Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
يعد انقسام الخلايا أمرا أساسيا لجميع الكائنات الحية ومطلوبا للنمو والتطور. كوسيلة أساسية للتكاثر لجميع الكائنات الحية ، يسمح انقسام الخلايا للكائنات الحية بنقل مادتها الوراثية إلى نسلها. بالنسبة للكائن أحادي الخلية ، يولد الانقسام الخلوي كائنا جديدا تماما. بالنسبة للكائنات متعددة الخلايا ، ينتج الانقسام الخلوي خلايا جديدة للتطور العام للكائن الحي ، بالإضافة إلى إنتاج خلايا سليمة لتحل محل الخلايا التالفة من الإصابة. يتطلب تكاثر الكائنات متعددة الخلايا انقسام الخلايا لإنشاء خلايا تناسلية.
من أجل الانقسام ، تحتاج الخلية أولا إلى تكرار محتواها الجيني وتقسيمها إلى خليتين ابنتيتين. تسمى هذه السلسلة من الازدواجية والانقسام بدورة الخلية. تختلف تفاصيل دورة الخلية من كائن حي إلى آخر ، لكن المراحل الأساسية لانقسام الخلية عالمية.
يقضي حوالي 78٪ من عمر الخلية في الطور البيني ، وتنمو وتعد نفسها لانقسام الخلايا. يحتوي الطور البيني نفسه على ثلاث مراحل فرعية. مباشرة بعد انقسام الخلية ، تدخل خلية متكونة حديثا إلى جزء الفجوة 1 أو G1 من الطور البيني. خلال G1 ، تنمو الخلايا بنشاط ، وفي كثير من الحالات ، تتمايز لأداء وظائف محددة. في هذه المرحلة ، تكون الخلية حساسة للإشارات الداخلية والخارجية لتحديد ما إذا كانت ستنقسم أم لا. بعض الخلايا ، مثل الخلايا العصبية ، لا تنتقل إلى انقسام الخلايا بعد التمايز وتبقى في G1 حتى تموت. بمجرد أن تفي الخلية بمعايير المضي قدما في انقسام الخلية ، فإنها تدخل مرحلة التوليف أو S من الطور البيني ، حيث تكرر الخلية جينومها بالكامل. بعد ذلك ، تدخل الخلية في مرحلة الفجوة 2 أو G2 لتصنيع جميع البروتينات اللازمة لانقسام الخلية. يتبع ذلك مرحلة انقسام الخلية.
هناك نوعان من انقسام الخلايا في الخلايا حقيقية النواة - الانقسام الفتيلي والانقسام الاختزالي. تنتج الخلايا الجسدية أو غير التناسلية خلايا ابنة عن طريق الانقسام الانقسامي. الانقسام هو الانقسام النووي ويتكون من خمس مراحل: الطور الأولي ، والطور الأولي ، والطور ، والطور الطوري ، والطور النهائي أثناء الطور الأولي ، تتكثف جزيئات الحمض النووي المكررة في كروموسومات معبأة بإحكام ، بينما تشكل الأنابيب الدقيقة مغازلا. يذوب الغلاف النووي في الطور الأول. أثناء الطور ، تصطف الكروموسومات المتصلة بالمغازل على طول خط الاستواء للخلايا. أثناء الطور ، يتم سحب الكروماتيدات الشقيقة إلى أقطاب متقابلة للخلية. أخيرا ، أثناء الطور النهائي ، تتشكل مظاريف نووية جديدة حول كلتا المجموعتين من الكروموسومات. بعد اكتمال الانقسام النووي ، ينفصل السيتوبلازم حول كل نواة عن بعضها البعض عن طريق الحركية الخلوية ، مما ينتج عنه خليتان ابنتيتان متطابقتان.
النوع الآخر من انقسام الخلايا حقيقية النواة يسمى الانقسام الاختزالي ، وهو خاص بالخلايا التناسلية. ينتج الانقسام الاختزالي أربع خلايا ابنة تحتوي كل منها على نصف المحتوى الجيني للخلية الأم فقط. في هذه العملية ، تقوم الخلية بتكرار الحمض النووي الخاص بها أثناء الطور البيني ثم تكمل انقساما متتاليا للخلايا تقسم الخلايا من خليتين إلى أربع خلايا ، على التوالي. تسمى هذه الانقسامات الخلوية المتتالية الانقسام الاختزالي الأول والانقسام الاختزالي الثاني ، وكلاهما يتكون من جميع المراحل من الطور الأولي إلى الطور النهائي. يحدث تبادل المادة الوراثية بين مجموعات الكروماتيدات غير الشقيقة أثناء الطور الأول في عملية تسمى العبور. تتم محاذاة أزواج الكروموسومات المتجانسة على طول خط الاستواء للخلية أثناء الطور الأول ويتم سحبها بعيدا عن بعضها البعض أثناء الطور الأول. تتشكل نوى الابنة أحادية الصيغة الصبغية خلال الطور الأول. يحدث الحركية الخلوية بشكل شائع قبل الانقسام الاختزالي الثاني ، ومع ذلك ، فإن الطور البيني لا يحدث أبدا بين الانقسامين المتتاليين. الانقسام الاختزالي الثاني مشابه جدا للانقسام الفتيلي ويفصل بين الكروماتيدات الشقيقة. في نهاية الانقسام الاختزالي ، تتشكل أربع خلايا ابنة أحادية الصيغة الصبغية. تسمى هذه الخلايا الخلايا الوليدة الأمشاج وتشكل المنوية أو خلايا البويضة.
يتم تنظيم انقسام الخلايا بإحكام خارجيا وداخليا. وتضمن اللائحة الخارجية ضرورة التقسيم. على سبيل المثال ، تنقسم خلايا بطانة المعدة بشكل متكرر لتلبية الحاجة المستمرة لخلايا جديدة لتحل محل الخلايا التالفة. وبالمثل ، قد تشهد الأنسجة المصابة معدلات أعلى من انقسام الخلايا لتحل محل الخلايا التالفة ولكن فقط لفترة زمنية معينة طالما أن الإشارات الخارجية لتوجيه انقسام الخلايا موجودة. يضمن التنظيم الداخلي لانقسام الخلايا صحة الخلايا الوليدة. هناك العديد من نقاط التفتيش داخل مراحل دورة الخلية التي تنظم انتقال الخلية من مرحلة إلى أخرى. على سبيل المثال ، تسمح آليات مراقبة الجودة للخلية بالمضي قدما من G1 إلى المرحلة S فقط إذا كان الحمض النووي سليما ومناسبا للنسخ المتماثل. وبالمثل ، تسمح نقطة التفتيش في G2 للخلايا بالمضي قدما في الانقسام (المرحلة M) فقط إذا تم تكرار الحمض النووي بشكل كامل ودقيق. أيضا ، تضمن نقطة تفتيش الطور أن الكروموسومات متصلة بالمغازل ومحاذاة بشكل صحيح قبل أن تبدأ الطور. قد يتم استهداف الخلية التي تفشل عند نقطة تفتيش لموت الخلايا المبرمج إذا كانت الخلية غير قادرة على تصحيح الخطأ.
تسمح بعض الطفرات للخلايا بالانقسام حتى في حالة عدم وجود إشارة توجه انقسام الخلايا. على سبيل المثال ، تمنع الجينات الكابتة للورم الخلايا من الانقسام غير المنضبط والطفرة في هذه الجينات تخفف من هذا التثبيط. يمكن أن يتسبب هذا الانقسام الخلوي الشاذ ، إذا ترك دون رادع ، في تكوين الورم وفي بعض الحالات يؤدي إلى الإصابة بالسرطان. كأحد الأسباب الرئيسية للوفاة في الولايات المتحدة ، لا شك أن السرطان له تأثير كبير على المجتمع. يزداد خطر الإصابة بالسرطان مدى الحياة مع تقدم العمر حيث تتراكم الطفرات في الحمض النووي بمرور الوقت ، خاصة بالنسبة لسرطانات الثدي والرئة والبروستاتا والقولون 1 . وبالتالي ، فإن البحث المستمر حول انقسام الخلايا ضروري لتحسين اكتشاف السرطان وعلاجه ، وفي النهاية للوقاية. في الواقع ، تستفيد العلاجات الحالية لعلاج السرطان من معرفة آليات انقسام الخلايا ، مثل آليات الاستهداف المشاركة في انقسام الخلايا. على سبيل المثال ، ترتبط أدوية البلاتين مثل السيسبلاتين بالحمض النووي وتوقف تكرار الحمض النووي ، بينما ترتبط التاكسان مثل باكليتاكسيل بالأنابيب الدقيقة وتمنع تفكيك المغزل وبالتالي توقف انقسام الخلايا 2 .
من المهم أيضا فهم دورة الخلية وآليات انقسام الخلايا لفهم وتطوير علاجات للحالات التي تؤثر على الخلايا غير المنقسمة. في الوقت الحالي ، يمكن أن يكون لإصابات الجهاز العصبي أو القلب آثار منهكة حيث لا يمكن استبدال الخلايا العصبية والعضلية التالفة. ومع ذلك ، فإن إصابة الأنسجة العصبية ترتبط بتنشيط مسارات دورة الخلية في الخلايا العصبية ودعم الخلايا الدبقية. ومن المثير للاهتمام أن تثبيط مسارات دورة الخلية هذه يقلل من تكوين الندبة الدبقية والضرر الثانوي بعد الإصابة. لذلك ، فإن فهم تنظيم دورة الخلية وانقسام الخلايا أمر ضروري لفهم الظروف الصحية والمريضة لجميع أنظمة الأعضاء 3 .
تشير دورة الخلية إلى تسلسل الأحداث طوال حياة الخلية النموذجية - بما في ذلك النمو وتكرار الحمض النووي والتحضير لانقسام الخلية. بالنسبة للكائنات الحية التي تتكاثر جنسيا ، تبدأ الحياة كبيضة ملقحة ، وهي بويضة مخصبة. بمرور الوقت ، تنمو تلك الخلية المفردة الأصلية وتنقسم بطريقة خاضعة للرقابة لإنتاج فرد معقد متعدد الخلايا. تستمر الخلايا في هذه العملية ، خاصة للحفاظ على الأنسجة وإصلاحها أثناء الشيخوخة.
الآن دعونا نلقي نظرة فاحصة. في حقيقيات النوى ، يتم تنظيم الحمض النووي المزدوج الشريطة بشكل خاص داخل نواة مرتبطة بالغشاء لاستيعاب المساحة المحدودة للخلية. في المستوى الأول من الضغط ، يتم لف الحمض النووي بإحكام حول بروتينات معينة تسمى الهستونات. ثم يتم تكرار هذا المزيج من جزيئات بروتين الحمض النووي وتعبئته في مصفوفات تعرف باسم النيوكليوسومات ، والتي ، جنبا إلى جنب مع الحمض النووي الرابط ، تشكل ألياف كروماتين ملفوفة. أخيرا ، تقوم البروتينات الليفية الإضافية بضغط الكروماتين بشكل أكبر ، وتعبئة أطوال طويلة من الحمض النووي في وحدات مكثفة بإحكام. معترف بها ككروموسومات ، اعتمادا على مرحلة انقسام الخلية.
للتحضير للانقسام ، يجب أن تمر الخلايا بالمرحلة البينية ، والتي تنقسم إلى ثلاث مراحل. G1 و S و G2. في G1 ، مرحلة الفجوة الأولى ، تنمو الخلية الوليدة المتولدة حديثا في الحجم وتستعد لتكرار الحمض النووي في المرحلة التالية. الآن في S ، مرحلة التوليف ، تكرر الخلايا حمضها النووي ، والذي يظل معبأ على شكل كروماتين. تقوم الخلايا أيضا بتكرار الجسيمات المركزية ، وهي الهياكل المنظمة للأنابيب الدقيقة التي تشكل جهاز المغزل الانقسامي. أخيرا ، في G2 ، مرحلة الفجوة الثانية ، تستمر الخلايا في النمو ، وتتكاثر العضيات والبروتينات اللازمة للانقسام ، وتجدد مخازن الطاقة الخاصة بها. الخلية جاهزة الآن لدخول المرحلة الأولى من الانقسام.
يتكون الانقسام الفتيلي من خمس مراحل فريدة ، وهو شكل من أشكال الانقسام حيث يتم تقسيم المادة الوراثية للخلية بين خليتين ابنتيتين. أولا أثناء الطور الأولي في البشر ، يتكثف الكروماتين النووي في كروموسومات على شكل X ، تتكون من أزواج كروماتيدات شقيقة متصلة عند تقاطعات السنترومير. في نفس الوقت خارج النواة ، تهاجر الجسيمات المركزية إلى جوانب متقابلة من الخلية. أثناء قيامهم بذلك ، تبدأ قضبان الأنابيب الدقيقة في النمو من كل منها. إما باتجاه الخلية الداخلية أو الخارجية ، لتشكيل جهاز مغزل يشبه الويب. بعد ذلك ، يذوب الغلاف النووي أثناء الطور الأولي ، مما يعرض الكروموسومات لمحتويات الخلية الأخرى. تظهر هياكل البروتين أيضا على جانبي السنتروميرات ، واحدة لكل كروماتيد. بمجرد أن تتشكل هذه الحركية ، يتم ربط الأنابيب الدقيقة الداخلية بها ، مع ربط كل كروماتيد شقيق بقطب مختلف.
ثم يتطور الانقسام إلى الطور ، حيث يعيد جهاز المغزل ترتيب الكروموسومات بحيث يتم توجيهها بالمثل في صف ثابت على طول خط الاستواء للخلية. أثناء الطور ، تقصر الأنابيب الدقيقة الملصقة بالحركية. ويتم سحب الكروماتيدات الشقيقة ، التي يشار إليها الآن بشكل فردي باسم الكروموسومات ، عن بعضها. تعمل هذه الديناميكيات وغيرها من ديناميكيات الأنابيب الدقيقة أيضا على إطالة الخلية. أخيرا ، تهبط الكروموسومات على جوانب الخلية المتقابلة أثناء الطور النهائي. ويتفكك جهاز المغزل. تتحلل المادة الوراثية ، وينشأ مظروفان نوويان ، أحدهما حول كل مجموعة كروموسوم. أثناء الطور النهائي ، هناك عملية مميزة ، وليست من الناحية الفنية مرحلة من الانقسام ، تسمى الحركية الخلوية ، تقسم الخلية أيضا. وبالتالي ، فإن النتيجة النهائية للانقسام هي زوج خلايا مطابق وراثيا لسلائفها.
لسوء الحظ ، يمكن أن تتسبب الطفرات في تلف الجينات التي تتحكم في تنظيم دورة الخلية ، مما يؤدي إلى استمرار انقسام الخلايا دون رادع. في هذه الحالة ، ينتج كل انقسام خلوي متتالي خلايا وليدة مع المزيد من الضرر ... ويؤدي تنظيم النمو الخاطئ في النهاية إلى تكوين كتل خلوية تسمى الأورام.
في هذا المختبر ، سوف تفحص المراحل المختلفة للانقسام باستخدام خلايا طرف جذر البصل. ثم افحص ما يحدث عند فقد التحكم في دورة الخلية.
