Co To jest cykl komórkowy?

cykl komórkowy obejmuje całe życie komórki od urodzenia do jej śmierci. Jest to czas od utworzenia komórki z komórki macierzystej do jej podziału na komórki potomne.

ważną częścią cyklu komórkowego jest podział komórek, proces, w którym komórka jest replikowana, tworząc dwie komórki potomne, w procesie mitozy lub rozmnażania bezpłciowego; lub cztery komórki potomne, w procesie mejozy lub rozmnażania płciowego. Podział ten stanowi jednak tylko niewielką część cyklu komórkowego.

fazy cyklu komórkowego

cykl komórkowy u eukariotów jest zwykle podzielony na dwie główne fazy. Cykl rozpoczyna się, gdy mitoza lub mejoza wytwarza komórkę potomną. Ta komórka wchodzi w interfazę, długi etap stanowiący około 90% cyklu komórkowego. Po interfazie komórka wchodzi w mitozę lub mejozę, co prowadzi do podziału komórki (cytokinezy) i rozpoczęcia nowego cyklu komórkowego w każdej z komórek potomnych.

w mitozie, interfazę można dalej podzielić na trzy podfazy: pierwsza jest znana jako { G }_{ 1 }, dla pierwszej przerwy lub pierwszego wzrostu; druga jest znana jako faza S, dla syntezy, a trzecia jest znana jako { G }_{ 2 }, dla drugiej przerwy lub drugiego wzrostu. Podczas dwóch faz G następuje wzrost komórek, synteza białek i synteza enzymów, podczas gdy w fazie s DNA jest replikowane. Replikacja DNA zachodzi bez zwiększania liczby chromosomów; w ten sposób w komórce jest wystarczająco dużo DNA dla dwóch komórek potomnych, zachowując tę samą ploidy (liczbę zestawów chromosomowych), co komórka macierzysta. Nie myl się między replikacją DNA a replikacją chromosomów. Replikacja chromosomów doprowadzi do zmiany ploidy, podczas gdy replikacja DNA nie.

w mejozie cykl komórkowy jest nieco bardziej skomplikowany: tak jak mejozę można podzielić na mejozę I i mejozę II, Tak może przebiegać międzyfazowo. Interfaza I poprzedza mejozę I I dzieli się na fazy G i S. Po zakończeniu mejozy I następuje interfaza II, ale składa się ona tylko z fazy G. Następnie następuje mejoza II. Dwie fazy G są niezbędne do wzrostu komórek i syntezy białek, podczas gdy faza S jest odpowiedzialna za replikację DNA. Po mejozie I replikacja DNA nie musi występować po mejozie I, ponieważ replikacja miała miejsce już przed mejozą I. dlatego interfaza II nie obejmuje fazy S.

cykl komórkowy jest kontrolowany w kilku punktach w celu wyzwalania i koordynowania pewnych zdarzeń. Należą do nich punkt kontrolny { g} _ {1}, punkt kontrolny { g} _ {2 } i punkt kontrolny M, a także możliwość przejścia na fazę nie dzielącą { g }_{ 0 } jest sygnałem, którego nie podano. Przydaje się to w organizmach, w których komórki zużywają się i wymagają ciągłej wymiany (w ten sposób wzrastamy i ostatecznie starzejemy się). Podczas wzrostu potrzebne są nowe komórki, aby uwzględnić zwiększoną wielkość ciała (zarówno masę, jak i wzrost).

na każdym punkcie kontrolnym występują liczne zdarzenia. Pod koniec drugiej fazy wzrostu, tuż przed wejściem komórki do fazy m odbywa się kontrola jakości; masa komórki jest sprawdzana, aby upewnić się, że podwoiła się, replikacja DNA zakończyła się i że DNA nie jest uszkodzone. Ten punkt nazywa się mitotycznym punktem kontrolnym. Tuż przed wyjściem komórki z fazy M następuje kolejna kontrola jakości; tutaj sprawdzane jest wyrównanie chromosomów i sprawdzane jest przyczepność wrzeciona do wszystkich chromosomów. Zanim komórki wejdą w fazę s interfazy przechodzą przez punkt początkowy lub ograniczający; w tym miejscu sprawdzany jest stan odżywienia komórki i, co najważniejsze, ponownie sprawdzane jest DNA pod kątem uszkodzeń. Jeśli zwracaliście uwagę, być może zauważyliście, że integralność DNA została już raz sprawdzona w punkcie kontroli mitotycznej, to dlatego, że integralność DNA jest prawdopodobnie najważniejszą rzeczą w komórce.

Faza s Międzyfazowa

Faza s cyklu komórkowego występuje podczas międzyfazowej, przed mitozą lub mejozą i jest odpowiedzialna za syntezę lub replikację DNA. W ten sposób materiał genetyczny komórki jest podwojony, zanim wejdzie w mitozę lub mejozę, co pozwala na uzyskanie wystarczającej ilości DNA do podziału na komórki potomne. Faza S rozpoczyna się dopiero, gdy komórka przekroczy punkt kontrolny { G }_{ 1 } i urosnie na tyle, aby zawierała podwójne DNA. Faza S jest zatrzymywana przez białko zwane p16, dopóki to się nie stanie.

białko p16 jest niezbędne w hamowaniu nowotworów i zostało zidentyfikowane jako białko, które zapobiega niektórym nowotworom. Przeciwdziała aktywności zależnych od cyklin białek kinazowych, które są odpowiedzialne za sygnalizację, gdy komórka jest gotowa do przejścia do następnej fazy. Kinazy sygnalizują to przez fosforylowanie białka retinoblastoma (pRB), które gdy jest aktywne, mówi komórce, aby przejść do następnej fazy.

najważniejszym zdarzeniem występującym w fazie S jest replikacja DNA. Celem tego procesu jest wytworzenie podwójnej ilości DNA, co stanowi podstawę dla zestawów chromosomów komórek potomnych. Replikacja DNA rozpoczyna się w punkcie, w którym regulatorowe kompleksy przed replikacją są przyłączone do DNA w fazie { G }_{ 1}. Kompleksy te działają jako sygnał do miejsca, w którym replikacja DNA powinna się rozpocząć. Są one usuwane w fazie S przed rozpoczęciem replikacji, tak aby replikacja DNA nie wystąpiła więcej niż raz.

oprócz replikacji DNA, wzrost komórek nadal zachodzi w fazie s, a białka i enzymy niezbędne do syntezy DNA nadal są wytwarzane.

synteza DNA

cząsteczka DNA ma postać podwójnej helisy. Podczas fazy s, enzym o nazwie helicase rozwija nić DNA, w ten sam sposób, w jaki można rozpakować zamek błyskawiczny. Dwie pojedyncze nici DNA można następnie wykorzystać jako szablony do utworzenia dwóch identycznych podwójnych nici DNA.

enzym zwany polimerazą DNA wiąże nukleotydy z każdą z pojedynczych nici DNA za pomocą komplementarnej Zasady parowania: adenina wiąże się z tyminą, a cytozyna z guaniną. W ten sposób powstaje nowa podwójna helisa DNA, która jest identyczna z oryginałem.

Rysunek 3: synteza DNA zachodząca w fazie S.

Po rozpakowaniu całego DNA i zsyntetyzowaniu go w dwie nowe nici DNA, komórka przechodzi z tej fazy do { G }_{ 1 } fazy mitozy lub profazy I mejozy.

dlaczego Faza S jest ważna

synteza DNA musi nastąpić szybko, ponieważ niesparowane pary zasad nici DNA podczas replikacji są podatne na szkodliwe mutageny, które mogą prowadzić do nieprawidłowości genetycznych, chorób komórkowych, a nawet śmierci komórek. Faza ta jest ściśle regulowana, ze względu na jej znaczenie w ochronie materiału genetycznego. Jeśli istnieje jakiekolwiek uszkodzenie DNA w komórce, można go zidentyfikować i ustalić w fazie S.

oprócz replikacji DNA, liczne kontrole zaangażowane w zapewnienie sprawnego przebiegu pokazu mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia, że komórka nie spędza więcej czasu niż jest to konieczne w tej fazie. Wszelkie opóźnienia mogą mieć kaskadowy wpływ na tempo wzrostu, wymianę komórek, a to miałoby niekorzystne skutki dla organizmu jako całości.

Biology Review

cykl komórkowy jest procesem od momentu utworzenia komórki przez podział, aż do momentu, w którym dzieli się na komórki potomne. Obejmuje to mitozę lub mejozę oraz interfazę. W cyklu mitotycznym interfaza dzieli się na pierwszą fazę przerwy ({ g }_{ 1 }), fazę syntezy (s) i drugą fazę przerwy ({ g }_{ 2 }). Podczas { g }_{ 1 } i { G }_{ 2 } komórka rośnie, a białka i enzymy są syntetyzowane. W fazie S DNA jest syntetyzowane w procesie replikacji DNA. W cyklu mejotycznym interfaza dzieli się na interfazę i i interfazę II. interfaza i obejmuje fazę szczelinową (G) I Fazę syntezy (s), podczas gdy interfaza II obejmuje tylko fazę szczelinową (G).

Faza S jest regulowana przez regulatorowe kompleksy przed replikacją, które sygnalizują, gdzie powinna rozpocząć się synteza DNA; białko p16 i powiązane z nim partnerzy, które hamują wchodzenie komórki w fazę s, dopóki nie będzie wystarczająco duża; i szlaki regulacyjne podczas replikacji DNA. Błędy w tej fazie mogą prowadzić do nieprawidłowości genetycznych, choroby lub śmierci komórek (nieplanowane zgony komórek, nie mylić z apoptozą). Faza S jest również ważna dla wykrywania i korekcji uszkodzeń DNA.

szukasz praktyki z biologii?

sprawdź nasze inne artykuły na temat biologii.

Możesz również znaleźć tysiące pytań praktycznych na Albert.io. Albert.io pozwala dostosować swoje doświadczenie uczenia się do praktyki docelowej tam, gdzie potrzebujesz największej pomocy. Zadamy Ci trudne pytania praktyczne, które pomogą Ci osiągnąć mistrzostwo w biologii.

zacznij ćwiczyć tutaj.

czy jesteś nauczycielem lub administratorem zainteresowanym zwiększeniem wyników uczniów Biologii?

Dowiedz się więcej o naszych licencjach szkolnych tutaj.