Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Rakkude jagunemine prokarüootides ja eukarüootides
- Esimene lõhefaas
- Interfaaside kontrollpunktid
- Geenivaramu süntees
- Rakkude jagunemise ettevalmistamine
Teadlased vaatlesid rakkude jagunemise protsessi esimest korda 1800. aastate lõpus. Pidevad mikroskoopilised tõendid rakkude kohta, mis kulutavad energiat ja materjali enda kopeerimiseks ja jagamiseks, lükkasid ümber laialt levinud teooria, mille kohaselt uued rakud tekkisid spontaanse genereerimise tagajärjel. Teadlased hakkasid mõistma rakutsükli fenomeni; see on protsess, mille käigus rakud "sünnivad" rakkude jagunemise kaudu ja elavad seejärel oma elu, jätkates oma igapäevaseid rakutegevusi, kuni on aeg läbi viia rakkude jagunemine ise.
On palju põhjuseid, miks lahter ei pruugi jagunemist läbi viia. Mõned inimkeha rakud lihtsalt ei oma; näiteks enamus närvirakke lõpetab lõpuks rakkude jagunemise, mistõttu võib närvikahjustusi kannatav inimene kannatada püsivate motoorsete või sensoorsete puuduste all.
Tavaliselt on rakutsükkel siiski protsess, mis koosneb kahest faasist: interfaas ja mitoos. Mitoos on rakutsükli osa, mis hõlmab rakkude jagunemist, kuid keskmine rakk veedab 90 protsenti oma elust faaside vahel, mis tähendab lihtsalt seda, et rakk elab ja kasvab, mitte ei jagune. Interfaasis on kolm alafaasi. Need on G1 faas, S faas ja G2 faas.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Interfaaside kolm etappi on G1, mis tähistab Gap-faasi 1; S faas, mis tähistab sünteesi faasi; ja G2, mis tähistab Gap-faasi 2. Interfaas on eukarüootse rakutsükli kahest faasist esimene. Teine faas on mitoos ehk M faas, mis on siis, kui toimub rakkude jagunemine. Mõnikord ei lahku rakud G-st1 kuna nad pole seda tüüpi lahtrid, mis jagunevad, või seetõttu, et nad surevad. Nendel juhtudel on nad etapis nimega G0, mida ei loeta rakutsükli osaks.
Rakkude jagunemine prokarüootides ja eukarüootides
Üherakulisi organisme, näiteks baktereid, nimetatakse prokarüootideks ja kui nad osalevad rakkude jagunemises, on nende eesmärk paljuneda aseksuaalselt; nad loovad järglasi. Prokarüootset rakkude jagunemist nimetatakse mitoosi asemel binaarseks lõhustumiseks. Prokarüootidel on tavaliselt ainult üks kromosoom, mida isegi tuumamembraan ei sisalda, ja neil puuduvad organellid, mis muudel rakkudel on. Binaarse lõhustumise ajal teeb prokarüootne rakk oma kromosoomi koopia ja seejärel kinnistab kromosoomi õde iga koopia oma rakumembraani vastasküljele. Seejärel hakkab see membraanis moodustama lõhe, mis pigistab sissepoole invaginatsiooniks kutsutavas protsessis sissepoole, kuni see jaguneb kaheks identseks eraldi lahtriks. Rakud, mis on osa mitootilisest rakutsüklist, on eukarüootsed rakud. Need ei ole üksikud elusorganismid, vaid rakud, mis eksisteerivad suuremate organismide koostööd tegevate üksustena. Teie silmade või luude rakud või teie kassi keele rakud või teie muru ees olevad rohurakud on kõik eukarüootsed rakud. Need sisaldavad palju rohkem geneetilist materjali kui prokarüoot, seega on ka rakkude jagunemise protsess palju keerulisem.
Esimene lõhefaas
Rakutsükkel sai oma nime, kuna rakud jagunevad pidevalt, alustades elu uuesti. Kui rakk jaguneb, on see mitoosifaasi lõpp ja see alustab kohe uuesti faasi. Muidugi, praktikas toimub rakutsükkel sujuvalt, kuid teadlased on piiritlenud faasid ja alafaasid, et elu mikroskoopilisi ehitusplokke paremini mõista. Äsja jaotatud lahter, mis on nüüd üks kahest lahtrist, mis varem olid ühe rakuga, asub G-s1 interfaasi alamfaas. G1 on lühend "Gap" faasist; tuleb veel üks G-märgisega2. Võite neid näha ka kui G1 ja G2. Kui teadlased avastasid mikroskoobi all mitoosi hõivatud ja fundamentaalse rakutöö, tõlgendasid nad suhteliselt vähem dramaatilist interfaasi puhke- või pausifaasina rakujagunemiste vahel.
Nad panid nimeks G1 seda tõlgendust kasutades sõnaga „lõhe”, kuid selles mõttes on see eksitav. Tegelikkuses on G1 on rohkem kasvufaas kui puhkeaeg. Selle faasi ajal teeb rakk kõiki asju, mis on selle tüüpi raku jaoks normaalsed. Kui see on valgeverelible, siis täidab ta immuunsussüsteemi kaitsemeetmeid. Kui see on taime lehtrakk, viib see läbi fotosünteesi ja gaasivahetuse. Rakk kasvab tõenäoliselt. Mõned rakud kasvavad G ajal aeglaselt1 samal ajal kui teised kasvavad väga kiiresti. Rakk sünteesib molekule, näiteks ribonukleiinhapet (RNA) ja mitmesuguseid valke. Teatud hetkel hilines G-s1 etapis peab lahter "otsustama", kas liikuda järgmisesse faasidevahelisse etappi või mitte.
Interfaaside kontrollpunktid
Molekul, mida nimetatakse tsükliinist sõltuvaks kinaasiks (CDK), reguleerib rakutsüklit. See regulatsioon on vajalik rakkude kasvu kontrolli kaotamise vältimiseks. Kontrollimatu rakujagunemine loomadel on veel üks viis pahaloomulise kasvaja või vähi kirjeldamiseks. CDK pakub kontrollpunktides signaale rakutsükli kindlates punktides raku jätkamiseks või peatamiseks. CDK edastab neid signaale teatud keskkonnategurite mõjul. Nende hulka kuuluvad toitainete ja kasvufaktorite kättesaadavus ning rakkude tihedus ümbritsevas koes. Rakutihedus on eriti oluline eneseregulatsiooni meetod, mida rakud kasutavad kudede tervisliku kasvukiiruse säilitamiseks. CDK reguleerib rakutsüklit nii kolmefaasilises faasis kui ka mitoosi ajal (mida nimetatakse ka M-faasiks).
Kui lahter jõuab regulatiivsesse kontrollpunkti ja ei saa signaali rakutsükli jätkamiseks (näiteks kui see on G lõpus1 vahefaasis ja ootab faasis S-faasi sisenemist) on kaks võimalikku asja, mida rakk saaks teha. Üks on see, et see võib probleemi lahendamise ajaks peatuda. Näiteks kui mõni vajalik komponent on kahjustatud või puudub, võiks teha parandusi või täiendada ja siis võiks see uuesti kontrollpunkti läheneda. Lahtri teine võimalus on sisestada erinev faas nimega G0, mis asub väljaspool rakutsüklit. See tähistus on ette nähtud rakkudele, mis jätkavad toimimist nii, nagu nad peaksid, kuid ei liigu edasi S-faasi või mitoosi ega osale sellisel viisil rakkude jagunemisel. Enamikku täiskasvanud inimese närvirakke peetakse G-st0 faasis, kuna tavaliselt ei kulge nad S-faasi ega mitoosi. Rakud G-s0 faasi peetakse vaikseks, mis tähendab, et nad on mittejagunevas olekus või vananenud, mis tähendab, et nad surevad.
Ajal G1 faasivahelises etapis on kaks regulatiivset kontrollpunkti, mille lahter enne jätkamist läbima peab. Hinnatakse, kas raku DNA on kahjustatud, ja kui see on olemas, tuleb DNA enne jätkamist parandada. Isegi siis, kui rakk on muidu valmis liikuma faasi vahelise faasi S-faasi, on veel üks kontrollpunkt, mille abil veenduda, et keskkonnatingimused - st raku vahetult ümbritseva keskkonna seisund - on soodsad. Need tingimused hõlmavad ümbritseva koe rakkude tihedust. Kui lahtril on vajalikud tingimused, et G-st edasi minna1 S-faasiga seondub tsükliini valk CDK-ga, paljastades molekuli aktiivse osa, mis annab rakule märku, et on aeg alustada S-faasi. Kui lahter ei vasta G-st liikumise tingimustele1 kuni S faasi, tsükliin ei aktiveeri CDK-d, mis hoiab ära progresseerumise. Mõnel juhul, nagu kahjustatud DNA, seostuvad CDK-inhibiitori valgud CDK-tsükliini molekulidega, et vältida haiguse progresseerumist kuni probleemi lahenemiseni.
Geenivaramu süntees
Kui lahter siseneb S-faasi, peab see jätkuma kogu tsükli lõpuni, pöördumata tagasi või astudes tagasi G-ni0. Kogu protsessi vältel on aga rohkem kontrollpunkte, mis tagavad etappide nõuetekohase täitmise enne lahtri liikumist rakutsükli järgmisse faasi. S-faasis olev S tähistab sünteesi, kuna rakk sünteesib või loob oma DNA uhiuue koopia. Inimese rakkudes tähendab see seda, et rakk moodustab S-faasis täiesti uue 46 kromosoomi komplekti. See etapp on hoolikalt reguleeritud, et vältida vigade levimist järgmisse etappi; need vead on mutatsioonid. Mutatsioone juhtub piisavalt sageli, kuid rakutsükli regulatsioonid takistavad neid märksa enam. DNA replikatsiooni ajal kerkib iga kromosoom äärmiselt valkude ahelate ümber, mida nimetatakse histoonideks, vähendades nende pikkust 2 nanomeetrilt 5 mikronile. Kaht uut õdede kromosoomi duplikaati nimetatakse kromatiidideks. Histoonid seovad kaks sobivat kromatiidi tihedalt osaliselt, nende pikkuse ulatuses. Punkti, kus nad on ühendatud, nimetatakse tsentromeeriks. (Selle visuaalse esituse leiate allikast.)
DNA replikatsiooni ajal keerulistele liikumistele lisamiseks on paljud eukarüootsed rakud diploidsed, mis tähendab, et nende kromosoomid on tavaliselt paigutatud paaridesse. Enamik inimese rakke on diploidsed, välja arvatud reproduktiivrakud; nende hulka kuuluvad munarakud (munad) ja spermatotsüüdid (sperma), mis on haploidsed ja millel on 23 kromosoomi. Inimese somaatilistel rakkudel, mis on kõik muud keha rakud, on 46 kromosoomi, mis on paigutatud 23 paari. Paaritud kromosoome nimetatakse homoloogseks paariks. Interfaasi S-faasis, kui iga originaalse homoloogse paari kromosoom replitseeritakse, ühendatakse igast algsest kromosoomist saadud kaks õdekromatiidi, moodustades kujundi, mis näeb välja nagu kaks X-i on kokku liimitud. Mitoosi ajal jaguneb tuum kaheks uueks tuumaks, tõmmates igast homoloogilisest paarist ühe kromatiidi õest eemale.
Rakkude jagunemise ettevalmistamine
Kui rakk läbib S-faasi kontrollpunkte, mille eesmärk on eriti veenduda, et DNA ei olnud kahjustatud, et see replitseerus õigesti ja et ta replitseerus ainult üks kord, siis võimaldavad regulatoorsed tegurid rakul liikuda järgmisesse faasi. See on G2, mis tähistab Gap-faasi 2, nagu G1. See on ka ekslik vorm, kuna lahter ei oota, vaid on selles etapis väga hõivatud. Rakk jätkab oma tavalist tööd. Tuletage meelde neid näiteid raamatust G1 fotosünteesi teostava leheraku või valgete vereliblede eest, mis kaitsevad keha patogeenide eest. Samuti valmistub see lahkuda faasidest ja siseneda mitoosi (M-faas), mis on rakutsükli teine ja viimane etapp, enne kui see jaguneb ja algab uuesti.
Veel üks kontrollpunkt G ajal2 tagab DNA korrektse replikatsiooni ja CDK võimaldab sellel edasi liikuda ainult siis, kui see koguneb. G ajal2, replitseerib rakk kromatiide siduvat tsentromeeri, moodustades midagi, mida nimetatakse mikrotuubuliks. Sellest saab osa spindlit, mis on kiudude võrk, mis juhib õdekromatiide üksteisest eemale ja nende õigesse kohta äsja jagunenud tuumades. Selles faasis jagunevad ka mitokondrid ja kloroplastid, kui nad on rakus. Kui rakk on oma kontrollpunktidest ületanud, on see mitoosiks valmis ja kolmefaasilise faasi lõpetanud. Mitoosi ajal jaguneb tuum kaheks tuumaks ja peaaegu samal ajal jaguneb tsütokineesiks nimetatav protsess tsütoplasmas, st ülejäänud rakus, kaheks rakuks. Nende protsesside lõpuks on kaks uut lahtrit, mis on valmis G alustama1 jälle faasidevaheline etapp.