Celcyclus: definitie, fasen, regulering en feiten

Inhoud

• TL; DR (te lang; niet gelezen)
• De fasen van de celcyclus
• Interphase en zijn subfasen
• De afbraak van het nucleaire membraan in profase
• De spil-evenaar in metafase
• Twee kernen in Anaphase en Telophase
• Dierlijke en plantaardige cytokinese
• Celcyclusregeling

Celdeling is van vitaal belang voor de groei en gezondheid van een organisme. Bijna alle cellen houden zich bezig met celdeling; sommigen doen het meerdere keren in hun levensduur. Een groeiend organisme, zoals een menselijk embryo, gebruikt celdeling om de grootte en specialisatie van afzonderlijke organen te vergroten. Zelfs volwassen organismen, zoals een gepensioneerde volwassen mens, gebruiken celdeling om lichaamsweefsel te onderhouden en te repareren. De celcyclus beschrijft het proces waarbij cellen hun toegewezen taken uitvoeren, groeien en delen en vervolgens het proces opnieuw beginnen met de twee resulterende dochtercellen. In de 19e eeuw konden wetenschappers door technologische vooruitgang in de microscopie bepalen dat alle cellen uit andere cellen ontstaan ​​door het celdelingsproces. Dit weerlegde eindelijk de eerder wijdverbreide overtuiging dat cellen spontaan werden gegenereerd uit beschikbare materie. De celcyclus is verantwoordelijk voor al het lopende leven. Ongeacht of het gebeurt in de cellen van algen die zich vastklampen aan een rots in een grot of in de cellen van de huid op je arm, de stappen zijn hetzelfde.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Celdeling is van vitaal belang voor de groei en gezondheid van een organisme. De celcyclus is het zich herhalende ritme van celgroei en deling. Het bestaat uit de fasen interfase en mitose, evenals hun subfasen en het proces van cytokinese. De celcyclus wordt strikt gereguleerd door chemicaliën bij checkpoints tijdens elke stap om ervoor te zorgen dat er geen mutaties optreden en dat celgroei niet sneller gebeurt dan wat gezond is voor het omliggende weefsel.

De fasen van de celcyclus

De celcyclus bestaat in wezen uit twee fasen. De eerste fase is een interfase. Tijdens de interfase bereidt de cel zich voor op celdeling in drie subfasen genaamd G₁ fase, S fase en G₂ fase. Tegen het einde van de interfase zijn alle chromosomen in de celkern gedupliceerd. Door al deze fasen blijft de cel ook zijn dagelijkse functies uitvoeren, wat dat ook is. Interfase kan dagen, weken, jaren duren - en in sommige gevallen voor de gehele levensduur van het organisme. De meeste zenuwcellen verlaten de G nooit₁ fase van interfase, dus wetenschappers hebben een speciaal stadium aangewezen voor cellen zoals zij genaamd G₀. Deze fase is bedoeld voor zenuwcellen en andere cellen die geen celdeling zullen ondergaan. Soms is dit omdat ze er gewoon niet klaar voor zijn of niet aan zijn toegewezen, zoals zenuwcellen of spiercellen, en dat wordt een toestand van rust genoemd. Andere keren zijn ze te oud of beschadigd, en dat wordt een staat van veroudering genoemd. Omdat zenuwcellen gescheiden zijn van de celcyclus, is schade eraan meestal onherstelbaar, in tegenstelling tot een gebroken bot, en dit is de reden dat mensen met wervelkolom- of hersenletsel vaak permanente handicaps hebben.

De tweede fase van de celcyclus wordt mitose of M-fase genoemd. Tijdens mitose verdeelt de kern zich in twee delen, waarbij één kopie van elk gedupliceerd chromosoom aan elk van de twee kernen wordt toegevoegd. Er zijn vier stadia van mitose, en deze zijn profase, metafase, anafase en telofase. Op ongeveer hetzelfde moment dat mitose plaatsvindt, vindt een ander proces plaats, cytokinese genaamd, dat bijna zijn eigen fase is. Dit is het proces waardoor het cytoplasma van de cel en al het andere erin zich verdeelt. Op die manier, wanneer de kern in tweeën splitst, zijn er twee van alles in de omringende cel die bij elke kern hoort. Zodra het delen is voltooid, sluit het plasmamembraan zich rond elke nieuwe cel en knijpt af, waardoor de twee nieuwe identieke cellen volledig van elkaar worden gescheiden. Onmiddellijk bevinden beide cellen zich weer in de eerste fase van de interfase: G₁.

Interphase en zijn subfasen

G₁ staat voor Gap-fase 1. De term 'kloof' komt uit een tijd waarin wetenschappers celdeling onder de loep ontdekten en het mitotische stadium erg opwindend en belangrijk vonden. Ze observeerden de celdeling en het bijbehorende cytokinetische proces als bewijs dat alle cellen uit andere cellen kwamen. De fasen van interfase leken echter statisch en inactief. Daarom dachten ze aan hen als rustperioden of gaten in activiteit. De waarheid is echter dat G₁ - en G₂ aan het einde van de interfase - zijn drukke groeiperioden voor de cel, waarin de cel in omvang groeit en bijdraagt ​​aan het welzijn van het organisme op welke manier het ook werd "geboren". Naast de reguliere cellulaire taken bouwt de cel moleculen zoals eiwitten en ribonucleïnezuur (RNA).

Als het DNA van de cel niet is beschadigd en de cel voldoende is gegroeid, gaat het door naar de tweede fase van de interfase, de S-fase genaamd. Dit is een afkorting voor de synthesefase. Tijdens deze fase wijdt de cel, zoals de naam al doet vermoeden, veel energie aan het synthetiseren van moleculen. In het bijzonder repliceert de cel zijn DNA en dupliceert zijn chromosomen. Mensen hebben 46 chromosomen in hun somatische cellen, allemaal cellen die geen voortplantingscellen zijn (sperma en eicellen).De 46 chromosomen zijn georganiseerd in 23 homologe paren die met elkaar zijn verbonden. Elk chromosoom in een homoloog paar wordt de andere homoloog genoemd. Wanneer de chromosomen worden gedupliceerd tijdens de S-fase, worden ze zeer strak opgerold rond histone-eiwitstrengen die chromatine worden genoemd, waardoor het duplicatieproces minder vatbaar is voor DNA-replicatiefouten of mutatie. De twee nieuwe identieke chromosomen worden nu elk chromatiden genoemd. Strengen van histonen binden de twee identieke chromatiden samen zodat ze een soort X-vorm vormen. Het punt waar ze gebonden zijn, wordt een centromeer genoemd. Bovendien zijn de chromatiden nog steeds verbonden met hun homoloog, die nu ook een X-vormig paar chromatiden is. Elk paar chromatiden wordt een chromosoom genoemd; de vuistregel is dat er nooit meer dan één chromosoom aan één centromeer is bevestigd.

De laatste fase van interfase is G₂of Gap-fase 2. Deze fase kreeg zijn naam om dezelfde redenen als G₁. Net zoals tijdens G₁ en S-fase, de cel blijft bezig met zijn typische taken gedurende het stadium, zelfs als hij het werk van de interfase voltooit en zich voorbereidt op mitose. Ter voorbereiding op mitose deelt de cel zijn mitochondriën, evenals zijn chloroplasten (indien aanwezig). Het begint de voorlopers van spilvezels te synthetiseren, die microtubuli worden genoemd. Het maakt deze door de centromeren van de chromatideparen in zijn kern te repliceren en te stapelen. Spilvezels zullen cruciaal zijn voor het proces van nucleaire deling tijdens mitose, wanneer chromosomen uit elkaar moeten worden getrokken in de twee scheidende kernen; ervoor zorgen dat de juiste chromosomen de juiste kern bereiken en aan de juiste homoloog gekoppeld blijven, zijn cruciaal om genetische mutaties te voorkomen.

De afbraak van het nucleaire membraan in profase

De scheidende markers tussen de fasen van de celcyclus en de subfasen van interfase en mitose zijn kunstwerken die wetenschappers gebruiken om het proces van celdeling te kunnen beschrijven. In de natuur is het proces vloeiend en eindeloos. De eerste fase van mitose wordt profase genoemd. Het begint met de chromosomen in de staat waarin ze zich aan het einde van de G bevonden₂ fase van interfase, gerepliceerd met zusterchromatiden bevestigd door centromeren. Tijdens profase condenseert de chromatinestreng, waardoor de chromosomen (dat wil zeggen elk paar zusterchromiden) zichtbaar worden onder lichtmicroscopie. De centromeren blijven groeien tot microtubuli, die spilvezels vormen. Tegen het einde van profase breekt het kernmembraan af en verbinden de spilvezels zich om een ​​structureel netwerk te vormen door het cytoplasma van de cel. Omdat de chromosomen nu vrij in het cytoplasma drijven, zijn de spilvezels de enige ondersteuning die voorkomt dat ze op een dwaalspoor raken.

De spil-evenaar in metafase

De cel beweegt naar metafase zodra het kernmembraan oplost. De spilvezels verplaatsen de chromosomen naar de evenaar van de cel. Dit vlak staat bekend als de spilevenaar of de metafaseplaat. Daar is niets tastbaars; het is gewoon een vlak waar alle chromosomen op één lijn liggen en die de cel horizontaal of verticaal in tweeën deelt, afhankelijk van hoe u de cel bekijkt of inbeeldt (zie bronnen voor een visuele weergave hiervan). Bij mensen zijn er 46 centromeren, en elk daarvan is bevestigd aan een paar chromatidezusters. Het aantal centromeren is afhankelijk van het organisme. Elke centromeer is verbonden met twee spilvezels. De twee spilvezels divergeren zodra ze het centromeer verlaten, zodat ze verbinding maken met structuren op tegenovergestelde polen van de cel.

Twee kernen in Anaphase en Telophase

De cel schakelt over naar anafase, de kortste van de vier fasen van mitose. De spilvezels die de chromosomen verbinden met de polen van de cel worden korter en bewegen weg naar hun respectieve polen. Daarbij trekken ze de chromosomen waaraan ze zijn bevestigd uit elkaar. De centromeren splitsen zich ook in tweeën als de ene helft met elke chromatide zus naar een tegenovergestelde pool reist. Omdat elke chromatide nu zijn eigen centromeer heeft, wordt het weer een chromosoom genoemd. Ondertussen worden verschillende spindelvezels die aan beide polen zijn bevestigd langer, waardoor de afstand tussen de twee polen van de cel groeit, zodat de cel vlakker en langer wordt. Het anafaseproces gebeurt op een zodanige manier dat aan het einde elke zijde van de cel een kopie van elk chromosoom bevat.

Telophase is het vierde en laatste stadium van mitose. In dit stadium rollen de extreem dicht opeengepakte chromosomen - die werden gecondenseerd om de replicatienauwkeurigheid te verhogen - zichzelf uit. De spilvezels lossen op en een cellulair organel genaamd het endoplasmatisch reticulum synthetiseert nieuwe nucleaire membranen rond elke set chromosomen. Dit betekent dat de cel nu twee kernen heeft, elk met een compleet genoom. Mitosis is voltooid.

Dierlijke en plantaardige cytokinese

Nu de kern is verdeeld, moet de rest van de cel ook delen zodat de twee cellen kunnen scheiden. Dit proces staat bekend als cytokinese. Het is een apart proces van mitose, hoewel het vaak samengaat met mitose. Het gebeurt anders in dierlijke en plantencellen, want waar dierlijke cellen alleen een plasmacelmembraan hebben, hebben plantencellen een stijve celwand. In beide soorten cellen zijn er nu twee verschillende kernen in één cel. In dierlijke cellen vormt zich een contractiele ring in het midden van de cel. Dit is een ring van microfilamenten die rond de cel hechten en het plasmamembraan in het midden als een korset strakker maken tot het een zogenaamde splitsingsgroef creëert. Met andere woorden, de samentrekkende ring zorgt ervoor dat de cel een zandlopervorm vormt die meer en meer uitgesproken wordt, totdat de cel volledig in twee afzonderlijke cellen knijpt. In plantencellen creëert een organel, het Golgi-complex, blaasjes, wat membraangebonden vloeistofzakken zijn langs de as die de cel tussen de twee kernen verdeelt. Die blaasjes bevatten polysachariden die nodig zijn om de celplaat te vormen, en de celplaat versmelt uiteindelijk met en wordt een deel van de celwand die ooit de oorspronkelijke enkele cel huisvestte, maar nu twee cellen bevat.

Celcyclusregeling

De celcyclus vereist veel regulering om ervoor te zorgen dat deze niet doorgaat zonder dat aan bepaalde voorwaarden binnen en buiten de cel wordt voldaan. Zonder die regulering zouden er ongecontroleerde genetische mutaties, ongecontroleerde celgroei (kanker) en andere problemen zijn. De celcyclus heeft een aantal controlepunten om ervoor te zorgen dat de dingen correct verlopen. Als dit niet het geval is, worden reparaties uitgevoerd of wordt geprogrammeerde celdood gestart. Een van de primaire chemische regulatoren van de celcyclus is cycline-afhankelijke kinase (CDK). Er zijn verschillende vormen van dit molecuul die op verschillende punten in de celcyclus werken. Het eiwit p53 wordt bijvoorbeeld geproduceerd door beschadigd DNA in de cel en dat zal het CDK-complex aan de G deactiveren₁/ S checkpoint, waardoor de voortgang van de cel wordt gestopt.