เนื้อหา
- TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
- การแบ่งเซลล์ในโปรคาริโอตและยูคาริโอต
- ช่องว่างช่วงแรก
- ด่านของเฟส
- การสังเคราะห์จีโนม
- การเตรียมการสำหรับการแบ่งเซลล์
นักวิทยาศาสตร์สังเกตกระบวนการของการแบ่งเซลล์ในช่วงปลายปี 1800 หลักฐานทางจุลชีววิทยาที่สอดคล้องกันของเซลล์ที่ใช้พลังงานและวัสดุเพื่อคัดลอกและแบ่งตัวเองนั้นพิสูจน์ทฤษฎีที่แพร่หลายว่าเซลล์ใหม่เกิดขึ้นจากการเกิดขึ้นเอง นักวิทยาศาสตร์เริ่มเข้าใจปรากฏการณ์ของวัฏจักรเซลล์ นี่เป็นกระบวนการที่เซลล์ "เกิด" ผ่านการแบ่งเซลล์แล้วใช้ชีวิตดำเนินชีวิตตามกิจกรรมของเซลล์ทุกวันจนกระทั่งถึงเวลาที่จะได้รับการแบ่งเซลล์
มีเหตุผลมากมายที่เซลล์ไม่สามารถผ่านการแบ่งได้ เซลล์บางอย่างในร่างกายมนุษย์ทำไม่ได้ ตัวอย่างเช่นในที่สุดเซลล์ประสาทในที่สุดก็หยุดการแบ่งเซลล์ซึ่งเป็นสาเหตุที่บุคคลที่ทนต่อความเสียหายของเส้นประสาทอาจได้รับมอเตอร์ถาวรหรือการขาดประสาทสัมผัส
แม้ว่าโดยทั่วไปวัฏจักรของเซลล์เป็นกระบวนการที่ประกอบด้วยสองขั้นตอนคือเฟสและเซลล์ Mitosis เป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์ แต่เซลล์เฉลี่ยใช้เวลา 90 เปอร์เซ็นต์ของชีวิตในเฟสซึ่งหมายความว่าเซลล์นั้นมีชีวิตและเติบโตและไม่แบ่งตัว มีสามเฟสภายในเฟส เหล่านี้คือ G1 phase, S phase และ G2 ระยะ
TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
สามเฟสของเฟสคือ G1ซึ่งย่อมาจาก Gap เฟส 1; S phase ซึ่งหมายถึงระยะการสังเคราะห์ และ G2ซึ่งย่อมาจาก Gap เฟส 2 Interphase เป็นเฟสแรกของวัฏจักรเซลล์ยูคาริโอต ระยะที่สองคือไมโทซีสหรือเอ็มเฟสซึ่งเป็นช่วงที่การแบ่งเซลล์เกิดขึ้น บางครั้งเซลล์จะไม่ทิ้ง G1 เพราะพวกมันไม่ใช่เซลล์ประเภทที่ถูกแบ่งหรือเพราะพวกมันกำลังจะตาย ในกรณีเหล่านี้พวกเขาอยู่ในขั้นตอนที่เรียกว่า G0ซึ่งไม่ถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรของเซลล์
การแบ่งเซลล์ในโปรคาริโอตและยูคาริโอต
สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเช่นแบคทีเรียถูกเรียกว่าโปรคาริโอตและเมื่อพวกมันมีส่วนร่วมในการแบ่งเซลล์ พวกเขากำลังสร้างลูกหลาน การแบ่งเซลล์ Prokaryotic เรียกว่าฟิชชันแบบไบนารีแทนการแบ่งเซลล์ โดยปกติแล้วโพรแคริโอตจะมีโครโมโซมเพียงอันเดียวที่ไม่ได้อยู่ในเยื่อหุ้มนิวเคลียสและไม่มีอวัยวะที่เซลล์ชนิดอื่นมี ในระหว่างการฟิชชันแบบไบนารีเซลล์โปรคาริโอตจะทำสำเนาของโครโมโซมจากนั้นจึงแนบสำเนาโครโมโซมน้องสาวแต่ละอันไว้ที่ด้านตรงข้ามของเยื่อหุ้มเซลล์ จากนั้นจะเริ่มก่อตัวเป็นรอยแยกในเมมเบรนของมันที่บีบเข้าด้านในกระบวนการที่เรียกว่าการทำให้เป็นก้อนจนกระทั่งมันแยกออกเป็นสองเซลล์ที่เหมือนกันและแยกกัน เซลล์ที่เป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรเซลล์ไมโทติคคือเซลล์ยูคาริโอต พวกมันไม่ใช่สิ่งมีชีวิตแต่ละตัว แต่เซลล์ที่มีอยู่เป็นหน่วยของสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ที่ร่วมมือกัน เซลล์ในดวงตาหรือกระดูกของคุณหรือเซลล์ในลิ้นแมวของคุณหรือในใบหญ้าบนสนามหญ้าด้านหน้าของคุณเป็นเซลล์ยูคาริโอตทั้งหมด มันมีสารพันธุกรรมมากกว่าโปรคาริโอตดังนั้นกระบวนการแบ่งเซลล์จึงซับซ้อนกว่ามากเช่นกัน
ช่องว่างช่วงแรก
วัฏจักรของเซลล์ได้รับชื่อเนื่องจากเซลล์ถูกแบ่งอย่างต่อเนื่องเริ่มต้นชีวิตใหม่ เมื่อเซลล์แบ่งตัวนั่นคือจุดสิ้นสุดของระยะการแยกเซลล์และมันจะเริ่มต้นเฟสใหม่ทันที แน่นอนในทางปฏิบัติวัฏจักรของเซลล์นั้นเกิดขึ้นอย่างคล่องแคล่ว แต่นักวิทยาศาสตร์ได้แบ่งเฟสและเฟสย่อยภายในกระบวนการเพื่อให้เข้าใจหน่วยการสร้างโมเลกุลของชีวิตได้ดีขึ้น เซลล์ที่ถูกแบ่งใหม่ซึ่งตอนนี้เป็นหนึ่งในสองเซลล์ที่ก่อนหน้านี้เป็นเซลล์เดียวอยู่ใน G1 เฟสของเฟส G1 เป็นตัวย่อสำหรับเฟส“ Gap” จะมีอีกอันหนึ่งชื่อ G2. คุณอาจเห็นสิ่งเหล่านี้เขียนเป็น G1 และ G2 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ค้นพบการทำงานของเซลล์ไมซิสที่ยุ่งเหยิงภายใต้กล้องจุลทรรศน์พวกเขาตีความว่าเฟสที่น่าทึ่งน้อยกว่านั้นเป็นช่วงพักหรือหยุดช่วงระหว่างหน่วยงานเซลล์
พวกเขาชื่อจี1 เวทีที่มีคำว่า "ช่องว่าง" โดยใช้การตีความนี้ แต่ในแง่นั้นมันเป็นชื่อเรียกที่ผิด ในความเป็นจริงจี1 เป็นเวทีแห่งการเติบโตมากกว่าช่วงพัก ในช่วงนี้เซลล์กำลังทำทุกสิ่งที่เป็นเรื่องปกติสำหรับเซลล์ประเภทนั้น หากเป็นเซลล์เม็ดเลือดขาวก็จะทำการป้องกันระบบภูมิคุ้มกัน หากเป็นเซลล์ใบในพืชก็จะทำการสังเคราะห์ด้วยแสงและแลกเปลี่ยนก๊าซ เซลล์มีแนวโน้มที่จะเติบโต บางเซลล์เติบโตช้าในช่วง G1 ในขณะที่คนอื่นเติบโตอย่างรวดเร็ว เซลล์สังเคราะห์โมเลกุลเช่นกรด ribonucleic (RNA) และโปรตีนต่าง ๆ เมื่อถึงจุดหนึ่งในช่วงปลายของจี1 เวทีเซลล์จะต้อง "ตัดสินใจ" ว่าจะย้ายไปยังระยะต่อไปของเฟสหรือไม่
ด่านของเฟส
โมเลกุลที่เรียกว่า kinase cyclin-dependent (CDK) ควบคุมวงจรของเซลล์ ระเบียบนี้มีความจำเป็นเพื่อป้องกันการสูญเสียการควบคุมการเจริญเติบโตของเซลล์ การแบ่งเซลล์ออกจากการควบคุมในสัตว์เป็นอีกวิธีหนึ่งในการอธิบายเนื้องอกมะเร็งหรือมะเร็ง CDK ให้สัญญาณที่จุดตรวจระหว่างจุดเฉพาะของวัฏจักรเซลล์เพื่อให้เซลล์ดำเนินการต่อหรือหยุดชั่วคราว ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมบางอย่างมีส่วนช่วยในการให้ CDK แสดงสัญญาณเหล่านี้หรือไม่ เหล่านี้รวมถึงความพร้อมของสารอาหารและปัจจัยการเจริญเติบโตและความหนาแน่นของเซลล์ในเนื้อเยื่อโดยรอบ ความหนาแน่นของเซลล์เป็นวิธีการควบคุมตนเองที่สำคัญอย่างยิ่งโดยใช้เซลล์เพื่อรักษาอัตราการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อที่ดี CDK จะควบคุมวัฏจักรของเซลล์ในระหว่างเฟสที่สามของเฟสเช่นเดียวกับในช่วง mitosis (ซึ่งเรียกว่า M phase)
หากเซลล์ถึงจุดตรวจสอบด้านกฎระเบียบและไม่ได้รับสัญญาณให้ดำเนินการต่อไปกับวัฏจักรเซลล์ (ตัวอย่างเช่นถ้ามันอยู่ที่ส่วนท้ายของ G1 ในเฟสและกำลังรอที่จะเข้าสู่เฟส S ในเฟส) มีสองสิ่งที่เป็นไปได้ที่เซลล์สามารถทำได้ หนึ่งคือมันสามารถหยุดในขณะที่ปัญหาได้รับการแก้ไข ยกตัวอย่างเช่นหากส่วนประกอบที่จำเป็นบางอย่างได้รับความเสียหายหรือหายไปสามารถทำการซ่อมแซมหรือเสริมได้และจากนั้นสามารถเข้าใกล้จุดตรวจอีกครั้ง ตัวเลือกอื่นสำหรับเซลล์คือการเข้าสู่เฟสอื่นที่เรียกว่า G0ซึ่งอยู่นอกวัฏจักรของเซลล์ การกำหนดนี้ใช้สำหรับเซลล์ที่จะยังคงทำงานตามที่ควรจะเป็น แต่จะไม่ย้ายไปยัง S phase หรือ mitosis และเช่นนี้จะไม่เกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์ เซลล์ประสาทของมนุษย์ที่เป็นผู้ใหญ่ส่วนใหญ่ถือว่าอยู่ใน G0 ระยะเนื่องจากพวกเขามักจะไม่ดำเนินการต่อไปยังเฟส S หรือ mitosis เซลล์ใน G0 ระยะที่ถือว่าเงียบสงบซึ่งหมายความว่าพวกเขาอยู่ในสถานะที่ไม่แบ่งหรือเซเนกัลหมายความว่าพวกเขากำลังจะตาย
ในช่วง G1 ขั้นตอนของเฟสมีจุดตรวจสองกฎระเบียบที่เซลล์จะต้องผ่านก่อนดำเนินการต่อ หนึ่งประเมินว่า DNA ของเซลล์ได้รับความเสียหายหรือไม่และหากเป็นเช่นนั้น DNA จะต้องได้รับการซ่อมแซมก่อนจึงจะสามารถดำเนินการต่อได้ แม้เมื่อเซลล์พร้อมที่จะไปยังเฟส S ของเฟส แต่ก็มีจุดตรวจอีกอย่างหนึ่งเพื่อให้แน่ใจว่าสภาพแวดล้อม - หมายถึงสถานะของสภาพแวดล้อมรอบ ๆ เซลล์ทันที - เป็นที่น่าพอใจ เงื่อนไขเหล่านี้รวมถึงความหนาแน่นของเซลล์ของเนื้อเยื่อโดยรอบ เมื่อเซลล์มีเงื่อนไขที่จำเป็นในการดำเนินการจาก G1 ถึง S phase โปรตีนไซโคลจับกับ CDK เผยส่วนที่ทำงานของโมเลกุลซึ่งส่งสัญญาณไปยังเซลล์ว่าถึงเวลาที่จะเริ่มต้นเฟส S หากเซลล์ไม่เป็นไปตามเงื่อนไขให้ย้ายจาก G1 ถึงเฟส S cyclin จะไม่เปิดใช้งาน CDK ซึ่งจะป้องกันการลุกลาม ในบางกรณีเช่น DNA ที่เสียหายโปรตีนที่ยับยั้ง CDK จะจับกับโมเลกุลของ CDK-cyclin เพื่อป้องกันการลุกลามจนกว่าจะแก้ไขปัญหาได้
การสังเคราะห์จีโนม
เมื่อเซลล์เข้าสู่เฟส S มันจะต้องดำเนินการต่อไปจนถึงจุดสิ้นสุดของวัฏจักรเซลล์โดยไม่ต้องย้อนกลับหรือถอนไปที่ G0. มีจุดตรวจมากขึ้นตลอดกระบวนการอย่างไรก็ตามเพื่อให้แน่ใจว่าขั้นตอนจะเสร็จสมบูรณ์อย่างถูกต้องก่อนที่เซลล์จะย้ายไปยังขั้นตอนถัดไปของวัฏจักรเซลล์ “ S” ในระยะ S หมายถึงการสังเคราะห์เพราะเซลล์สังเคราะห์หรือสร้างสำเนาใหม่ของ DNA ของมัน ในเซลล์ของมนุษย์นั่นหมายความว่าเซลล์สร้างโครโมโซม 46 ชุดใหม่ในช่วง S ขั้นตอนนี้มีการควบคุมอย่างรอบคอบเพื่อป้องกันข้อผิดพลาดจากการผ่านไปยังสเตจถัดไป ข้อผิดพลาดเหล่านั้นคือการกลายพันธุ์ การกลายพันธุ์เกิดขึ้นบ่อยครั้งเพียงพอ แต่กฎระเบียบของวงจรเซลล์ป้องกันไม่ให้เกิดขึ้นอีก ในระหว่างการจำลองดีเอ็นเอโครโมโซมแต่ละอันจะขดพันรอบโปรตีนที่เรียกว่าฮิสโตนลดความยาวจาก 2 นาโนเมตรเป็น 5 ไมครอน โครโมโซมน้องสาวใหม่ที่ซ้ำกันสองชื่อเรียกว่า chromatids ฮิสโตนจะจับ chromatids ที่จับคู่สองตัวเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา จุดที่พวกเขาเข้าร่วมเรียกว่า centromere (ดูแหล่งข้อมูลสำหรับการแสดงภาพนี้)
เพื่อเพิ่มการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้นในระหว่างการจำลองดีเอ็นเอเซลล์ยูคาริโอตจำนวนมากจะมีการซ้ำซึ่งหมายความว่าโครโมโซมของพวกเขาจะถูกจัดเรียงเป็นคู่ตามปกติ เซลล์มนุษย์ส่วนใหญ่นั้นมีลักษณะซ้ำยกเว้นเซลล์สืบพันธุ์ เหล่านี้รวมถึงไข่ (ไข่) และอสุจิ (อสุจิ) ซึ่งเป็นเดี่ยวและมี 23 โครโมโซม เซลล์ร่างกายมนุษย์ซึ่งทั้งหมดเป็นเซลล์อื่น ๆ ในร่างกายมี 46 โครโมโซมจัดเรียงใน 23 คู่ โครโมโซมที่จับคู่ถูกเรียกว่าคู่ที่คล้ายคลึงกัน ในระหว่างเฟส S ของ interphase เมื่อแต่ละโครโมโซมจากคู่ homologous เดิมถูกจำลองแบบ, chromatids น้องสาวสองคนที่เกิดจากโครโมโซมเดิมแต่ละคนจะเข้าร่วม, สร้างรูปที่ดูเหมือนว่าสอง X ติดกัน ในระหว่าง mitosis นิวเคลียสจะแบ่งออกเป็นสองนิวเคลียสใหม่ดึงหนึ่ง chromatid จากแต่ละคู่คล้ายคลึงกันออกไปจากน้องสาวของตน
การเตรียมการสำหรับการแบ่งเซลล์
หากเซลล์ผ่านจุดตรวจ S phase ซึ่งเกี่ยวข้องอย่างยิ่งกับการทำให้แน่ใจว่า DNA ไม่เสียหายมันจะทำการจำลองแบบถูกต้องและทำซ้ำเพียงครั้งเดียวดังนั้นปัจจัยด้านกฎระเบียบจะช่วยให้เซลล์สามารถดำเนินการในเฟสถัดไปของเฟสได้ นี่คือจี2ซึ่งย่อมาจาก Gap เฟส 2 เช่น G1. นอกจากนี้ยังเป็นผู้เรียกชื่อผิดเนื่องจากเซลล์ไม่ได้รอ แต่ยุ่งมากในช่วงนี้ เซลล์ยังคงทำงานตามปกติ จำตัวอย่างเหล่านั้นจาก G1 ของเซลล์ใบที่ทำหน้าที่สังเคราะห์แสงหรือเซลล์เม็ดเลือดขาวปกป้องร่างกายจากเชื้อโรค นอกจากนี้ยังเตรียมที่จะออกจากเฟสและป้อน mitosis (M phase) ซึ่งเป็นขั้นตอนที่สองและครั้งสุดท้ายของวัฏจักรเซลล์ก่อนที่จะแบ่งและเริ่มต้นอีกครั้ง
ด่านอื่นในระหว่าง G2 ตรวจสอบให้แน่ใจว่า DNA นั้นทำซ้ำอย่างถูกต้องและ CDK อนุญาตให้มันเคลื่อนที่ไปข้างหน้าเฉพาะเมื่อมันผ่านการชุมนุม ระหว่างจี2เซลล์จะทำซ้ำเซ็นโตรที่จับกับ chromatids ซึ่งจะสร้างสิ่งที่เรียกว่า microtubule สิ่งนี้จะกลายเป็นส่วนหนึ่งของแกนหมุนซึ่งเป็นเครือข่ายของเส้นใยที่จะนำ chromatids น้องสาวออกจากกันและไปยังตำแหน่งที่เหมาะสมในนิวเคลียสที่เพิ่งถูกแยกใหม่ ในช่วงนี้ไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ก็แบ่งตัวเมื่อมันอยู่ในเซลล์ เมื่อเซลล์มีจุดตรวจเกินกว่าเซลล์จะพร้อมสำหรับการแยกเซลล์และเสร็จสิ้นเฟสการเฟสทั้งสาม ในระหว่าง mitosis นิวเคลียสจะแบ่งออกเป็นสองนิวเคลียสและในเวลาเดียวกันกระบวนการที่เรียกว่า cytokinesis จะแบ่งไซโตพลาสซึมซึ่งหมายถึงส่วนที่เหลือของเซลล์ออกเป็นสองเซลล์ ในตอนท้ายของกระบวนการเหล่านี้จะมีเซลล์ใหม่สองเซลล์พร้อมที่จะเริ่ม G1 เวทีของเฟสอีกครั้ง