بسم الله الرحمن الرحیم

بسم الله الرحمن الرحیم http://www.hortilover.net/

چرخه سلولی و مراحل مربوطه

در بدن هر انسان بالغ در هر شبانه روز، میلیون ها سلول ساخته می شود این سلولها در نتیجه ی تقسیم شدن سلولهای قبلی (سلول های مادر) حاصل می شوند. • تقسیم سلول در سراسر طول زندگی جانداران رخ می دهد. وقتی دستمان بریده می شود تعداد زیادی از سلول ها در محل زخم می میرند. در این موقع، سلول های سالمی که در محل بریدگی قرار دارند تقسیم میشوند و سلول های جدید (سلول های دختری) را می سازند تا جایگزین سلولهای از بین رفته کنند و زخم ترمیم شود. • تعداد سلولهای جنینی که در رحم مادر است، در نتیجه تقسیم سلول، زیاد می شود این جنین رشد و نمو می کند و قسمت های مختلف بدن را شکل می دهد. رشد و نمو نوزادی که متولد می شود همچنان ادامه می یابد تا نوزاد بزرگ شود و به سن بلوغ رسد.

در همه ی انواع تقسیم سلول، سلولی که در حال تقسیم است سلول مادر و سلول های حاصل از تقسیم را سلول های دختر می نامند. سلول های دختر به سلول های مادر شباهت فراوان دارند و هنگام تقسیم ماده ژنتیکی از سلول مادر به سلول های دختری منتقل می شود. تقسم سلولی انواع مختلفی دارد: • تقسیم دوتایی • ساده ترین نوع تقسیم سلولی است که در باکتری ها دیده می شود. دی اِن اِی باکتری ملکولی بسته یا حلقوی است که با غشای پلاسمایی متصل است. این نوع تقسیم سلولی نوعی تولید مثل غیر جنسی است که به تولید زاده های یکسان می انجامد در تولید مثل غیر جنسی فقط یک والد شرکت دارد.

آنچه که از تقسیم دوتایی گفتیم مربوط به باکتری ها و در کل مربوط به پروکاریوتها بود ولی . . . • تقسیم سلولهای یوکاریوتی، به مراتب پیچیده تر از تقسیم سلول های پروکاریوتی(تقسیم دوتایی) می باشد چون در این تقسیم سیتو پلاسم و هسته هر دو تقسیم می شوند و قبل از تقسیم سیتو پلاسم، لازم است اندامک های مختلف به درستی در فضای سلول باز آرایی شوند تا بتوانند به گونه ای مناسب، بین دو سلول دختر توزیع شوند و سلولهای کارآمد را پدید آورند. تفاوت سلولهای یوکاریوتی و پروکاریوتی • سلول های پروکاریوتی مثل باکتری ها و سیانو باکتری ها • و سلول های یوکاریوتی مثل بقیه سلولها تک سلولی پر سلولی

توجه داشته باشید که تکثیر سلول همانند تکثری یک صفحه از کتاب نیست. در تکثیر صفحات یک کتاب، نسخه اصلی تغییری نمی کند، اما هنگام تکثیر سلول، از سلول مادر دو سلول دختر حاصل می شود و سلول مادر هر چند از بین نمی رود، اما به صورت قبلی نیز وجود نخواهد داشت. در واقع دو سلول دختر زمانی سلول مادر بوده اند که اجزای سلولی، سلول مادر بین آنها تقسیم شده است. تولید مثل سلولهای یوکاریونی • سلول یوکاریوتی برخلاف سلول پروکاریوتی هسته ای سازمان یافته دارند یعنی ماده ژنتیک آنها را پوشش هسته از سیتوپلاسم جدا می کند. بخش مهمی از دی اِن اِی سلولهای یوکاریوتی درون هسته و در اجزایی به نام کروموزوم جای دارد.

چون تفاوت اصلی سلول های پروکاریوتی و یوکاریوتی در چگونگی تقسیم سلولی مربوط به تقسیم اندامک ها مخصوصاً ماده ژنتیکی میباشد بهتر است قبل از پرداختن به روند چرخه سلولی در یوکاریوتها با ماده ژنتیکی سلول های یوکاریوتی به صورت مختصر آشنا شویم. • اطلاعات زیادی که در دی ان ای وجود دارد در واحد هایی به نام ژن ذخیره شده است. هر ژن قسمتی از ملکول دی ان ای است که برای ساختن پروتئین یا ار ان ای مورد استفاده قرار می گیرد یک ملکول دی ان ای هزاران ژن دارد که هر یک نقش مهمی در رشد و نمو موجود زنده و تنظیم کارکرد آن بر عهده دارند. • درون هسته سلول های یوکاریوتی معمولاً چندین کروموزوم وجود دارد که هر کروموزوم حاوی پروتئین و دی ان ای می باشد وقتی سلول در حال تقسیم نیست کروموزوم ها به صورت رشته های باریک و در هم تنیده دیده می شوند و توده ای را تشکیل می دهند که کروماتین نام دارد.

وقتی سلول برای تقسیم آماده میشود هر یک از رشته های نا مشخص کروماتین که در حقیقت کروموزوم نام دارند همانند سازی کرده و کروموزم مضاعف شده را تشکیل می دهند. • در جریان تقسیم سلولی کروموزوم های مضاعف شده به تدریج فشرده میشوند. در نتیجه ی این فشردگی رشته های باریک و بلند کرموزومی به رشته های قطور و کوتاه تبدیل میشوند هر کروموزوم مضاعف شده از دو نیمه که همانند یکدیگر هستند ساخته شده است و هر نیمه را یک کروماتید می نامند. دو کرماتید هر کروموزوم مضاعف شده، که آنها را نسبت به یکدیگر کروماتید خواهری می نامند در محلی به نام سانترمر به یکدیگر متصل اند. • فشرده شدن دی ان ای به کمک پروتئین ها انجام می گیرد. هیستون ها گروهی از پروتئین ها هستند که در فشرده شدن دی ان ای، نقش مهمی بر عهده دارند.

چرخه ی سلول • تقسیم سلولهای یوکاریوتی، به مراتب از سلولهای پروکاریوتی (تقسیم دوتایی) پیچیده تر است، چون در این تقسیم سیتوپلاسم و هسته هر دو تقسیم میشوند و قبل از تقسیم سیتوپلاسم، لازم است اندامک هی مختلف به درستی در فضای سلول بازآریی شوند تا بتوانند به گونه ای مناسب بین دو سلول دختر توزیع شوند و سلولهایی کارآمد را پدید آورند. • مراحل زندگی یک سلول یوکاریوتی را به صورت یک دایره یا چرخه نشان میدهند و آن را چرخه ی سلول می نامند.چرخه سلول، از پایان یک تقسیم شروع میشود و تا پایان تقسیم بعدی ادامه می یابد. چرخه ی سلول، از پنج مرحله تشکیل شده است. • حدود 90 درصد زندگی سلول در سه مرحله اول آن که در مجموع اینتر فاز نامیده می شوند، می گذرد. طی این مرحله سلول آماده تقسیم می شود سلول وقتی وارد 2 مرحله آخری چرخه می شود که بنا باشد تقسیم شود.

در کل دو فاز اصلی در چرخه سلولی دیده می شود: • اینتر فاز که شامل 3 زیر مرحله میباشد. • میتوز که خود شامل 4 زیر مرحله میباشد. • در مرحله اینتر فاز سلول تقسیم نمی شود و دی ان ای در حالت باز قرار دارد و فرایند ترجمه پروتئینی صورت میگیرد. • مرحله میتوز شامل 2 مرحله اصلی میباشد: • میتوز • سیتوکینز 10

در زیر به توضیح مختصری از این 5 مرحله خواهیم پرداخت: 1- نخستین مرحله ای رشد (G1 ) • سلول در این مرحله به سرعت رشد میکند و بزرگ می شود. این مرحله از چرخه سلولی طولانی ترین مرحله چرخه بوده ولی طول این مرحله بسیار متغیر میباشد و ما بین مراحل سنتز و سیتوکینز قرار دارد. شروع این مرحله با اتمام مرحله میتوز هم پوشانی دارد. 2- مرحله ی سنتز (S) • در این مرحله، دی ان ای همانند سازی می کند بنابراین در پایان مرحله ی سنتز هر کروموزوم از دو کروماتید یکسان که در مرحله سانترومر به هم متصل اند تشکیل شده است. کروماتید ها در این مرحله هنوز فشردگی و تراکم خود را پیدا نکرده اند. همانند سازی دی ان ای فرایندی است که طی آن از یک ملکول دی ان ای دو ملکول دی ان ای که کاملاً شبیه یکدیگرند، ساخته میشود. این مرحله در حدود 6 ساعت به طول می انجامد. 12

3- دومین مرحله رشد (G2) • طی این مرحله، تمهیدات لازم برای تقسیم هسته فراهم می شود و همانند سازی میتوکندری و دیگر اندامک ها صورت میگیرد. این مرحله فازی از چرخه سلولی است که به سلول اجازه ورود به مرحله دیگر یعنی میتوز را می دهد. • این مرحله کوتاه ترین مرحله چرخه سلولی بوده و در حدود 3 الی 4 ساعت طول میکشد. • در این لحظه مراحل اینتر فازی تمام می شود و سلول وارد مرحله مهم دیگری به نام مرحله میتوز میشود. اغلب در اکثر سلول ها طول مرحله اینتر فازی درحدود 16 الی 20 ساعت می باشد. 4- میتوز • میتوز فرایندی است که طی آن هسته ی سلول بدون کاهش تعداد کروموزمها به دو هسته تقسیم میشود. هسته های جدید، همان نوع و همان تعداد کروموزوم هایی را خواهند داشت که هسته ی اول (هسته ی سلول مادر ) داشته است اما از دو کروماتید هر کرووزوم تنها یکی را به ارث برده است.

فاز M شامل فرایند هایی است کا با هم همپوشانی داشته و از میتوز و سیتوکینز تشکیل شده است. • خود میتوز به مراحل: • پرو فاز • متافاز • آنا فاز • تلوفاز تقسیم بندی میشود. • سیتو کینز معمولاً از آنافاز شروع میشود و در انتهای میتوز به اتمام می رسد. • در انتهای سیتو کینز سلول های والدینی به دو سلول دختری تبدیل میشوند و این دو سلول دختری دوباره مرحله رشدی اول یعنی G1 را برای ادامه تقسیم جدید سلولی شروع می کنند. قابل توجه است اگر بدانیم سرعت میتوز حدود 25 میلیون سلول درثانیه در کل بدن انسان است.

با توجه به شکل می توان اینگونه گفت : • سلولهای جانوری به طور معمول، یک جفت سانتریول دارند که در نزدیکی هسته قرر دارد. هر سانتریول یک جسم کوجک استوانه ای شکل است که این دو سانتریول با زاویه 90 درجه نسبت به هم قرار می گیرند و طی مرحله G2 چرخه سلولی سانتریول ها که یک جفت هستند همانند سازی می کنند. • بنابراین سلول به هنگام ورود به مرحله میتوز دو جفت سانتریول خواهد داشت و قتی سلول به مرحله میتوز وارد می شود جفت سانتریول ها شروع به جدا شدن از یکدیگر می کنند و هر جفت از سانتریول ها به سوی یکی از دو قطب سلول حرکت می کنند همچنان که این جفت ها از یکدیگر دور می شوند دوک های تقسیم نیز بین آنها تشکیل می شود. سلول های بسیاری از گیاهان اگر چه سانتریول ندارند، اما دوک را می سازند.

مراحل میتوز: • گر چه میتوز فرایندی پیوسته است، اما زیست شناسان برای آسانی مطالعه، آن را به چهار مرحله تقسیم کرده اند: • پروفاز: طی پروفاز رشته های دراز و در هم تنیده ی کروماتینی، به تدریج کوتاه و ضخیم می شوند و کروموزوم ها، که همانند سازی کرده اند (کروموزوم های مضاعف شده )، قابل روئت می گردند. پوشش هسته ناپدید میشود و با دور شدن سانتریول ها از یکدیگر، دوک شکل می گیرد. متافاز: طی این مرحله کروموزوم های مضاعف شده به سمت وسط سلول حرکت می کنند و در سطح استوایی سلول ردیف میشوند. در این مرحله، گروهی از رشته های دوک از یک سو به قطب و از سوی دیگر به سانترومر کروموزوم ها متصل شده اند. در متافاز دو کروماتید هر کروموزوم حداکثر فشردگی را پیدا می کنند.

آنا فاز دو کروماتید خواهری هر کروموزوم مضاعف شده از محل سانترومر از یکدیگر جدا می شوند. کروماتید ها که هم اکنون (کروموزوم تک کروماتیدی) نام دارند بر اثر کوتاه شدن رشته های دوک به سوی قطب ها کشیده میشوند. تلوفاز در هر یک از دو قطب، پوشش هسته در اطراف کروموزوم ها تشکیل می شود. کروموزوم ها دوباره با باز شدن تاشدگی ها کروموزوم ها شروع به باریک شدن و دراز شدن می کنند تا بتدریج به صورت رشته های کروماتنی در می ایند. در این مرحله دوک از بین می رود.

پرو فاز متافاز آنافاز تلوفاز

5- سیتوکینز • سیتو کینزفرایندی است که طی آن سیتوپلاسم سلول تقسیم میشود. • سیتو کینز معمولاً پس از تقسیم هسته (میتوز) به وقوع می پیوندد، اما گاهی هسته ی سلول چند بار تقسیم می شود و منجربه سیتکینز نمی شود. در این حالت ساختاری چند هسته ای بوجود می آید، مانند سلولهای ماهیچه ای مخطط پس از مراحل جنینی. • میتوز و سیتوکینز در مجموع سلولهای جدیدی پدید می آورند که درست مثل سلولهای مادر هستند. بنابر این امکان رشد و ترمیم بافتهای آسیب دیده و در بعضی موارد امکان تولید مثل غیر جنسی را فراهم می آورند.

در سلول های گیاهی و سلول های دیگری که دیواره سخت دارند، سیتوپلاسم به روش دیگری تقسیم میشود. در سلول های گیاهی وزیکول هایی که توسط دستگاه گلژی ساخته می شوند در میانه ی سلول به یکدیگر میپیوندند و صفحه ای را پدید می آورند که بعد ها دیواره سلولی را تشکیل می دهد. • اما در سلول های جانوری ترکیبی از مواد پروتئینی است که باعث تشکیل غشاء پلاسمایی میشود. چرخه سلولی به دقت تنظیم می شود؟ • سلول از کجا می فهمد که چه موقع باید تقسیم شود؟ • همان گونه که چراغ راهنمایی و رانندگی، عبور از یک خیابان به خیابان دیگر را کنترل می کند، در سلول نیز سیستمی وجود دارد که عبور سلول از یک مرحله به مرحله ی دیگر چرخه، را کنترل می کند.

در چرخه سلول زمان های حساسی وجود دارد که آنها را نقاط وارسی می نامیم. • در این زمان ها، عبور سلول از یک مرحله به مرحله دیگر کنترل می شود و بر اساس مجموع پدیده هایی که در سلول به وقوع می پیوندد، اجازه ی عبور به مرحله ی بعد داده میشود (چراغ سبز) یا داده نمی شود(چراغ قرمز). • مثلاً تا هنگامی که مرحله قبلی به پایان نرسیده باشد از ورود سلول به مرحله بعد جلوگیری میشود. • تنظیم چرخه ی سلولی در سه زمان اصلی رخ می دهد. • این نقاط وارسی در: • انتهای مرحله G1 • انتهای مرحله G2 • و انتهای مرحله میتوز در ورود به مرحله سیتوکینز قرار دارند.

به طور کلی نقاط وارسی در جانداران پر سلولی برای زنده ماندن ضروری می باشد ولی در کل در هر سلولی وجود این نقاط وارسی ضروری به نظر می رسد. • وظایف نقاط وارسی: • حفاظت چرخه از حوادث نامربوط بوسیله سیگنال هایی که در اثر روند اشتباه ایجاد میشود به طور مثال آسیب در مراحل G1 و G2 ، رونویسی نا کامل و میتوز ناقص. • در طول مراحل G1 و G2 سلول پس از رشد خود، با استفاده از نقاط وارسی از ادامه چرخه و رونویسی دی ان ای مطمئن می شود. • در طول مرحله G1 سلول با استفاده از این نقاط وارسی وضعیت مواد غذایی، فاکتور های رشدی و هورمون ها و آمادگی دی ان ای را برای ادامه چرخه بررسی قرار می دهد.

در واقع شبکه ای پیچیده از پروتئین ها ادامه روند چرخه سلولی را با اطمینان کامل از درست بودن آن کنترل می کنند. به طور مثال: P53 پروتئینی است که در صورت آسیب دیدن دی ان ای، با بلوکه کردن چرخه سلولی از ادامه آن جلوگیری می کند و اگر این آسیب خیلی شدید باشد باعث از بین رفتن سلول می شود. در واقع برنامه ای برای مرگ سلول در شرایط خطر ناک می باشد. میزان این پروتئین در آسیب های سلولی به مراتب افزایش می یابد تا با بلوکه کردن چرخه به سلول این فرصت را بدهد تا به تعمیر این آسب دیدگی بپردازد. P27,Cdk,MPF

تنها بازدارنده های پروتئینی نیست که چرخه سلولی را کنترل می کند. • گاهی، شرایط محیطی مثل سیگنال های بازدارنده ای که از سلول های اطراف تولید می شوند نیز در کنترل این چرخه دخالت می کنند که در این حالت سلول... • پس از دریافت این سیگنالها وارد مرحله ای به نام G0 یا سکون می شود. در کل دو نقطه وارسی که در چرخه سلولی نقش مهمی دارند وجود دارد که عبارتند از: اولین نقطه مرحله ورود G1 به S . دومین نقطه مرحله ورود G2 به میتوز .

سرطان یا اختلال در تنظیم چرخه سلولی • سرطان تقسیم و رشد غیر عادی سلول هاست. • سلولهای سرطانی بدون توجه به مکانیسم های کنترل کننده ی سلامت بدن، همچنان به تقسیم خود ادامه می دهند. مثل راننده ای که بدون توجه به چراغ قرمزی که پیش رو دارد، پدال گاز را فشار می دهد و همچنان در مسیر جاده به پیش می رود. • بعضی از تغییرات ناگهانی ژنی که در سلول ها به وجود می آیند سبب تولید بیش از حد مولکول های محرک رشد و تقسیم سلول ها می شوند و از این طریق سرطان ایجاد می کنند. • بسیاری از این جهش ها در نتیجه ی تاثیر عوامل محیطی ایجاد می شوند. به همین سبب، خطر ابتلا به سرطان به شیوه زندگی ما بستگی دارد مثلاً مصفرف مواد مخدر و حتی دخانیات و قرار گرفتن در معرض پرتو فرابنفش و مصرف غذا ها و هوای آلوده به آلاینده های شیمیایی، مانند سرب، خطر ابتلا به سرطان را افزایش میدهد.

Thank you

بسم الله الرحمن الرحیم