3.6: Ukuaji wa Kiini na Idara

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza hatua za mzunguko wa seli
• Jadili jinsi mzunguko wa seli umewekwa
• Eleza matokeo ya kupoteza udhibiti juu ya mzunguko wa seli
• Eleza hatua za mitosis na cytokinesis, ili

Hadi sasa katika sura hii, umesoma mara nyingi za umuhimu na kuenea kwa mgawanyiko wa seli. Ingawa kuna seli chache mwilini ambazo hazipatikani mgawanyiko wa seli (kama vile gameti, seli nyekundu za damu, neuroni nyingi, na baadhi ya seli za misuli), seli nyingi za kuacha za kimwili zinagawanyika mara kwa mara. Seli ya somatic ni neno la jumla kwa seli ya mwili, na seli zote za binadamu, isipokuwa kwa seli zinazozalisha mayai na mbegu za kiume (ambazo hujulikana kama seli za kijidudu), ni seli za somatic. Seli za somatic zina nakala mbili za kila chromosomes zao (nakala moja iliyopatikana kutoka kwa kila mzazi). Jozi ya chromosomes ya homologous ni nakala mbili za kromosomu moja zinazopatikana katika kila kiini cha somatic. Binadamu ni kiumbe cha diploid, akiwa na jozi 23 za homologous za chromosomes katika kila seli za somatic. Hali ya kuwa na jozi ya chromosomes inajulikana kama diploidy.

Viini katika mwili hujitenga wenyewe juu ya maisha ya mtu. Kwa mfano, seli za bitana njia ya utumbo lazima zibadilishwe mara kwa mara wakati “zimevaliwa” na harakati za chakula kupitia gut. Lakini ni nini kinachosababisha kiini kugawanya, na ni jinsi gani hujiandaa na kukamilisha mgawanyiko wa seli? Mzunguko wa seli ni mlolongo wa matukio katika maisha ya seli kutoka wakati unapoundwa mwishoni mwa mzunguko uliopita wa mgawanyiko wa seli hadi hapo utakapojitenga, kuzalisha seli mbili mpya.

Mzunguko wa kiini

Moja “kugeuka” au mzunguko wa mzunguko wa seli ina awamu mbili za jumla: interphase, ikifuatiwa na mitosis na cytokinesis. Interphase ni kipindi cha mzunguko wa seli wakati ambapo kiini haigawanya. Wengi wa seli ni katika interphase mara nyingi. Mitosis ni mgawanyiko wa vifaa vya maumbile, wakati ambapo kiini cha seli hupungua na mbili mpya, kikamilifu kazi, nuclei zinaundwa. Cytokinesis hugawanya cytoplasm katika seli mbili tofauti.

Interphase

Kiini kinakua na hufanya kazi zote za kawaida za kimetaboliki na taratibu katika kipindi kinachoitwa G ₁ (Kielelezo 3.30). G ₁ awamu (pengo 1 awamu) ni pengo la kwanza, au awamu ya ukuaji katika mzunguko wa seli. Kwa seli ambazo zitagawanyika tena, G ₁ inafuatiwa na replication ya DNA, wakati wa awamu ya S. Awamu ya S (awamu ya awali) ni kipindi ambacho kiini kinaiga DNA yake.

Kielelezo 3.30 Mzunguko wa Kiini Awamu kuu mbili za mzunguko wa seli ni pamoja na mitosis (mteule M), wakati kiini kinagawanyika, na interphase, wakati seli inakua na hufanya kazi zake zote za kawaida. Interphase imegawanyika zaidi katika awamu ya G ₁, S, na G ₂.

Baada ya awamu ya awali, kiini kinaendelea kupitia awamu ya G ₂. Awamu ya G ₂ ni awamu ya pili ya pengo, wakati ambapo kiini kinaendelea kukua na hufanya maandalizi muhimu ya mitosis. Kati ya awamu ya G ₁, S, na G ₂, seli zitatofautiana zaidi katika muda wao wa awamu ya G1. Ni hapa kwamba kiini inaweza kutumia masaa kadhaa, au siku nyingi. Awamu ya S kawaida huchukua kati ya masaa 8-10 na awamu ya G ₂ takriban masaa 5. Tofauti na awamu hizi, awamu ya G ₀ ni awamu ya kupumzika ya mzunguko wa seli. Viini ambavyo vimesimama kugawa kwa muda na vinapumzika (hali ya kawaida) na seli ambazo zimeacha kabisa kugawa (kama seli za neva) zinasemekana kuwa katika G ₀.

Muundo wa Chromosomes

Mabilioni ya seli katika mwili wa binadamu hugawanyika kila siku. Wakati wa awamu ya awali (S, kwa awali ya DNA) ya interphase, kiasi cha DNA ndani ya seli ni mara mbili. Kwa hiyo, baada ya replication DNA lakini kabla ya mgawanyiko wa seli, kila kiini kweli ina nakala mbili za kila kromosomu. Kila nakala ya kromosomu inajulikana kama chromatid dada na ni kimwili amefungwa kwa nakala nyingine. (Kumbuka kwamba neno “dada chromatid” hutumiwa bila kujali ngono ya mtu.) Centromere ni muundo unaohusisha chromatid moja ya dada kwa mwingine. Kwa sababu kiini cha binadamu kina chromosomes 46, wakati wa awamu hii, kuna chromatids 92 (46 × 2) katika seli. Hakikisha kutochanganya dhana ya jozi ya chromatids (kromosomu moja na nakala yake halisi iliyoambatanishwa wakati wa mitosis) na jozi ya homologous ya chromosomes (chromosomes mbili zilizounganishwa ambazo zilirithi tofauti, moja kutoka kwa kila mzazi) (Mchoro 3.31).

Kielelezo 3.31 Jozi ya Homologous ya Chromosomes na Chromatids yao ya Dada Masharti Rangi nyekundu na bluu zinahusiana na jozi ya homologous ya chromosomes. Kila mwanachama wa jozi alikuwa tofauti kurithi kutoka kwa mzazi mmoja. Kila kromosomu katika jozi homologous pia amefungwa kwa kufanana dada chromatid, ambayo ni zinazozalishwa na replication DNA, na matokeo katika familiar “X” sura.

Mitosis na Cytokinesis

Awamu ya mitotic ya kiini huchukua kati ya masaa 1 na 2. Wakati wa awamu hii, kiini hupata michakato miwili mikubwa. Kwanza, inakamilisha mitosis, wakati ambapo yaliyomo ya kiini hutolewa kwa usawa na kusambazwa kati ya nusu zake mbili. Cytokinesis kisha hutokea, kugawanya cytoplasm na mwili wa seli ndani ya seli mbili mpya. Mitosis imegawanywa katika hatua nne kuu zinazofanyika baada ya interphase (Kielelezo 3.32) na kwa utaratibu wafuatayo: prophase, metaphase, na telophase. Mchakato huo unafuatiwa na cytokinesis.

Kielelezo 3.32 Kiini Idara: Mitosis ikifuatiwa na Cytokinesis Hatua za mgawanyiko wa seli kusimamia mgawanyo wa vifaa kufanana maumbile katika viini mbili mpya, ikifuatiwa na mgawanyiko wa cytoplasm.

Prophase ni awamu ya kwanza ya mitosis, wakati ambapo coils za chromatin zilizojaa uhuru na hupungua katika chromosomes inayoonekana. Wakati wa prophase, kila chromosome inakuwa inayoonekana na mpenzi wake anayefanana, akifanya X-sura ya kawaida ya chromatids dada. Nucleolus hupotea mapema wakati wa awamu hii, na bahasha ya nyuklia pia hutengana.

Tukio kubwa wakati wa prophase linahusisha muundo muhimu sana ambao una tovuti ya asili kwa ukuaji wa microtubule. Kumbuka miundo ya seli inayoitwa centrioles ambayo hutumika kama pointi za asili ambazo microtubules hupanua. Miundo hii ndogo pia ina jukumu muhimu sana wakati wa mitosis. Centrosome ni jozi ya centrioles pamoja. Kiini kina centrosomes mbili upande kwa upande, ambayo huanza kusonga mbali wakati wa prophase. Kama centrosomes huhamia pande mbili tofauti za seli, microtubules huanza kupanua kutoka kila mmoja kama vidole vidogo kutoka kwa mikono miwili inayoelekea kuelekea kila mmoja. Spindle ya mitotic ni muundo unaojumuisha centrosomes na microtubules zao zinazojitokeza.

Karibu na mwisho wa prophase kuna uvamizi wa eneo la nyuklia na microtubules kutoka kwenye spindle ya mitotic. Utando wa nyuklia umevunjika, na microtubules hujiunga na centromeres ambazo zinajumuisha jozi za chromatids dada. Kinetochore ni muundo wa protini kwenye centromere ambayo ni hatua ya kushikamana kati ya spindle mitotic na chromatids dada. Hatua hii inajulikana kama prophase ya marehemu au “prometaphase” ili kuonyesha mpito kati ya prophase na metapase.

Metapase ni hatua ya pili ya mitosis. Wakati wa hatua hii, chromatids ya dada, pamoja na microtubules zao zilizounganishwa, hutembea kwenye ndege ya mstari katikati ya seli. Safu ya metapesi inaunda kati ya centrosomes ambazo sasa ziko kwenye mwisho wowote wa seli. Sahani ya metapase ni jina la ndege kupitia katikati ya spindle ambayo chromatids dada huwekwa. Microtubules sasa ni tayari kuvuta mbali chromatids dada na kuleta moja kutoka kila jozi kwa kila upande wa seli.

Anaphase ni hatua ya tatu ya mitosis. Anaphase hufanyika zaidi ya dakika chache, wakati jozi za chromatids dada zinatenganishwa kutoka kwa kila mmoja, na kutengeneza chromosomes ya mtu binafsi tena. Chromosomes hizi ni vunjwa kwa ncha kinyume ya seli na kinetochores yao, kama microtubules kufupisha. Kila mwisho wa seli hupokea mpenzi mmoja kutoka kwa kila jozi ya chromatids dada, kuhakikisha kwamba seli mbili mpya za binti zitakuwa na nyenzo zinazofanana za maumbile.

Telophase ni hatua ya mwisho ya mitosis. Telophase ina sifa ya kuundwa kwa nuclei mbili mpya za binti wakati wa mwisho wa kiini cha kugawa. Hizi nuclei wapya sumu kuzunguka nyenzo maumbile, ambayo uncoils vile chromosomes kurudi loosely packed chromatin. Nucleoli pia hupatikana tena ndani ya viini vipya, na spindle ya mitotic huvunja mbali, kila kiini kipya kinachopokea sehemu yake ya DNA, organelles, membrane, na centrioles. Kwa hatua hii, kiini tayari kinaanza kupasuliwa kwa nusu kama cytokinesis inapoanza.

Mto wa cleavage ni bendi ya mikataba inayojumuisha microfilaments ambayo huunda karibu katikati ya seli wakati wa cytokinesis. (Kumbuka kwamba microfilaments inajumuisha actin.) Bendi hii ya mikataba inapunguza seli mbili mbali mpaka hatimaye zitenganishe. Seli mbili mpya sasa zinaundwa. Moja ya seli hizi (“shina kiini”) huingia katika mzunguko wake wa seli; uwezo wa kukua na kugawa tena wakati fulani baadaye. Kiini kingine kinabadilika kwenye kiini cha kazi cha tishu, kwa kawaida hubadilisha kiini “cha zamani” huko.

Fikiria kiini kilichomaliza mitosis lakini haijawahi kufanyiwa cytokinesis. Katika hali nyingine, kiini kinaweza kugawanya nyenzo zake za maumbile na kukua kwa ukubwa, lakini kushindwa kufanyiwa cytokinesis. Hii inasababisha seli kubwa zilizo na kiini zaidi ya moja. Kawaida hii ni uharibifu usiohitajika na inaweza kuwa ishara ya seli za saratani.

Udhibiti wa mzunguko wa kiini

Mfumo wa kufafanua sana na sahihi wa udhibiti wa udhibiti unaelekeza njia ya seli zinazoendelea kutoka awamu moja hadi nyingine katika mzunguko wa seli na kuanza mitosis. Mfumo wa kudhibiti unahusisha molekuli ndani ya seli pamoja na vichocheo vya nje. Hizi husababisha udhibiti wa ndani na nje hutoa “kuacha” na “mapema” ishara kwa kiini. Udhibiti sahihi wa mzunguko wa seli ni muhimu kwa kudumisha afya ya viumbe, na kupoteza udhibiti wa mzunguko wa seli unaweza kusababisha kansa.

Utaratibu wa Udhibiti wa mzunguko wa seli

Kama kiini kinaendelea kupitia mzunguko wake, kila awamu inahusisha michakato fulani ambayo inapaswa kukamilika kabla ya seli inapaswa kuendelea hadi awamu inayofuata. Checkpoint ni hatua katika mzunguko wa seli ambapo mzunguko unaweza kuonyeshwa kusonga mbele au kusimamishwa. Katika kila moja ya vituo hivi vya ukaguzi, aina tofauti za molekuli hutoa ishara za kuacha au kwenda, kulingana na hali fulani ndani ya seli. Cyclin ni moja ya madarasa ya msingi ya molekuli za kudhibiti mzunguko wa seli (Kielelezo 3.33). kinase cyclin-tegemezi (CDK) ni moja ya kundi la molekuli kwamba kazi pamoja na cyclins kuamua maendeleo ya zamani vituo vya ukaguzi kiini. Kwa kuingiliana na molekuli nyingi za ziada, vichocheo hivi vinasubu mzunguko wa seli mbele isipokuwa kuzuiwa kufanya hivyo kwa ishara za “kuacha”, ikiwa kwa sababu fulani kiini hakiko tayari. Katika checkpoint G ₁, kiini lazima iwe tayari kwa awali ya DNA kutokea. Katika checkpoint G ₂ kiini lazima kikamilifu tayari kwa mitosis. Hata wakati wa mitosis, kuacha muhimu na kwenda checkpoint katika metapase kuhakikisha kwamba kiini ni tayari kikamilifu kukamilisha mgawanyiko wa seli. Ufuatiliaji wa metapase unahakikisha kwamba chromatids zote za dada zimeunganishwa vizuri na microtubules zao na zimewekwa kwenye sahani ya metaphase kabla ya ishara kutolewa ili kuwatenganisha wakati wa anaphase.

Kielelezo 3.33 Udhibiti wa seli za mzunguko wa seli huendelea kupitia mzunguko wa seli chini ya udhibiti wa molekuli mbalimbali, kama vile cyclins na kinases tegemezi ya cyclin. Molekuli hizi za kudhibiti huamua kama kiini kimeandaliwa kuhamia katika hatua inayofuata.

Mzunguko wa Kiini nje ya Udhibiti: Athari

Watu wengi wanaelewa kuwa kansa au tumors husababishwa na seli zisizo za kawaida zinazozidisha kwa kuendelea. Ikiwa seli zisizo za kawaida zinaendelea kugawanyika bila kusimamishwa, zinaweza kuharibu tishu zinazowazunguka, kuenea kwa sehemu nyingine za mwili, na hatimaye kusababisha kifo. Katika seli zenye afya, taratibu za udhibiti wa mzunguko wa seli huzuia hili kutokea, wakati kushindwa kwa udhibiti wa mzunguko wa seli kunaweza kusababisha mgawanyiko wa seli zisizohitajika na nyingi. Kushindwa kwa udhibiti kunaweza kusababishwa na kutofautiana kwa maumbile ya kurithi ambayo huathiri kazi ya ishara fulani za “kuacha” na “kwenda”. Matusi ya mazingira yanayoharibu DNA yanaweza pia kusababisha uharibifu katika ishara hizo. Mara nyingi, mchanganyiko wa maandalizi ya maumbile na mambo ya mazingira husababisha kansa.

Mchakato wa seli kukimbia mfumo wake wa kawaida wa kudhibiti na kuwa saratani inaweza kweli kutokea katika mwili wote mara kwa mara. Kwa bahati nzuri, seli fulani za mfumo wa kinga zina uwezo wa kutambua seli ambazo zimekuwa kansa na kuziharibu. Hata hivyo, wakati fulani seli za saratani hubakia bila kutambuliwa na zinaendelea kuenea. Ikiwa tumor inayosababisha haina tishio kwa tishu zinazozunguka, inasemekana kuwa mbaya na inaweza kuondolewa kwa urahisi. Ikiwa ina uwezo wa uharibifu, tumor inachukuliwa kuwa mbaya na mgonjwa hupatikana na kansa.

Usawa wa Homeostatic

Saratani inatokana na kukosekana kwa usawa Home

Saratani ni hali ngumu sana, inayoweza kutokea kutokana na sababu mbalimbali za maumbile na mazingira. Kwa kawaida, mabadiliko au upotovu katika DNA ya seli ambayo yanaathiri mifumo ya kawaida ya kudhibiti mzunguko wa seli husababisha tumors za saratani. Udhibiti wa mzunguko wa kiini ni mfano wa utaratibu wa homeostatic ambao unao kazi sahihi ya kiini na afya. Wakati unaendelea kupitia awamu za mzunguko wa seli, aina kubwa ya molekuli za intracellular hutoa kuacha na kwenda ishara ili kudhibiti harakati mbele ya awamu inayofuata. Ishara hizi zinahifadhiwa kwa usawa usio na maana ili kiini kiendelee tu kwenye awamu inayofuata wakati iko tayari. Udhibiti huu wa homeostatic wa mzunguko wa seli unaweza kufikiriwa kama udhibiti wa cruise wa gari. Udhibiti wa cruise utaendelea kutumia kiasi cha haki cha kuongeza kasi ili kudumisha kasi inayotaka, isipokuwa dereva atapiga breki, katika hali ambayo gari itapungua. Vilevile, kiini kinajumuisha wajumbe wa Masi, kama vile cyclins, ambao hushinikiza kiini mbele katika mzunguko wake.

Mbali na vimbunga, darasa la protini ambazo zimesimbwa na jeni zinazoitwa proto-oncogenes hutoa ishara muhimu zinazodhibiti mzunguko wa seli na kuisonga mbele. Mifano ya bidhaa za proto-oncogene ni pamoja na vipokezi vya uso wa seli kwa sababu za ukuaji, au molekuli za kuashiria kiini, madarasa mawili ya molekuli ambayo yanaweza kukuza replication ya DNA na mgawanyiko wa seli. Kwa upande mwingine, darasa la pili la jeni linalojulikana kama jeni za kukandamiza tumor zituma ishara za kuacha wakati wa mzunguko wa seli. Kwa mfano, baadhi ya bidhaa za protini za jeni za kukandamiza tumor zinaashiria matatizo ya uwezo na DNA na hivyo huzuia kiini kisigawanye, huku protini nyingine zinaashiria seli kufa ikiwa imeharibiwa zaidi ya kukarabati. Baadhi ya protini za kuzuia tumor pia zinaashiria wiani wa kutosha wa seli zinazozunguka, ambayo inaonyesha kwamba kiini haipaswi kugawanyika sasa. Kazi ya mwisho ni muhimu sana katika kuzuia ukuaji wa tumor: seli za kawaida zinaonyesha jambo linaloitwa “kuzuia mawasiliano;” hivyo, mawasiliano ya kina ya seli na seli za jirani husababisha ishara inayoacha mgawanyiko wa seli zaidi.

Madarasa haya mawili tofauti ya jeni, proto-oncogenes na jeni za kukandamiza tumor, ni kama kasi na kanyagio la kuvunja la “mfumo wa kudhibiti cruise” wa kiini, kwa mtiririko huo. Chini ya hali ya kawaida, ishara hizi za kuacha na kwenda zinahifadhiwa katika usawa wa homeostatic. Kwa ujumla, kuna njia mbili ambazo udhibiti wa cruise wa kiini unaweza kupoteza udhibiti: kasi isiyo na kazi (overactive), au kuvunja kazi (isiyo na kazi). Wakati kuathirika kwa njia ya mutation, au vinginevyo kubadilishwa, proto-oncogenes inaweza kubadilishwa kuwa oncogenes, ambayo kuzalisha oncoproteins kwamba kushinikiza seli mbele katika mzunguko wake na kuchochea mgawanyiko wa seli hata kama ni undesirable kufanya hivyo. Kwa mfano, kiini kwamba lazima iliyowekwa kwa binafsi kuharibu (mchakato unaoitwa apoptosis) kutokana na uharibifu mkubwa wa DNA huenda badala yake yalisababisha kuenea kwa oncoprotein. Kwa upande mwingine, dysfunctional tumor suppressor jeni inaweza kushindwa kutoa kiini na muhimu kuacha ishara, pia kusababisha zisizohitajika kiini mgawanyiko na kuenea.

delicate homeostatic usawa kati ya wengi proto-oncogenes na tumor suppressor jeni anasa udhibiti mzunguko wa seli na kuhakikisha kwamba seli afya tu kuiga. Kwa hiyo, kuvuruga kwa usawa huu wa homeostatic unaweza kusababisha mgawanyiko wa seli usiofaa na ukuaji wa saratani.

Interactive Link

Tembelea kiungo hiki ili ujifunze kuhusu mitosis. Mitosis husababisha seli mbili zinazofanana za diploid. Ni miundo gani inayounda wakati wa prophase?