Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Solusyklin vaiheet
- Interfaasi ja sen alafaasit
- Ydinkalvon hajoaminen profaasissa
- Karan päiväntasaaja metafaasissa
- Kaksi ydintä anafaasissa ja telofaasissa
- Eläinten ja kasvien sytokineesi
- Solusyklin asetus
Solujen jakautuminen on elintärkeää organismin kasvulle ja terveydelle. Lähes kaikki solut osallistuvat solunjakoon; jotkut tekevät sen useita kertoja elinaikanaan. Kasvava organismi, kuten ihmisalkio, käyttää solunjakoa lisätäkseen yksittäisten elinten kokoa ja erikoistumista. Jopa kypsät organismit, kuten eläkkeellä oleva aikuinen ihminen, käyttävät solujakautumista kehon kudoksen ylläpitämiseen ja korjaamiseen. Solusykli kuvaa prosessia, jolla solut tekevät niille osoitetut työt, kasvavat ja jakautuvat, ja aloittavat sitten prosessin uudelleen kahdella tuloksena olevalla tytärsolulla. 1800-luvulla mikroskopian tekninen kehitys antoi tutkijoille mahdollisuuden määrittää, että kaikki solut syntyvät muista soluista solunjakoprosessin kautta. Tämä kiisti lopulta aikaisemmin yleisen uskomuksen, että solut syntyivät spontaanisti käytettävissä olevasta aineesta. Solusykli on vastuussa kaikesta meneillään olevasta elämästä. Riippumatta siitä, tapahtuuko leväsoluissa kiinni kiinni luolissa tai käsivarren ihon soluissa, vaiheet ovat samat.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Solujen jakautuminen on elintärkeää organismin kasvulle ja terveydelle. Solusykli on toistuva solujen kasvun ja jakautumisen rytmi. Se koostuu vaiheista, interfaasista ja mitoosista, samoin kuin niiden alafaasista, ja sytokiiniprosessista. Solusykliä säädellään tiukasti kemikaaleilla tarkastuspisteissä jokaisessa vaiheessa sen varmistamiseksi, että mutaatioita ei tapahdu ja että solujen kasvu ei tapahdu nopeammin kuin mikä on terveellistä ympäröivälle kudokselle.
Solusyklin vaiheet
Solusykli koostuu olennaisesti kahdesta vaiheesta. Ensimmäinen vaihe on vaiheiden välinen. Vaiheiden aikana solu valmistautuu solunjakoon kolmessa alavaiheessa, nimeltään G1 vaihe, S-vaihe ja G2 vaihe. Interfaasin loppuun mennessä kaikki solun ytimen kromosomit ovat monistuneet. Kaikkien näiden vaiheiden läpi solu jatkaa myös päivittäisiä toimintojaan riippumatta siitä, mitä ne ovat. Interfaasi voi kestää päiviä, viikkoja, vuosia - ja joissain tapauksissa koko organismin eliniän. Useimmat hermosolut eivät koskaan poistu G: stä1 välivaiheen vaihe, joten tutkijat ovat nimenneet erityisen vaiheen niiden kaltaisille soluille, nimeltään G0. Tämä vaihe on tarkoitettu hermosoluille ja muille soluille, jotka eivät mene solujen jakautumisprosessiin. Joskus tämä johtuu siitä, että he eivät yksinkertaisesti ole valmiita tai joita ei ole nimetty, kuten hermosolut tai lihassolut, ja sitä kutsutaan lepotilaksi. Muina aikoina ne ovat liian vanhoja tai vaurioituneet, ja sitä kutsutaan vanhenemistilaksi. Koska hermosolut ovat erillään solusyklistä, niiden vaurioituminen on useimmiten korjaamatonta, toisin kuin rikkoutunut luu, ja tästä syystä selkärangan tai aivovaurioilla olevilla ihmisillä on usein pysyviä vammaisuuksia.
Solusyklin toista vaihetta kutsutaan mitoosiksi tai M-vaiheeksi. Mitoosin aikana ydin jakautuu kahteen, jolloin yksi kopio jokaisesta kopioidusta kromosomista kumpaankin kahdesta ytimestä. Mitoosia on neljä vaihetta, ja nämä ovat profaaseja, metafaaseja, anafaaseja ja teofaaseja. Noin samaan aikaan, kun mitoosi tapahtuu, tapahtuu toinen prosessi, nimeltään sytokineesi, joka on melkein oma vaihe. Tämä on prosessi, jonka avulla solun sytoplasma ja kaikki muu siinä jakautuu. Tällä tavalla, kun ydin jakautuu kahteen, ympäröivään soluun kuuluu kaksi kaikkea, jotka kulkevat kunkin ytimen kanssa. Kun jakaminen on valmis, plasmakalvo sulkeutuu kunkin uuden solun ympärille ja puristuu irti jakaen kaksi uutta identtistä solua toisistaan kokonaan. Heti molemmat solut ovat jälleen vaiheiden ensimmäisessä vaiheessa: G1.
Interfaasi ja sen alafaasit
G1 tarkoittaa aukon vaihetta 1. Termi ”aukko” tulee ajasta, jolloin tutkijat löysivät solunjakautumista mikroskoopin alla ja pitivät mitoottista vaihetta erittäin jännittävänä ja tärkeänä. He tarkkailivat ytimen jakautumista ja siihen liittyvää sytokinettistä prosessia todisteena siitä, että kaikki solut tulivat muista soluista. Interfaasin vaiheet näyttivät kuitenkin staattisilta ja passiivisilta. Siksi he ajattelivat heitä lepoaikoina tai toiminta-aukkoina. Totuus on kuitenkin, että G1 - ja G2 välivaiheen lopussa - ovat vilkkaita solujen kasvuaikoja, joissa solu kasvaa kooltaan ja myötävaikuttaa organismin hyvinvointiin millä tahansa tavalla ”syntyi” tehdäkseen. Säännöllisten solun tehtäviensä lisäksi solu rakentaa molekyylejä, kuten proteiineja ja ribonukleiinihappoa (RNA).
Jos solun DNA ei ole vaurioitunut ja solu on kasvanut tarpeeksi, se etenee interfaasin toiseen vaiheeseen, nimeltään S-vaihe. Tämä on lyhenne synteesivaiheesta. Tämän vaiheen aikana, kuten nimestä voi päätellä, solu käyttää paljon energiaa molekyylien syntetisointiin. Erityisesti solu replikoi DNA: taan, monistaen kromosominsa. Ihmisillä on somaattisissa soluissaan 46 kromosomia, jotka kaikki ovat soluja, jotka eivät ole lisääntymissoluja (siittiöitä ja munasoluja).46 kromosomia on järjestetty 23 homologiseksi pariksi, jotka on liitetty toisiinsa. Jokaista homologisen parin kromosomia kutsutaan toisen homologiksi. Kun kromosomit toistuvat S-vaiheen aikana, ne kelataan hyvin tiiviisti histomaattiproteiinin juosteiden, nimeltään kromatiini, ympärille, mikä tekee kopiointiprosessista vähemmän alttiita DNA: n replikaatiovirroille tai mutaatioille. Kahta uutta identtistä kromosomia kutsutaan nyt kumpikin kromatideiksi. Histoninauhat sitovat kaksi identtistä kromatidiä toisiinsa siten, että ne muodostavat eräänlaisen X-muodon. Kohta, johon ne ovat sitoutuneet, kutsutaan sentromeeriksi. Lisäksi kromatidit ovat edelleen liittyneet homologiinsa, joka on nyt myös X-muotoinen pari kromatideja. Jokaista kromatidi-paria kutsutaan kromosomiksi; peukalosääntö on, että yhdelle sentromeerille ei ole koskaan liitetty useampaa kuin yhtä kromosomia.
Interfaasin viimeinen vaihe on G2tai Gap-vaihe 2. Tälle vaiheelle annettiin nimi samoista syistä kuin G: lle1. Aivan kuten G: n aikana1 S- ja S-vaiheessa solu pysyy kiireisenä tyypillisissä tehtävissään koko vaiheessa, jopa kun se lopettaa välivaiheen työn ja valmistautuu mitoosiin. Valmistautuakseen mitoosiin solu jakaa mitokondrionsa sekä kloroplastinsa (jos sitä on). Se alkaa syntetisoida karakuitujen esiasteita, joita kutsutaan mikrotubuluksiksi. Se tekee nämä toistamalla ja pinoamalla kromatiidiparien sentromeerit ytimeensä. Karankuidut ovat ratkaisevan tärkeitä ydinjakautumisprosessissa mitoosin aikana, kun kromosomit on vedettävä erilleen kahteen erottavaan ytimeen; Varmistaminen, että oikeat kromosomit pääsevät oikeaan ytimeen ja pysyvät pareina oikean homologin kanssa, ovat välttämättömiä geneettisten mutaatioiden estämiseksi.
Ydinkalvon hajoaminen profaasissa
Jakavat markkerit solusyklin vaiheiden ja interfaasin ja mitoosin vaiheiden välillä ovat esineitä, joita tutkijat käyttävät pystyäkseen kuvaamaan solunjakautumisprosessia. Luonnossa prosessi on sujuvaa ja loputonta. Mitoosin ensimmäistä vaihetta kutsutaan profaasiksi. Se alkaa kromosomeilla tilassa, jossa he olivat G: n lopussa2 välivaiheen vaihe, toistetaan sisaryrityskromatideilla, jotka on kiinnitetty sentromeereillä. Profaasin aikana kromatiinilanka kondensoituu, mikä antaa kromosomeille (ts. Jokaiselle sisarkromatidiparille) näkyä valomikroskopialla. Sentromeereistä kasvaa edelleen mikrotubuluksia, jotka muodostavat karakuituja. Profaasin lopussa ydinmembraani hajoaa ja karakuidut yhdistyvät muodostaen rakenneverkon koko solun sytoplasmassa. Koska kromosomit kelluvat nyt vapaasti sytoplasmassa, karakuidut ovat ainoa tuki, joka estää niitä kellumasta harhaan.
Karan päiväntasaaja metafaasissa
Solu siirtyy metafaasiin heti kun ydinkalvo liukenee. Karan kuidut siirtävät kromosomit solun päiväntasaajaan. Tätä tasoa kutsutaan karan päiväntasaajaksi tai metafaasilevyksi. Siellä ei ole mitään konkreettista; se on yksinkertaisesti taso, jossa kaikki kromosomit rinnastuvat ja joka puolittaa solua joko vaaka- tai pystysuunnassa riippuen siitä, kuinka katsot tai kuvittelet solua (tämän visuaalinen esitys, katso Resurssit). Ihmisillä on 46 sentromeeriä, ja jokainen niistä on kiinnitetty pariin kromatidisiskoja. Sentromeerien lukumäärä riippuu organismista. Jokainen sentromeeri on kytketty kahteen karakuituun. Kaksi karakuitua eroavat toisistaan heti kun ne poistuvat sentrometristä, niin että ne yhdistyvät solun vastakkaisten napojen rakenteisiin.
Kaksi ydintä anafaasissa ja telofaasissa
Solu siirtyy anafaasiin, mikä on lyhyin mitoosin neljästä vaiheesta. Karan kuidut, jotka yhdistävät kromosomit solun napoihin, lyhenevät ja siirtyvät kohti vastaavia napojaan. Näin tekemällä he vetävät irti kromosomit, joihin he ovat kiinnittyneet. Sentromeerit jakautuvat myös kahteen, kun puolikkaat kulkevat kunkin kromatidi-siskon kanssa vastakkaista napaa kohti. Koska jokaisella kromatidilla on nyt oma sentromeeri, sitä kutsutaan jälleen kromosomiksi. Sillä välin molemmille napoille kiinnitetyt erilaiset karakuidut pidentyvät, mikä saa aikaan solun kahden navan välisen etäisyyden kasvamisen siten, että solu tasoittuu ja pidentyy. Anafaasin prosessi tapahtuu siten, että loppuun mennessä solun kummallakin puolella on yksi kopio jokaisesta kromosomista.
Telofaasi on mitoosin neljäs ja viimeinen vaihe. Tässä vaiheessa erittäin tiiviisti pakatut kromosomit - jotka tiivistyivät lisäämään replikaation tarkkuutta - kelautuvat itseensä. Karan kuidut liukenevat, ja solun organeli, jota kutsutaan endoplasmaiseksi retikulumiksi, syntetisoi uusia ydinmembraaneja kunkin kromosomisarjan ympärille. Tämä tarkoittaa, että solulla on nyt kaksi ydintä, joilla molemmilla on täydellinen genomi. Mitoosi on valmis.
Eläinten ja kasvien sytokineesi
Nyt kun ydin on jaettu, muun solun on myös jaoteltava, jotta nämä kaksi solua voivat osua. Tätä prosessia kutsutaan sytokiiniksi. Se on erillinen prosessi mitoosista, vaikka se tapahtuu usein yhdessä mitoosin kanssa. Eläin- ja kasvisoluissa tapahtuu eri tavalla, koska kun eläinsoluissa on vain plasmasolujen kalvo, kasvisoluissa on jäykkä soluseinä. Molemmissa solutyypeissä on nyt kaksi erillistä ydintä yhdessä solussa. Eläinsoluissa supistuva rengas muodostuu solun keskipisteeseen. Tämä on mikrosäikerengas, joka sitou solun ympärille, kiristäen plasmamembraanin keskellä kuin korsetti, kunnes se luo niin kutsutun katkaisuvaran. Toisin sanoen supistuva rengas saa solun muodostamaan tiimalasimuodon, joka muuttuu yhä voimakkaammaksi, kunnes solu puristuu kokonaan kahteen erilliseen soluun. Kasvisoluissa Golgi-kompleksi, nimeltään organeli, muodostaa vesikkeleitä, jotka ovat membraaniin sitoutuneita nestetaskuja akselia pitkin, joka jakaa solun kahden ytimen välillä. Ne vesikkelit sisältävät polysakkarideja, joita tarvitaan solulevyn muodostamiseen, ja solulevy lopulta fuusioituu ja tulee osaksi soluseinää, joka aikoinaan sijaitsi alkuperäisessä yksittäisessä solussa, mutta on nyt kahden solun koti.
Solusyklin asetus
Solusykli vaatii paljon säätelyä sen varmistamiseksi, että se ei etene ilman, että tietyt olosuhteet täyttyvät solun sisällä ja ulkopuolella. Ilman tätä asetusta syntyy tarkistamattomia geneettisiä mutaatioita, hallitsematonta solukasvua (syöpä) ja muita ongelmia. Solusyklillä on useita tarkistuspisteitä varmistaaksesi, että asiat etenevät oikein. Jos niitä ei ole, korjaukset tehdään tai ohjelmoitu solukuolema aloitetaan. Yksi solusyklin primaarisista kemiallisista säätelijöistä on sykliiniriippuvainen kinaasi (CDK). Tätä molekyyliä on eri muodoissa, jotka toimivat solusyklin eri kohdissa. Esimerkiksi proteiinia p53 tuottaa vaurioitunut DNA solussa, ja se deaktivoi CDK-kompleksin G1/ S-tarkistuspiste, pysäyttäen siten solun etenemisen.