מחזור תאים: הגדרה, שלבים, ויסות ועובדות

תוֹכֶן

• TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
• שלבי מחזור התא
• ממשק ותת-בסיסיו
• התפלגות הקרום הגרעיני בחזית
• קו הציר במטאפאס
• שני גרעינים באנאפזה וטלופאז
• ציטוקינזיס בבעלי חיים וצמחים
• הסדרת מחזור תאים

חלוקת תאים חיונית לצמיחה ובריאות של אורגניזם. כמעט כל התאים עוסקים בחלוקת תאים; יש כאלה שעושים זאת פעמים רבות בתוחלת חייהם. אורגניזם גדל, כמו עובר אנושי, משתמש בחלוקת תאים כדי להגדיל את גודל ההתמחות של איברים בודדים. אפילו אורגניזמים בוגרים, כמו אדם מבוגר בדימוס, משתמשים בחלוקת תאים כדי לתחזק ולתקן רקמות גוף. מחזור התא מתאר את התהליך שבאמצעותו התאים מבצעים את עבודתם הייעודית, צומחים ומתחלקים ואז מתחילים את התהליך שוב עם שני תאי הבת שהתקבלו. במאה ה -19, ההתקדמות הטכנולוגית במיקרוסקופיה אפשרה למדענים לקבוע כי כל התאים נובעים מתאים אחרים בתהליך חלוקת התאים. זה הפריך לבסוף את האמונה הרווחת בעבר שהתאים נוצרו באופן ספונטני מחומר זמין. מחזור התאים אחראי לכל החיים המתמשכים. לא משנה אם זה קורה בתאי האצות הנצמדים לסלע במערה או בתאי העור בזרועך, המדרגות זהות.

TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)

חלוקת תאים חיונית לצמיחה ובריאות של אורגניזם. מחזור התא הוא הקצב החוזר של צמיחת תאים וחלוקה. זה מורכב מהשלבים בין-שלבים למיטוזה, כמו גם מתת-השלבים שלהם, ותהליך הציטוקינזיס. מחזור התאים מווסת בקפדנות על ידי כימיקלים במחסומים לאורך כל שלב כדי לוודא כי מוטציות לא מתרחשות ושגידול בתאים אינו מתרחש מהר יותר ממה שבריא לרקמה הסובבת.

שלבי מחזור התא

מחזור התא מורכב למעשה משני שלבים. השלב הראשון הוא שלב. במהלך הבמה, התא מתכונן לחלוקת תאים בשלושה תת-שלבים הנקראים G₁ שלב, שלב S ו- G₂ שלב. בסוף המפגש, הכרומוזומים בגרעין התא כופלו כולם. בכל השלבים הללו התא ממשיך גם הוא לבצע את תפקידיו היומיומיים, יהיו אשר יהיו. הממשק יכול להימשך ימים, שבועות, שנים - ובמקרים מסוימים, לכל אורך חיי האורגניזם. מרבית תאי העצב לעולם אינם עוזבים את ה- G₁ שלב של שלב, כך המדענים ייעדו שלב מיוחד לתאים כמוהם בשם G₀. שלב זה מיועד לתאי עצב ותאים אחרים שלא ייכנסו לתהליך של חלוקת תאים. לפעמים זה בגלל שהם פשוט לא מוכנים או לא מיועדים אליהם, כמו תאי עצב או תאי שריר, וזה נקרא מצב של שקט. בפעמים אחרות, הם ישנים מדי או פגומים, וזה נקרא מצב של הוותק. מכיוון שתאי עצב נפרדים ממחזור התא, נזק אליהם לרוב בלתי ניתן לתיקון, בשונה מעצם שבורה, וזו הסיבה שאנשים הסובלים מפגיעות בעמוד השדרה או במוח לרוב סובלים ממוגבלות קבועה.

השלב השני של מחזור התא נקרא מיטוזה, או שלב M. במהלך המיטוזה, הגרעין מתחלק לשניים, תוך עותק אחד של כל כרומוזום משוכפל לכל אחד משני הגרעינים. ישנם ארבעה שלבים של מיטוזה, ואלה הם פרובאז, מטאפזה, אנאפזה וטלופאז. באותה תקופה בערך בו מתרחשת המיטוזה, מתרחש תהליך נוסף, הנקרא ציטוקינזיס, שהוא כמעט שלב משלו. זה התהליך שבאמצעותו מתחלק הציטופלזמה של התא, וכל מה שיש בו. ככה, כאשר הגרעין מתפצל לשניים, ישנם שניים מכל התאים הסובבים אותו עם כל גרעין. לאחר השלמת החלוקה, קרום הפלזמה נסגר סביב כל תא חדש וצובט, ומחלק את שני התאים החדשים זהים זה מזה לחלוטין. מיד, שני התאים נמצאים שוב בשלב הראשון של האינטרפזה: G₁.

ממשק ותת-בסיסיו

ז₁ מייצג את שלב Gap 1. המונח "פער" מגיע מתקופה בה מדענים גילו חלוקת תאים במיקרוסקופ ומצאו את השלב המיטוטי מאוד מרגש וחשוב. הם ראו את הגרעין המתחלק ואת התהליך הציטוקינטי הנלווה כהוכחה לכך שכל התאים הגיעו מתאים אחרים. עם זאת, שלבי המפגש נראו סטטיים ולא פעילים. לכן הם חשבו עליהם כתקופות מנוחה, או פערים בפעילות. האמת, עם זאת, היא ש- G₁ - וג₂ בסוף המפגש - הן תקופות גדילה סואנות לתא, בהן התא גדל בגודלו ותורם לרווחת האורגניזם בכל דרך שהוא "נולד" לעשות. בנוסף לתפקידיו הסלולריים הרגילים, התא בונה מולקולות כמו חלבונים וחומצה ריבונוקלאית (RNA).

אם ה- DNA של התא לא ניזוק והתא גדל מספיק, הוא ממשיך לשלב השני של האינטרפזה, המכונה שלב S. זה קיצור לשלב הסינתזה. בשלב זה, כפי שהשם מרמז, התא מקדיש אנרגיה רבה לסינתזה של מולקולות. באופן ספציפי, התא משכפל את ה- DNA שלו, ומשכפל את הכרומוזומים שלו. בבני האדם 46 כרומוזומים בתאים הסומטיים שלהם, כולם תאים שאינם תאי רבייה (זרע וביוביות).46 הכרומוזומים מסודרים ל 23 זוגות הומולוגיים המחוברים זה לזה. כל כרומוזום בזוג הומולוגי נקרא ההומולוג של השני. כאשר הכרומוזומים משוכפלים בשלב S, הם מפותלים בחוזקה מאוד סביב גדילי חלבון היסטון הנקראים כרומטין, מה שהופך את תהליך הכפילות לפיה פחות נוטה לשגיאות שכפול של DNA או למוטציה. שני כרומוזומים זהים חדשים נקראים כיום כל אחד כרומטידים. גדילי היסטונים קושרים את שני הכרומטים זהים זה לזה, כך שהם יוצרים סוג של צורת X. הנקודה בה הם קשורים נקראת צנטרומר. בנוסף הכרומטידים עדיין מחוברים להומולוג שלהם, שהוא כיום גם זוג כרומטים בצורת X. כל זוג כרומטים נקרא כרומוזום; כלל האצבע הוא שלעולם אין יותר מכרומוזום אחד המחובר לסנטומרים.

השלב האחרון של המתרחש הוא G₂, או שלב Gap 2. לשלב זה ניתן שמו מאותן סיבות כמו G₁. ממש כמו במהלך G₁ ובשלב S, התא נותר עסוק במשימות האופייניות שלו לאורך כל הבמה, אפילו כשהוא מסיים את עבודת המפגש ומתכונן למיטוזה. כדי להתכונן למיטוזה, התא מחלק את המיטוכונדריה שלו, כמו גם את הכלורופלסטים שלו (אם יש כאלה). זה מתחיל לסנתז את מבשרי סיבי הציר, הנקראים מיקרו-צינורות. זה עושה את זה על ידי שכפול ואורח של הצנטרומרים של זוגות הכרומטיד בגרעין שלו. סיבי ציר יהיו בעלי חשיבות מכרעת לתהליך החלוקה הגרעינית בזמן המיטוזה, כאשר הכרומוזומים יצטרכו להתפרק לשני הגרעינים המפרידים; לוודא כי הכרומוזומים הנכונים מגיעים לגרעין הנכון ונשארים זוגיים עם ההומולוג הנכון הם מכריעים למניעת מוטציות גנטיות.

התפלגות הקרום הגרעיני בחזית

הסמנים המתחלקים בין שלבי מחזור התאים לבין תת-השלבים של האינטרפזה והמיטוזה הם מלאכים שבהם מדענים משתמשים בכדי להיות מסוגלים לתאר את תהליך חלוקת התא. בטבע, התהליך הוא נזיל ולא נגמר. השלב הראשון של המיטוזה נקרא פרובאז. זה מתחיל בכרומוזומים במדינה בה הם היו בסוף ה- G₂ שלב שלב שלב, שכפול עם כרומטידיות אחות שהוצמדו על ידי צנטרומרים. במהלך פרובאז, גדיל הכרומטין מתעבה, המאפשר לכרומוזומים (כלומר כל זוג כרומטידים אחות) להיראות תחת מיקרוסקופיית אור. הצנטרומרים ממשיכים לצמוח למיקרו-צינורות, היוצרים סיבי ציר. בסוף הנבואה, הקרום הגרעיני מתפרק, וסיבי הציר מתחברים ליצירת רשת מבנית בכל הציטופלסמה של התא. מכיוון שהכרומוזומים צפים כעת בחינם בציטופלזמה, סיבי הציר הם התומך היחיד שמונע מהם להיסחף שולל.

קו הציר במטאפאס

התא עובר למטאפז ברגע שמתמוסס הקרום הגרעיני. סיבי הציר מעבירים את הכרומוזומים לקו המשווה של התא. מישור זה ידוע בשם קו המשווה של הציר או צלחת המטאפזה. אין שם שום דבר מוחשי; זה פשוט מטוס בו כל הכרומוזומים מתיישרים, ואשר מקצרים את התא אופקית או אנכית, תלוי איך אתה צופה או מדמיין את התא (לקבלת ייצוג חזותי של זה, ראה משאבים). בבני אדם ישנם 46 צנטרומרים, וכל אחד מהם מחובר לזוג אחיות כרומטיד. מספר הצנטרומרים תלוי באורגניזם. כל צנטרומר מחובר לשני סיבי ציר. שני סיבי הציר מתפוגגים ברגע שהם עוזבים את המרכז, כך שהם מתחברים למבנים בקטבים מנוגדים של התא.

שני גרעינים באנאפזה וטלופאז

התא עובר לאנפזה, שהיא הקצרה ביותר מארבעת שלבי המיטוזה. סיבי הציר המחברים בין הכרומוזומים לקטבים של התא מתקצרים ומתרחקים לעבר הקטבים שלהם בהתאמה. בכך הם מפרקים את הכרומוזומים אליהם הם קשורים. הצנטרומרים מתפצלים גם הם לשניים כאשר מחציתם נעה עם כל אחות כרומטית לעבר עמוד ממול. מכיוון שלכרומידום יש כיום צנטרומרים משלו, הוא נקרא שוב כרומוזום. בינתיים, סיבי ציר שונים המחוברים לשני הקטבים מתארכים, וגורמים למרחק בין שני קטבי התא לצמוח, כך שהתא יתנוח ויתארך. תהליך האנאפיזה מתרחש באופן כזה שבסופו, כל צד של התא מכיל עותק אחד של כל כרומוזום.

טלופאז הוא השלב הרביעי והאחרון של המיטוזה. בשלב זה, הכרומוזומים הארוזים היטב - אשר עיבדו כדי להגדיל את דיוק ההעתקה - מפשלים את עצמם. סיבי הציר מתמוססים, ואורגנל סלולרי המכונה רטיקול אנדופלסמתי מסנתן ממברנות גרעיניות חדשות סביב כל מערכת כרומוזומים. המשמעות היא שלתא יש כעת שני גרעינים, שלכל אחד מהם גנום שלם. המיטוזיס הושלמה.

ציטוקינזיס בבעלי חיים וצמחים

כעת, לאחר שהגרעין מחולק, שאר התא צריך להתחלק גם כך ששני התאים יוכלו להיפרד. תהליך זה ידוע בשם ציטוקינזיס. זהו תהליך נפרד ממיטוזה, אם כי לעיתים קרובות הוא מתרחש יחד עם מיטוזה. זה קורה באופן שונה בתאי בעלי חיים וצמחים, מכיוון שבמקום שלתאי בעלי חיים יש רק קרום תאי פלזמה, לתאי הצמח יש קיר תא נוקשה. בשני סוגי התאים, ישנם כיום שני גרעינים ברורים בתא אחד. בתאי בעלי חיים נוצרת טבעת התכווצות בנקודת האמצע של התא. זוהי טבעת מיקרופילמנטים המסתכלים סביב התא, מהדקת את קרום הפלזמה במרכז כמו מחוך עד שהיא יוצרת מה שמכונה תלם מחשוף. במילים אחרות, הטבעת התכווצית גורמת לתא ליצור צורת שעון חול שהופכת לבולטת יותר ויותר, עד שהתא צובט לשני תאים נפרדים לחלוטין. בתאי צמח, אורגנל המכונה מתחם גולגי יוצר שלפוחית, שהם כיסים של נוזלים כבולים ממברנה לאורך הציר המחלק את התא בין שני הגרעינים. שלפוחיות אלה מכילות פוליסכרידים הנחוצים ליצירת לוחית התא, וצלחת התא מתמזגת בסופו של דבר והופכת לחלק מקיר התא שאכלס בעבר את התא היחיד המקורי, אך כיום הוא בית לשני תאים.

הסדרת מחזור תאים

מחזור התא דורש ויסות רב על מנת לוודא שהוא לא מתקיים מבלי שהתנאים מסוימים מתקיימים בתוך התא ומחוצה לו. ללא תקנה זו, יתקיימו מוטציות גנטיות שלא נבדקו, צמיחת תאים מחוץ לשליטה (סרטן) ובעיות אחרות. במחזור התא יש מספר נקודות ביקורת כדי לוודא שהדברים מתקדמים כראוי. אם לא, מתבצעים תיקונים או מתחילים מוות תאי מתוכנת. אחד הרגולטורים הכימיים העיקריים של מחזור התא הוא קינאז תלוי מחזורי ציקלון (CDK). ישנן צורות שונות של מולקולה זו שפועלות בנקודות שונות במחזור התא. לדוגמא, החלבון p53 מיוצר על ידי DNA פגום בתא, ואשר יבטל את מתחם ה- CDK במתחם ה- G₁מחסום / S ובכך עוצר את התקדמות התא.