Podział komórek

Cykl komórkowy odnosi się do sekwencji wydarzeń w ciągu życia typowej komórki - obejmującej wzrost, replikację DNA i przygotowanie do podziału komórki. Dla organizmów rozmnażających się płciowo życie zaczyna się jako zygota, zapłodnione jajo. Z biegiem czasu ta pierwotna pojedyncza komórka rośnie i dzieli się w kontrolowany sposób, tworząc wielokomórkowego, złożonego osobnika. Komórki kontynuują ten proces, zwłaszcza w celu utrzymania i naprawy tkanek podczas starzenia.

Przyjrzyjmy się teraz bliżej. U eukariontów dwuniciowe DNA jest specjalnie zorganizowane w jądrze związanym z błoną, aby pomieścić ograniczoną przestrzeń komórki. Na pierwszym poziomie zagęszczenia DNA jest ściśle owinięte wokół określonych białek zwanych histonami. Ta kombinacja cząstek białka DNA jest następnie powtarzana i pakowana w macierze znane jako nukleosomy, które wraz z DNA łącznikowym tworzą zwinięte włókna chromatyny. Wreszcie, dodatkowe białka włókniste jeszcze bardziej zagęszczają chromatynę, pakując długie odcinki DNA w ściśle skondensowane jednostki. Rozpoznawane jako chromosomy, w zależności od fazy podziału komórki.

Aby przygotować się do podziału, komórki muszą przejść przez interfazę, która jest podzielona na trzy etapy. G1, S oraz G2. W G1, pierwszej fazie przerwy, nowo wygenerowana komórka potomna rośnie i przygotowuje się do duplikacji DNA w następnej fazie. Teraz w S, fazie syntezy, komórki duplikują swoje jądrowe DNA, które pozostaje upakowane jako chromatyna. Komórki powielają również centrosomy, struktury organizujące mikrotubule, które tworzą aparat wrzeciona mitotycznego. Wreszcie, w G2, drugiej fazie przerwy, komórki nadal rosną, namnażają organelle i białka niezbędne do mitozy i uzupełniają swoje zapasy energii. Komórka jest teraz gotowa do wejścia w pierwszy etap mitozy.

Mitoza, składająca się z pięciu unikalnych etapów, jest formą podziału, w której materiał genetyczny komórki jest podzielony między dwie komórki potomne. Po pierwsze, podczas profazy u ludzi, chromatyna nukleinowa kondensuje się w chromosomy w kształcie litery X, złożone z par chromatyd siostrzanych połączonych na połączeniach centromerowych. Równocześnie poza jądrem centrosomy migrują na przeciwległe strony komórki. Gdy to robią, z każdego z nich zaczynają wyrastać pręciki mikrotubul. Albo w kierunku wnętrza komórki, albo na zewnątrz, tworząc wrzecionowaty aparat przypominający pajęczynę. Następnie otoczka jądrowa rozpuszcza się podczas prometafazy, wystawiając chromosomy na pozostałą zawartość komórki. Struktury białkowe pojawiają się również po obu stronach centromerów, po jednej dla każdej chromatydy. Gdy te kinetochory się uformują, wydłużające się wewnętrzne mikrotubule przyczepiają się do nich, przy czym każda siostrzana chromatyda jest przywiązana do innego bieguna.

Mitoza następnie przechodzi do metafazy, w której aparat wrzeciona przestawia chromosomy tak, aby były podobnie zorientowane w ustalonym rzędzie wzdłuż równika komórki. Podczas anafazy mikrotubule przyczepione do kinetochoru skracają się. A chromatydy siostrzane, obecnie indywidualnie określane jako chromosomy, są rozciągnięte na siebie. Ta i inna dynamika mikrotubul również wydłuża komórkę. Wreszcie, chromosomy lądują po przeciwnych stronach komórki podczas telofazy. I aparat wrzeciona rozpada się. Materiał genetyczny rozluźnia się i powstają dwie otoczki jądrowe, po jednej wokół każdego zestawu chromosomów. Podczas telofazy odrębny proces, technicznie nie będący etapem mitozy, zwany cytokinezą, również dzieli komórkę. Tak więc końcowym wynikiem mitozy jest para komórek genetycznie identyczna z ich prekursorem.

Niestety, mutacje mogą powodować uszkodzenia genów kontrolujących regulację cyklu komórkowego, co prowadzi do niekontrolowanego przebiegu podziału komórek. W tym przypadku każdy kolejny podział komórki wytwarza komórki potomne z jeszcze większymi uszkodzeniami... a wadliwa regulacja wzrostu ostatecznie prowadzi do powstania mas komórkowych zwanych guzami.

W tym laboratorium zbadasz różne etapy mitozy za pomocą komórek wierzchołka korzenia cebuli. A następnie zbadaj, co się dzieje, gdy kontrola nad cyklem komórkowym zostaje utracona.