Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- Celdeling in prokaryoten en eukaryoten
- De eerste klooffase
- De checkpoints van Interphase
- Synthese van het genoom
- Voorbereiding voor celdeling
Wetenschappers observeerden voor het eerst het proces van celdeling in de late jaren 1800. Het consistente microscopische bewijs dat cellen energie en materiaal besteden om zichzelf te kopiëren en te verdelen, weerlegde de wijdverbreide theorie dat nieuwe cellen ontstonden uit spontane generatie. Wetenschappers begonnen het fenomeen van de celcyclus te begrijpen; dit is het proces waarbij cellen worden "geboren" door celdeling, en vervolgens hun leven leiden, hun dagelijkse celactiviteiten voortzetten, totdat het tijd is om zelf celdeling te ondergaan.
Er zijn voldoende redenen waarom een cel mogelijk niet door een deling gaat. Sommige cellen in het menselijk lichaam doen dat gewoon niet; de meeste zenuwcellen stoppen bijvoorbeeld uiteindelijk met het ondergaan van celdeling, wat de reden is dat een persoon die zenuwschade doorstaat, permanente motorische of sensorische tekorten kan lijden.
Meestal is de celcyclus echter een proces dat uit twee fasen bestaat: interfase en mitose. Mitose is het deel van de celcyclus dat celdeling omvat, maar de gemiddelde cel spendeert 90 procent van zijn leven in interfase, wat gewoon betekent dat de cel leeft en groeit en niet deelt. Er zijn drie subfasen binnen interfase. Dit zijn G1 fase, S fase en G2 fase.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De drie fasen van interfase zijn G1, wat staat voor Gap fase 1; S-fase, wat staat voor de synthesefase; en G2, wat staat voor Gap-fase 2. Interfase is de eerste van twee fasen van de eukaryotische celcyclus. De tweede fase is mitose, of M-fase, dat is wanneer celdeling optreedt. Soms verlaten cellen G niet1 omdat ze niet het type cellen zijn dat zich deelt, of omdat ze sterven. In deze gevallen bevinden ze zich in een fase met de naam G0, die niet wordt beschouwd als onderdeel van de celcyclus.
Celdeling in prokaryoten en eukaryoten
Eencellige organismen zoals bacteriën worden prokaryoten genoemd, en wanneer ze zich bezighouden met celdeling, is hun doel om zich aseksueel voort te planten; zij creëren nakomelingen. Prokaryotische celdeling wordt binaire splijting genoemd in plaats van mitose. Prokaryoten hebben meestal slechts één chromosoom dat niet eens in een kernmembraan zit, en ze missen de organellen die andere soorten cellen hebben. Tijdens binaire splijting maakt een prokaryotische cel een kopie van zijn chromosoom en bevestigt vervolgens elke zusterkopie van het chromosoom aan een tegenoverliggende zijde van zijn celmembraan. Het begint dan een kloof in zijn membraan te vormen die naar binnen knelt in een proces dat invaginatie wordt genoemd, totdat het zich in twee identieke, afzonderlijke cellen scheidt. De cellen die deel uitmaken van de mitotische celcyclus zijn de eukaryotische cellen. Het zijn geen individuele levende organismen, maar cellen die bestaan als samenwerkende eenheden van grotere organismen. De cellen in uw ogen of uw botten, of de cellen in de tong van uw kat of in de grassprieten op uw voortuin zijn allemaal eukaryotische cellen. Ze bevatten veel meer genetisch materiaal dan een prokaryoot, dus het proces van celdeling is ook veel complexer.
De eerste klooffase
De celcyclus heeft zijn naam gekregen omdat cellen zich voortdurend delen en het leven opnieuw beginnen. Zodra een cel zich deelt, is dat het einde van de mitose-fase en begint deze onmiddellijk opnieuw te interfasen. Natuurlijk, in de praktijk, verloopt de celcyclus vloeiend, maar wetenschappers hebben fasen en subfasen binnen het proces afgebakend om de microscopische bouwstenen van het leven beter te begrijpen. De nieuw verdeelde cel, die nu een van de twee cellen is die voorheen een enkele cel waren, bevindt zich in de G1 subfase van interfase. G1 is een afkorting voor de "Gap" -fase; er komt nog een met het label G2. Mogelijk ziet u deze ook geschreven als G1 en G2. Toen wetenschappers het drukke, fundamentele cellulaire werk van mitose onder de microscoop ontdekten, interpreteerden ze de relatief minder dramatische interfase als een rustende of pauzerende fase tussen celdelingen.
Ze noemden G1 stadium met het woord "kloof" met behulp van deze interpretatie, maar in die zin is het een verkeerde benaming. In werkelijkheid heeft G1 is meer een fase van groei dan een fase van rust. Tijdens deze fase doet de cel alle dingen die normaal zijn voor het type cel. Als het een witte bloedcel is, zal het defensieve acties uitvoeren voor het immuunsysteem. Als het een bladcel in een plant is, zal het fotosynthese en gasuitwisseling uitvoeren. De cel zal waarschijnlijk groeien. Sommige cellen groeien langzaam tijdens G1 terwijl anderen zeer snel groeien. De cel synthetiseert moleculen, zoals ribonucleïnezuur (RNA) en verschillende eiwitten. Op een gegeven moment laat in de G1 fase moet de cel "beslissen" of hij al dan niet naar de volgende fase van de interfase gaat.
De checkpoints van Interphase
Een molecuul genaamd cycline-afhankelijke kinase (CDK) regelt de celcyclus. Deze regeling is noodzakelijk om verlies van controle over celgroei te voorkomen. Onbeheerste celdeling bij dieren is een andere manier om een kwaadaardige tumor of kanker te beschrijven. CDK geeft signalen op controlepunten tijdens specifieke punten van de celcyclus zodat de cel verder kan gaan of kan pauzeren. Bepaalde omgevingsfactoren dragen bij aan de vraag of CDK deze signalen levert. Deze omvatten de beschikbaarheid van voedingsstoffen en groeifactoren en de celdichtheid in het omliggende weefsel. Celdichtheid is een bijzonder belangrijke zelfreguleringsmethode die door cellen wordt gebruikt om de groeisnelheid van gezond weefsel te handhaven. CDK regelt de celcyclus tijdens de drie fasen van de interfase, evenals tijdens mitose (die ook M-fase wordt genoemd).
Als een cel een regulatorisch controlepunt bereikt en geen signaal ontvangt om door te gaan met de celcyclus (bijvoorbeeld als deze aan het einde van G staat)1 in interfase en wacht om de S-fase in te schakelen in interfase), zijn er twee mogelijke dingen die de cel zou kunnen doen. Een daarvan is dat het kan pauzeren terwijl het probleem is opgelost. Als bijvoorbeeld een noodzakelijk onderdeel is beschadigd of ontbreekt, kunnen reparaties of aanvullingen worden uitgevoerd en kan het opnieuw het controlepunt naderen. De andere optie voor de cel is om een andere fase in te gaan met de naam G0, die zich buiten de celcyclus bevindt. Deze aanduiding is voor cellen die zullen blijven functioneren zoals ze moeten, maar niet doorgaan naar de S-fase of mitose, en als zodanig geen celdeling zullen aangaan. De meeste volwassen menselijke zenuwcellen worden als in de G beschouwd0 fase, omdat ze meestal niet doorgaan naar de S-fase of mitose. Cellen in de G0 fase worden beschouwd als rustig, wat betekent dat ze zich in een niet-delende staat bevinden, of senescent, wat betekent dat ze sterven.
Tijdens de G1 fase van interfase, zijn er twee regelgevende controlepunten die de cel moet passeren voordat hij verder gaat. Men beoordeelt of het DNA van de cel is beschadigd, en als dit het geval is, moet het DNA worden gerepareerd voordat het verder kan gaan. Zelfs wanneer de cel anders klaar is om door te gaan naar de S-fase van interfase, is er nog een controlepunt om ervoor te zorgen dat de omgevingscondities - dat wil zeggen de toestand van de omgeving die de cel direct omringt - gunstig zijn. Deze omstandigheden omvatten de celdichtheid van het omringende weefsel. Wanneer de cel de nodige voorwaarden heeft om verder te gaan van G1 aan de S-fase bindt een cycline-eiwit aan CDK, waardoor het actieve deel van het molecuul wordt blootgelegd, wat aan de cel aangeeft dat het tijd is om aan de S-fase te beginnen. Als de cel niet voldoet aan de voorwaarden om van G te gaan1 in de S-fase, zal de cycline de CDK niet activeren, waardoor de progressie wordt voorkomen. In sommige gevallen, zoals beschadigd DNA, binden CDK-remmende eiwitten aan CDK-cycline-moleculen om progressie te voorkomen totdat het probleem is verholpen.
Synthese van het genoom
Zodra de cel de S-fase ingaat, moet deze doorgaan tot het einde van de celcyclus zonder terug te keren of zich terug te trekken naar G0. Er zijn echter meer controlepunten in het hele proces om ervoor te zorgen dat de stappen correct worden voltooid voordat de cel naar de volgende fase van de celcyclus gaat. De 'S' in de S-fase staat voor synthese omdat de cel een geheel nieuwe kopie van zijn DNA synthetiseert of maakt. In menselijke cellen betekent dit dat de cel een geheel nieuwe set van 46 chromosomen maakt tijdens de S-fase. Deze fase is zorgvuldig geregeld om te voorkomen dat fouten doorgaan naar de volgende fase; die fouten zijn mutaties. Mutaties komen vaak genoeg voor, maar voorschriften met betrekking tot de celcyclus voorkomen veel meer. Tijdens DNA-replicatie wordt elk chromosoom extreem opgerold rond strengen van eiwitten, histonen genaamd, waardoor hun lengte wordt teruggebracht van 2 nanometer tot 5 micron. De twee nieuwe dubbele zusterchromosomen worden chromatiden genoemd. De histonen binden de twee overeenkomende chromatiden stevig halverwege hun lengte aan elkaar. Het punt waar ze zijn verbonden, wordt de centromeer genoemd. (Zie bronnen voor een visuele weergave hiervan.)
Om de gecompliceerde bewegingen die tijdens DNA-replicatie plaatsvinden, nog te vergroten, zijn veel eukaryotische cellen diploïd, wat betekent dat hun chromosomen normaal in paren zijn gerangschikt. De meeste menselijke cellen zijn diploïd, met uitzondering van de voortplantingscellen; deze omvatten eicellen (eieren) en spermatocyten (sperma), die haploïde zijn en 23 chromosomen hebben. Menselijke somatische cellen, die alle andere cellen in het lichaam zijn, hebben 46 chromosomen, gerangschikt in 23 paren. De gepaarde chromosomen worden een homoloog paar genoemd. Tijdens de S-fase van de interfase, wanneer elk afzonderlijk chromosoom van een origineel homoloog paar wordt gerepliceerd, worden de resulterende twee zusterchromiden van elk origineel chromosoom samengevoegd, waardoor een figuur ontstaat die eruitziet als twee X's aan elkaar gelijmd. Tijdens mitose splitst de kern zich in twee nieuwe kernen, waarbij een van elke chromatide van elk homoloog paar van zijn zus wordt weggetrokken.
Voorbereiding voor celdeling
Als de cel de S-fase-controlepunten passeert, die zich vooral bezighouden met ervoor te zorgen dat het DNA niet is beschadigd, dat het correct is gerepliceerd en dat het slechts eenmaal heeft gerepliceerd, laten regulerende factoren de cel toe om door te gaan naar de volgende fase van interfase. Dit is G2, wat staat voor Gap fase 2, zoals G1. Het is ook een verkeerde benaming, omdat de cel niet wacht, maar in deze fase erg druk is. De cel blijft zijn normale werk doen. Denk aan die voorbeelden uit G1 van een bladcel die fotosynthese uitvoert of een witte bloedcel die het lichaam verdedigt tegen ziekteverwekkers. Het bereidt zich ook voor om de interfase te verlaten en de mitose (M-fase) in te gaan, wat de tweede en laatste fase van de celcyclus is, voordat deze zich splitst en helemaal opnieuw begint.
Nog een checkpoint tijdens G2 zorgt ervoor dat het DNA correct is gerepliceerd, en CDK staat het toe alleen vooruit te gaan als het verzamelt. Tijdens G2, repliceert de cel het centromeer dat de chromatiden bindt en vormt zoiets als een microtubule. Dit wordt een deel van de spil, een netwerk van vezels die de zusterchromatiden van elkaar en naar hun juiste plaatsen in de nieuw verdeelde kernen zullen geleiden. Tijdens deze fase delen mitochondria en chloroplasten ook wanneer ze in de cel aanwezig zijn. Wanneer de cel zijn controlepunten heeft overtroffen, is hij klaar voor mitose en is hij klaar met de drie fasen van de interfase. Tijdens mitose splitst de kern zich in twee kernen, en bijna tegelijkertijd zal een proces dat cytokinese wordt genoemd het cytoplasma, dat wil zeggen de rest van de cel, in twee cellen verdelen. Tegen het einde van deze processen zijn er twee nieuwe cellen, klaar om met de G te beginnen1 fase van interfase opnieuw.