Dacă ați observat sub microscop după divizarea celulelor, ați vedea următoarele. Mai întâi, materialul din interiorul nucleului devine foarte dens. Puteți chiar să discerneți structuri discrete - cromozomi. Știți că în celulele somatice (non-sexuale) există 23 de perechi de cromozomi - un cromozom din fiecare pereche de la fiecare părinte. Total în celulele somatice umane sunt 46 de cromozomi. Toate cele 46 sunt aliniate în planul ecuatorial al celulei. În acest stadiu, este clar că fiecare dintre cele 46 de cromozomi constă, de fapt, din două cromatide conectate între ele într-o regiune similară unui buton. Această zonă a fost numită centromere. Din capetele opuse ale celulei se află două pete dense (centriole), fiecare formând filamentul fusului de fisiune. Fiecare catenă se alătură cromozomului din regiunea centromere. Fiecare pereche de cromozomi este îmbinată cu două fire - una din fiecare centriol. Apoi am vedea că centriolii, ca niște bobine, înfășoară firele fusului de fisiune, ca urmare a cromozomilor care se diferențiază de poli de celulă. Apoi, conținutul celulei este împărțit. Aceasta este o vedere uimitoare.
Evenimentele se desfășoară în conformitate cu următorul scenariu. Trebuie să se înțeleagă că pentru diviziunea celulară să fie rezolvată o sarcină foarte importantă - să se întâmple dublarea (replicarea) a ADN-ului, este în ADN-ul codificat toate informațiile despre ce și cum ar trebui să fie într-o cușcă. Amintiți-vă că ADN-ul este o dublă helix. Afară spirala este coloana vertebrală de zahăr fosfat, în care zahărul legate între ele prin legături covalente printr-un rest de acid fosforic. În interiorul spiralei există baze organice azotate, conectate în perechi prin legături de hidrogen. Sense copierea informațiilor stocate într-un singur cromozom, și transmite aceste informații către noua celulă fără schimbare este foarte simplu: este necesar să se untwist dublu helix ADN-ului și pentru a rupe legăturile de hidrogen care dețin perechea de bază împreună. Din acest moment apar două lanțuri unice cu baze azotate care ies din coloana vertebrală a zahărului-fosfat. Să ne amintim că fiecare dintre lanțurile ADN baze azotate formează întotdeauna o legătură cu o altă bază de lanț ADN bine definit. Deci, adenina se leagă numai la timină și guanină numai cu citozină. Acesta este principiul complementarității bazelor azotate. Reamintim, de asemenea, că nucleotidele sunt molecule constând dintr-o bază organică și un zahar fosforilat. Teoretic, dacă este necesar nucleotidele prezente în nucleoplasmei, fiecare bază azotată din fiecare bandă de ADN va selecta o pereche potrivită. Există o enzimă specifică și foarte importantă, ADN polimeraza, care face ca această reacție să fie posibilă. lanț ADN fiica nou format de zahăr sunt conectate între ele prin legături fosfodiesterice, rezultând într-o coloană vertebrală de zahăr-fosfat - și aici sa întâmplat! Aveți două cromozomi identici în care ați avut unul (Figura 2.7). Desigur, de fapt, replicarea ADN-ului în celulă este mai complexă și depinde de funcționarea unui număr de enzime, dar vom fi discutate mai jos.
Fig. 2.7. Procesul de dublare a ADN
Și acum, să aruncăm o privire mai atentă la procesul de diviziune celulară. Inițial, perechile de cromozomi se află în nucleul într-o stare despirată și se disting sub microscop. Aceste celule se spune că se află în interfază. În ele, materialul genetic cunoscut sub numele de cromatină este o masă încurcată și nu la fel de compactă ca într-un moment în care cromozomii se disting sub microscop. Chromatin și-a luat numele pentru că a fost vopsit într-o culoare închisă, cu coloranți speciali colorați. Acest lucru sa întâmplat cu mult înainte ca oamenii să afle despre adevărata sa funcție. După cum sa menționat deja, celulele somatice umane au 23 de perechi de cromozomi. Douăzeci și două de perechi sunt așa-numitele cromozomi autozomali, la fel pentru bărbați și femei. Cea de-a douăzeci și treia pereche este reprezentată de cromozomi de sex, care sunt diferiți la bărbați și femei. Femeile au doi cromozomi mari, numiți cromozomi X, iar bărbații au un cromozom X mare și un mic cromozom Y. În cromozomii unei perechi aceeași structură. Cu toate acestea, cromozomii obținuți de la diferiți părinți poartă informații diferite, iar în acest sens perechile de cromozomi nu sunt identice.
Mitoza prezentată în Fig. 2.8, - un mod universal de împărțire a tuturor celulelor eucariote. Mitoza constă din patru faze distincte: profază, metafază, anafază, telofază. Când celula începe să se dividă, materialul genetic al fiecărui cromozom se dublează deja. În prophase numărul de cromozomi corespunde la 46, dar fiecare cromozom este dublu, adică constă în două cromatide soratice.
Pentru a începe să dubleze materialul genetic, celula trebuie să rezolve sarcina dificilă de a deșuruba spirala ADN. Cei mai mulți dintre noi cred că cromozomul nu este atât de lung, pentru că așa i-am văzut în toate desenele. De fapt, în interfază celule molecula de ADN este într-o stare superrăsucit, care este ondulată foarte strâns și într-o anumită ordine. Indică faptul că în cazul în care o moleculă de ADN este în interiorul celulelor în stare nerăsucite, lungimea sa ar fi de aproximativ 1 m! Imaginați-vă cât de complexă și ordonată este ambalarea unei cantități atât de mari de material genetic în interiorul unei celule microscopice. Acest lucru explică de ce în celulele eucariote molecula de ADN dublu helix este ambalat într-o structură compactă formată prin interacțiunea unui număr de proteine cunoscut sub numele de histone. Astfel, proteinele cromozomiale molecula gigant ambalate în volumul de bază de câțiva microni cubi (fig. 2.9).
Imediat înaintea începerii procesului de replicare, molecula ADN este netratată cu enzima helicază. Apoi legăturile de hidrogen sunt rupte, lanțurile divergente, iar lanțurile lor fiice se formează pe baza principiului complementarității.
Diviziunea celulară este strict controlată. Există celule care se împart destul de des. Acestea includ celule din măduva osoasă. Alte celule, cum ar fi celulele osoase, sunt împărțite în principal în timpul creșterii active a organului sau a deteriorării acestuia. În cele din urmă, există celule care se împart foarte rar sau nu se împart deloc. La acest tip sunt celulele nervoase mature. Diviziunea necontrolată și creșterea celulelor sunt un semn al degenerării lor canceroase. Procesul de diviziune celulară necesită regulatori, numiți factori de activare. Exemple de astfel de factori sunt factorii de creștere. Studiul factorilor de creștere este una dintre cele mai rapid dezvoltate zone la intersecția biologiei și medicinii moderne. Mulți factori sunt în prezent evidențiate și parțial caracterizate.
Factorii de activare lucrează de obicei prin schimbarea formei ADN și permițând DNA polimerazei responsabile de replicarea ADN să o contacteze. ADN-polimeraza găsește mai întâi un situs specific în molecula ADN. Această regiune, care are aspectul unei bucle, este necesară pentru legarea ADN polimerazei la ADN. La rândul său, se formează prin legarea factorului de activare la ADN. Porțiunea moleculei ADN în care este atașată ADN polimeraza și începe procesul de replicare se numește originea replicării. De asemenea, ar trebui să se știe că pentru inițierea sintezei ADN sunt necesare secvențe de ARN scurte care îndeplinesc funcțiile de "primeri". Prin contactarea moleculei ADN, polimeraza ADN se mută de-a lungul lanțului mamei, completând lanțul fiicei conform principiului complementarității.
Fig. 2.9. ADN-ul este răsucite în jurul histonilor și apoi pliat în cromozom
Una dintre cele mai importante funcții ale ADN polimerazei este corectarea erorilor în lanțul ADN nou sintetizat. Când recunoaștem perechi de baze greșite, ADN-polimeraza este returnată cu un pas înapoi, baza greșită este îndepărtată din lanțul fiicei, iar cea corectă este inserată. Ca rezultat, numărul de erori în replicarea ADN-ului este de aproximativ o eroare de 10-100 de miliarde de perechi de baze. Cu toate acestea, deoarece celulele sunt divizate destul de des, erorile inevitabil se acumulează. Multe dintre aceste erori afectează viabilitatea celulelor. Dacă celulele în care sa produs mutația încă mai supraviețuiesc, sistemul imunitar le distruge cu ajutorul celulelor speciale adaptate pentru aceste scopuri.
Să ne întoarcem acum la procesul de diviziune celulară. În proza de mitoză, cromozomii constau în două cromatide, care sunt rezultatul replicării ADN în interfază. Cu toate acestea, ele nu pot fi înregistrate sub microscop, deoarece cromatidele sora din profază sunt în contact strâns unul cu celălalt, spiralându-se unul pe altul. În prometafază, membrana nucleară este distrusă, iar cromozomii încep să se deplaseze spre planul ecuatorial al celulei. Acest proces asigură o divergență normală a cromozomilor față de poli ai celulei în timpul diviziunii celulare, ca rezultat al introducerii unui set complet de cromozomi în fiecare dintre celulele nou formate. Cromatidele sora ale unui cromozom sunt legate între ele într-un punct numit centromere. În regiunea centromere, este localizat un kinetochor, o structură complexă de proteine asociată cu ADN-ul situsului centromeric. În această zonă, la momentul mitozei, firele fierului de fisiune sunt atașate. După cum ați văzut deja, centriolii se află pe stâlpii celulei, numărul cărora se dublează și înainte de împărțirea celulei. Centriolii sunt implicați în formarea firelor filetate ale filamentului. Fiecare fir filetat este atașat la un cromozom în zona kinetochore. În a doua fază a mitozei, metafază, cromozomii constând din două cromatide sunt aliniate în planul ecuatorial al celulei.
Firele fusului de divizare îndepărtează cromozomii, numiți de acum încolo pe cromozomii fiicei, la capetele opuse ale celulei. Faza in care cromozomii se misca in directii diferite se numeste anafaza. Dacă totul merge conform planului, centriolul este împărțit, iar cromatidele sora se împart în polii celulei. Dacă cromozomii nu se aliniază în planul ecuatorial al celulei în ordinea corectă, procesul de diviziune celulară poate fi întrerupt.
După ce cromozomii s-au dispersat la capetele opuse ale celulei părinte, celula este divizată în două ca rezultat al citokinezei. A patra și ultima etapă a mitozei este numită telofază. Celulele care reproduc prin mitoză, așa cum am menționat deja, sunt numite somatice. Acestea includ toate celulele corpului nostru, cu excepția celulelor care mai târziu devin spermatozoizi sau ouă. Celulele care contribuie la formarea unui nou organism se numesc celule sexuale. Celulele sexuale se formează ca urmare a meiozei, pe care o vom lua în considerare în secțiunea următoare.
Mitoza trece, de obicei, fără întârziere. Totuși, în orice moment în corpul uman, apar milioane de diviziuni celulare. Din când în când, în celule se găsește prea mult material genetic, în timp ce în altele acesta poate fi mai mic decât normal. De obicei, astfel de celule nu supraviețuiesc sau sunt îndepărtate de sistemul imunitar.