Cellcykeln

Mål

I slutet av den här lektionen bör du kunna:

1. Beskriv kromosomens makrostruktur
2. Identifiera faserna i interfas
3. Identifiera faserna i mitos
4. Beskriv mekanismen för celldelning
5. Identifiera fasen av mitos som illustreras på ett objektglas
6. Förklara hur cytokines i växter och djurceller är olika
7. Skilja mellan mitos och binär fission
8. Förklara hur cellcykeln regleras

Grundläggande koncept

Allt genetiskt material i en organisms cell (dess genom)är förpackad i kromosom. Kromosomen är en kondenserad form av kromatin.

Kromatin består av långa hårliknande hårliknande strukturer. Dessa dominerar när cellen inte delar sig. När cellen delar sig kondenserar de och blir tjocka (kromosom form).

Mänskliga reproduktionsceller (spermier och ägg) kallas könsceller. De har 23 kromosomer. Under befruktningen samlas gameter för att bilda en zygot med 46 kromosomer. Zygoterna kan sedan genomgå celldelning och därmed tillväxt, i en process som kallas mitos och cytokines.

Under celldelning delar sig kromosomen i två identiska systrar kromatider fäst längs deras sidor av proteiner som kallas kohesiner. Varje kromatid har en centromer region som består av DNA-sekvenser som gör det möjligt för de två kromatiderna att fästa närmast, vilket skapar en “midja”.

Faser av cellcykeln

För att celler ska dela sig måste en serie händelser äga rum. Cellen går först igenom en process som kallas interfas där den tillbringar större delen av sin tid. Interfas består av följande 3 underfaser:

1. Första gapfasen (G1): Cell växer sig större, kopierar organeller och gör cellulära byggstenar som den kommer att behöva i ytterligare steg
2. Syntesfas (S): Kromosomerna dupliceras
3. Andra gapfasen (G2): Cellen växer lite mer (tillverkar proteiner och organeller). En enda centrosom dupliceras till två.

Efter interfas cyklar cellen till den mitotiska (M) fasen. Det är här cellen delar sig i två identiska dotterceller.

Stadier av mitos

Det finns fem stadier av mitos.

1. Prophase
2. Prometafas
3. Metafas
4. Anafas
5. Telofas

Mnemonik: PP-MAT

Innan vi går in på vad som händer i varje steg, låt mig presentera dig för mitotisk spindel. Detta är en struktur som behövs för att säkerställa att identiska dotterceller produceras. Den består av en centrosom och repliknande strukturer som kallas mikrotubuli som är gjorda av proteinsubenheter. För att förlänga lägger de helt enkelt till proteinsubenheter (polymerisation) och för att bli kortare tappar de proteinsubenheter (depolymerisation). Sammansättningen av mikrotubuli börjar vid centrosomen.

Mikrotubuli i spindeln fäster till en region av proteiner associerade med centromererna på varje kromatid, kallad kinetochore. En kromosoms två kinetokorer är vända i motsatta riktningar. Mer än en mikrotubuli kan fästas på kinetokoren. Antalet varierar mellan arterna.

Vad händer i Prophase

• Kromatin kondenserar (mer tätt lindat) och blir synligt under ett mikroskop när två systerkromatider förenas vid centromer
• Mitotisk spindelformer (centrosom och mikrotubuli)
• Centrosomer rör sig bort från varandra när mitotisk spindel polymeriserar
• Nukleolus försvinner

Vad händer i Prometaphase

• Kärnvapenhöljet sönderfaller
• Mikrotubuli sträcker sig och går in i kärnområdet
• Kromosomerna är mer kondenserade
• Vissa mikrotubuli fäster vid kinetokorer
• Kinetochorer som inte är fästa vid en kromosom interagerar med varandra från motsatta sidor

Vad händer i Metafas

• Centrosomerna är på motsatta poler av cellen
• Kromosomer samlas vid ett tänkt centrum som kallas metafasplatta

Vad händer i Anaphase

• Kohesionsproteiner klyvs
• Varje kromatid blir en kromosom
• Kromosomerna rör sig mot polerna när mikrotubuli förkortas
• Nonkinetochore spindlar förlängs vilket gör att cellen förlängs

Vad händer i telofas och cytokines

• Två dottersamtal bildas
• Kärnhölje och nukleolus dyker upp igen
• Kromosomerna blir mindre kondenserade
• Mikrotubuli depolymeriserar

Cytokinesis i djur kontra växtceller

Celldelning i djurceller kännetecknas av en klyvningsfåra som bildas nära den gamla metafasplattan. Fåran beror på kontraktila proteiner aktin och myosin som så småningom gör att cellerna kläms isär. I växtceller rör sig Golgi-vesiklar längs mikrotubulierna under telofas mot metafasplattan där de smälter samman för att bilda en cellplatta. När fler vesiklar för material som pektin och cellulosa till metafasplattans region, bildas en cellvägg. Golgi-membranen blir en del av plasmamembranet.

Celldelning i prokaryoter

Celldelning i prokaryoter som bakterier sker via en enklare process som kallas binär fission. I denna process existerar bakteriell kromosom som en enda cirkulär kromosom i cellens kärnområde. Kopiering av DNA:t börjar på en plats som kallas ursprunget för replikation. När replikationen fortskrider, flyttar de två kopiorna av kromosomerna till motsatta poler av cellen. Samtidigt förlängs cellen, vilket ytterligare separerar kromosomkopiorna. Efter att kopieringen är klar klämmer membranet inåt i mitten för att producera två identiska dotterceller.

Reglering av cellcykeln

Cellcykeln regleras av kontrollpunkter vid olika stadier av interfas och mitos. Tre stora kontrollpunkter finns vid G1, G2 och M faser av interfas. Varje kontrollpunkt fungerar som en “startsignal” för att gå vidare. Cyklinberoende kinaser (Cdks) spelar en nyckelroll i signalering. Kom ihåg att kinaser är enzymer som orsakar fosforylering. För att vara aktiva i cellcykeln måste de vara bundna till ett protein som kallas cyklin. Det är närvaron av Cdks som ger “fart framåt”.

Det finns andra mekanismer, t.ex. proteinkomplex. Vid M-kontrollpunkten hindrar ett proteinkomplex kromosomerna från att separera tills alla kromosomerna är ordentligt fästa av mikrotubuli vid metafasplattan. När komplexet väl är fäst sätter det igång en kedja av molekylära händelser som resulterar i klyvning och separation av kromatiderna.

Vissa kemiska och fysikaliska faktorer kan också påverka celldelningen. Till exempel, under laboratorieförhållanden, observeras det att vissa celler misslyckas med att dela sig i frånvaro av vissa tillväxtfaktorer i kulturmedia.

Ett exempel på en fysisk faktor som påverkar celldelningen är densitetsberoende hämningvarvid celler slutar dela sig efter att ha nått ett visst kvorum.

Du kanske undrar vad som händer i fallet med cancerceller som fortsätter att dela sig okontrollerat. Vad händer med kontrollmekanismen för cellcykeln? Det är troligt att efter att tillväxtfaktorer är utarmade fortsätter cancerceller att replikera genom att upptäcka hur man tar emot replikationssignaler på nya sätt. Ett sätt kan vara att skapa sina egna tillväxtfaktorer.

Lärobok: Reece, JB, & Campbell, NA (2011). Campbell biologi. Boston: Benjamin Cummings / Pearson.