Drukuj
Odsłony: 121

Dominika Kalinowska

IX LO im. Klementyny Hoffmanowej w Warszawie

Komórki budujące nasze ciało nie są tworami statycznymi, działają całkiem podobnie do ludzi. Najpierw powstają, potem się mnożą i pracują, a na końcu obumierają, by ich miejsce zajęły nowe, zdrowe komórki.

Życie takiej komórki można streścić do postaci cyklu komórkowego, czyli domkniętego szlaku następujących po sobie wydarzeń z życia komórki. Na cykl komórkowy składają się następujące fazy: interfaza (a w niej G1, S, G2), faza podziałowa (M) oraz faza spoczynku (G0). Fazy scharakteryzujemy w formie punktów, aby były bardziej przejrzyste.

Interfaza

1. Faza G1 – Gap

Nazwa „Gap 1" od razu wskazuje, że ta faza jest przerwą między dwoma innymi procesami: między podziałem komórki a replikacją DNA. W trakcie tej fazy komórka dojrzewa (czyli rośnie) oraz syntetyzuje organella, mRNA i białka potrzebne w dalszych fazach cyklu. Dojrzała komórka musi zdecydować się na jedną z dwóch ścieżek – podziału lub specjalizacji. Zupełnie jak maturzysta, który może założyć rodzinę albo pójść na studia.

2a. Faza G0

Jeżeli komórka się wyspecjalizuje, to wkroczy do fazy spoczynku (G0). W tej fazie komórka odpoczywa od podziałów (nie dzieli się) i pełni swoje specyficzne funkcje. Przykładami silnie wyspecjalizowanych komórek w fazie G0 są neurony, komórki mięśni szkieletowych i typu sercowego oraz komórki wątroby (hepatocyty). Hepatocyty mogą wyjść z fazy G0 i dalej się dzielić, dzięki czemu w wyniku utraty części tego narządu może dojść do jego samoistnej odbudowy. 

2b. Punkt kontrolny G1 / S

Jeżeli komórka jednak woli się podzielić, to nie wejdzie do fazy spoczynku, tylko do fazy S – syntezy DNA. Jednak zanim zostanie dopuszczona do replikacji pełnego materiału genetycznego, musi przejść przez punkt kontrolny, który regulują dwie grupy białek – cykliny i kinazy zależne od cyklin (CDK). W tym punkcie komórka jest poddawana ścisłej kontroli, czy posiada wszystkie niezbędne enzymy i czy jej DNA nie jest uszkodzone. Jeżeli coś jest nie tak, uruchamiane są procesy naprawcze. Jeżeli zawiodą, komórka zostanie poddana apoptozie (programowanej śmierci komórki). Jeżeli pomimo niesprawnych procesów naprawczych komórka przejdzie przez punkt kontrolny, to jest na prostej drodze do stania się komórką nowotworową, czyli komórką podlegającą niekontrolowanym podziałom. Jeżeli jednak wszystko pójdzie pomyślnie, to komórka wejdzie w fazę S.

3. Faza S

W fazie S zachodzi synteza DNA. Gdyby nie podwojenie ilości materiału genetycznego, to po każdym podziale komórka miałaby go o połowę mniej, a istotą cyklu to, by z jednej komórki diploidalnej powstały dwie komórki diploidalne (oczywiście jeżeli mamy na myśli mitozę). W tym celu komórka musi zreplikować DNA. W wyniku prawidłowo przeprowadzonej replikacji z jednej dwuniciowej cząsteczki DNA powstają dwie identyczne dwuniciowe cząsteczki. Jak to się dzieje? Wyobraźmy sobie nić DNA, a na niej enzymy, które umożliwią replikację. Na początku wchodzi topoizomeraza – enzym rozkręcający podwójną helisę do w miarę prostej drabinki, co nazywamy jej relaksacją. Jest ona potrzebna, aby udostępnić cząsteczkę kolejnym enzymom. Następnie, helikaza rozrywa wiązania wodorowe pomiędzy zasadami azotowymi obu nici, dzięki czemu uzyskany zostaje dostęp do syntezy nowych nici na ich matrycy – powstają tzw. widełki replikacyjne. Synteza nowej nici DNA zachodzi wyłącznie w kierunku od 5’ do 3’, co wynika z budowy nukleotydów, a dokładniej, trifosforanów(V) deoksyrybonukleotydów (dNTP). Dlaczego? Podobnie jak ATP posiadają wiązania wysokoenergetyczne, których hydroliza dostarcza energię niezbędną do replikacji. Potrzebujemy jej, gdyż replikacja to reakcja anaboliczna, czyli wymagająca dostarczenia energii synteza złożonego polimeru z prostych monomerów. Z budowy nukleotydu wiemy, że reszty fosforanowe(V) przyłączają się przy węglu 5’ deoksyrybozy, a wolna grupa –OH znajduje się przy węglu 3’. Jeżeli jest potrzeba przyłączyć nukleotyd guaninowy do istniejącej nici DNA, to proces będzie wyglądał następująco:

I tu jest mały haczyk, który warto zapamiętać. Synteza nowej nici zachodzi w kierunku od 5’ do 3’ (nowej nici), ale polimeraza DNA przesuwa się w kierunku 3' do 5' (starej nici). Mylący szczegół, który można wykorzystać w podchwytliwym zadaniu. Właśnie w taki sposób zachodzi replikacja... na nici wiodącej. Nieco inaczej sprawa wygląda na nici opóźnionej. Tutaj nić matrycowa biegnie przeciwnie (antyrównolegle) do nici matrycowej, na której powstała nić wiodąca. Gdyby również ta nić miała powstawać pięknie i nieprzerwanie, polimeraza musiałaby przesuwać się w przeciwną stronę, a tak nie może się dziać – kompleks enzymów replikacyjnych katalizuje reakcje na obu niciach jednocześnie, przesuwając się w jedną stronę. Dlatego też polimeraza DNA syntetyzuje (zgodnie ze swoim kierunkiem) małe odcinki DNA, z pomocą dwóch innych enzymów. Prymaza przygotowuje primery (startery) RNA, które umożliwiają rozpoczęcie replikacji polimerazie. Ważne, że w tym momencie powstaje hybrydowa cząsteczka z wiązaniami między DNA a RNA! Powstałe małe odcinki DNA zwane są fragmentami Okazaki. Fragmenty te nie są ze sobą połączone, ale tu wkracza ligaza i łączy ze sobą odcinki w jedną całość. Taki proces zachodzi na całej długości DNA. Gdy replikacja się zakończy, dostajemy dwie podwójne, identyczne helisy DNA. Każda z nich składa się ze starej nici, która służyła za matrycę, oraz z nowej nici, która właśnie została zsyntetyzowana. Właśnie ta cecha sprswia, że replikacja ma charakter semikonserwatywny (półzachowawczy), bo stara cząsteczka wciąż tworzy połowę nowej.

4. Faza G2

Po zakończonej replikacji komórka wkracza w fazę G2, w której przygotowuje się do podziału. Głównie syntetyzuje tubulinę, czyli białko budujące mikrotubule. Mikrotubule tworzą wrzeciona kariokinetyczne (podziałowe), które umożliwiają rozdział chromosomów do dwóch biegunów komórki.

5. Punk kontrolny G2

Zanim komórka wkroczy w fazę podziału, trzeba sprawdzić, czy powstałe cząsteczki DNA nie są uszkodzone oraz czy replikacja zaszła całościowo. Jeżeli DNA jest nieprawidłowe lub niekompletne, to uruchamiane są mechanizmy naprawcze. Jeżeli uda się naprawić błędy replikacyjne, komórka może się podzielić, a jeśli nie, to albo wchodzi na drogę apoptozy, albo może stać się nowotworowa.

Faza M

Jeżeli przeprowadzone zostały wszystkie poprzednie etapy – gratulacje, komórka się podzieli! Chyba że wrzeciona podziałowe okażą się wadliwe, ale mniejsza o to. Rozpoczyna się mitoza, czyli... kolejny proces, który ma swoje fazy. Które... trzeba znać. Nie ma strachu, poniżej mitoza w formie prostej notatki. 

  1. Profaza
  1. Metafaza
  1. Anafaza
  1. Telofaza

I właśnie tak wygląda mitoza, czyli kariokineza somatyczna. Kariokineza = podział jądra. Żeby powstały dwie komórki z jednym jądrem zamiast jednej komórki z dwoma, zachodzi również cytokineza = podział cytoplazmy. Zaczyna się ona już w trakcie telofazy. W płaszczyźnie równikowej komórki powstaje pierścień kurczliwy zbudowany z białek cytoszkieletu, który się zaciska, tworząc bruzdę podziałową. Gdy pierścień zaciśnie się dostatecznie, komórka rozdzielana jest na dwie komórki potomne.

W ten sposób zakończony został przebieg jednego cyklu komórkowego, teraz dwie komórki potomne przechodzą go od początku. Jakie będą losy tych komórek? Wyspecjalizują się czy podzielą? A może zleją się ze sobą, tworząc syncytium?

Na koniec jeszcze krótkie, łopatologiczne podsumowanie cyklu w krótkich punktach.

  1. Interfaza

1.1. Faza G1 = wzrost komórki i synteza białek

1.2a. Być może faza G0 = specjalizacja, odpoczynek od podziałów

1.2b. Punkt kontrolny G1/S = naprawa błędów w DNA

1.3. Faza S = replikacja DNA

1.4. Faza G2 = synteza tubuliny

1.5. Punkt kontrolny G2 = naprawa błędów po replikacji

  1. Faza M = Mitoza = kariokineza somatyczna

2.1. Profaza = kondensacja chromatyny i powstanie wrzecion kariokinetycznych

2.2. Metafaza = ułożenie się chromosomów na płaszczyźnie równikowej i zanik błony jądrowej

2.3. Anafaza = rozejście się chromosomów i organelli

2.4. Telofaza = powstanie nowych jąder

+Cytokineza = podział komórki

Powodzenia, drodzy Maturzyści! Oby każde zadanie z cyklu komórkowego poszło Wam znakomicie.