delenie
Ak bunka prechádza kontrolnými bodmi fázy S, ktoré sa zaoberajú najmä zabezpečením, aby DNA nebola poškodená, aby sa správne replikovala a aby sa replikovala iba raz, potom regulačné faktory umožňujú bunke prejsť do ďalšej fázy interfázy. Toto je G2, čo predstavuje fázu Gap 2, napríklad G1, Je to tiež nesprávne pomenovanie, pretože bunka nečaká, ale počas tejto fázy je veľmi zaneprázdnená. Bunka pokračuje vo svojej normálnej práci. Pripomeňme si tieto príklady z G1 fotosyntézy listových buniek alebo bielych krviniek brániacich telo proti patogénom. Tiež sa pripravuje na opustenie medzifázy a vstup do mitózy (M fáza), ktorá je druhou a poslednou fázou bunkového cyklu, predtým, ako sa rozdelí a začne znova.
Ďalší kontrolný bod počas G2 zaisťuje, že DNA bola správne replikovaná a CDK jej umožňuje posunúť sa vpred iba vtedy, ak prechádza zhromažďovaním. Počas G2bunka replikuje centroméru, ktorá viaže chromatidy, čím vytvára niečo, čo sa nazýva mikrotubula. Stane sa to súčasťou vretena, čo je sieť vlákien, ktorá bude viesť sestrové chromatidy od seba a na správne miesta v novo rozdelených jadrách. Počas tejto fázy sa mitochondrie a chloroplasty tiež delia, ak sú prítomné v bunke. Keď bunka prekročila svoje kontrolné body, je pripravená na mitózu a dokončila tri fázy interfázy. Počas mitózy sa jadro rozdelí na dve jadrá a takmer v rovnakom čase proces nazývaný cytokinéza rozdelí cytoplazmu, čo znamená zvyšok bunky, na dve bunky. Na konci týchto procesov budú dve nové bunky pripravené na začatie G1 fáza fázy znova.