Fő tartalom

Biológia

Tantárgy/kurzus: Biológia > 8. témakör

2. lecke: A sejtciklus és a mitózis

A sejtciklus szakaszai

A sejtciklus fő szakaszai: az interfázis (G₁-, S- és G₂-fázis) és a mitotikus (M-)fázis (mitózis és citokinézis). G₀-fázis.

Bevezetés

Megfigyelted valaha a folyamatot, amely során egy hernyó először bebábozódik, majd pillangóvá alakul? Ha már tapasztaltál hasonlót, ismerős lesz az életciklus gondolata is. A lepkék életciklusában különösen látványos átváltozások zajlanak: egy egyszerű kis féregből (egy bábállapoton keresztül) egy csodálatos, szellőtáncot járó teremtény jön létre. Az emberektől kezdve a növényeken át a baktériumokig minden fajnak van rá jellemző életciklusa, ami fejlődési fázisok sorozata a születéstől az ivaréretté válásig.

A sejtciklus nem más, mint a sejtek életciklusa. Másképp fogalmazva, növekedési és fejlődési fázisok sorozata a sejtek „születésétől” a „szaporodásig”. Születés alatt a sejtek esetében azt a folyamatot értjük, amely során egy anyasejt osztódásával (két) utódsejt jön létre. Szaporodás a sejtek szintjén pedig sejtosztódást jelent, amelynek eredménye két új utódsejt lesz.

A sejtciklus szakaszai

A sejtek előtt számos fontos feladat áll, mielőtt el tudják kezdeni az osztódást: először is növekedniük kell, majd másolatot kell készíteniük a genetikai anyagukat kitevő DNS-ről. Csak ezután következhet az osztódás, amely során két utódsejtté hasadnak. Az egyes folyamatok szigorú sorrendben követik egymást a sejtciklusban. Azért nevezzük ciklusnak (például életút helyett), mert megvalósul a körkörösség: az első életciklus vége a következő kezdete is egyben. A két utódsejt ugyanazokon a fejlődési fázisokon megy keresztül (és ugyanolyan sorrendben), mint az őket létrehozó sejt.

A sejtmaggal rendelkező eukarióta sejtek esetében a sejtciklust két nagy szakaszra bontjuk, az interfázisra és a mitotikus (M) fázisra.

Az interfázis alatt a sejtek növekednek és másolatot készítenek a DNS-ükről.
A mitotikus (M) fázisban zajlik a sejtosztódás: a korábban megkettőződött DNS először különválik, két új sejtmagot formázva, ezt követi a sejtplazma kettéosztódása. Az M fázis eredménye két új sejt.

Az interfázis

Magyarul az interfázist kissé pontatlanul nyugalmi szakasznak is nevezik. A pontatlanság oka az, hogy e szakasz során a sejtek egyáltalán nincsenek nyugalomban, hiszen számos anyagcsere-folyamat működik teljes sebességgel. A továbbiakban ezért e kifejezést kerülni fogjuk. Képzeljünk el egy frissen létrejött sejtet! Mi a teendője ennek az újszülött sejtnek, ha a végső célja az, hogy maga is osztódjon? Az osztódásra történő felkészülés (vagyis maga az interfázis) három szakaszból áll:

G $_{1}$ ‍-fázis. A G $_{1}$ ‍-fázis G-betűje az angol „gap” (rés, hézag) szóra utal, mert az első kutatók megfelelő felbontású eszközök híján csak annyit tudtak megfigyelni, hogy a DNS megkettőződését és a sejtosztódást látszólag eseménytelen időszakok választják el egymástól. A G $_{1}$ ‍-fázisban az újszülött sejtünk megnövekszik, a sejtszervecskéiből több másolatot készít, valamint „legyártja” azokat a molekuláris építőelemeket, amelyekre a későbbiekben szüksége lesz.
[A sejtek vajon minden esetben növekednek a sejtosztódást megelőzően?]
S-fázis. Az S betű a szintézis szóra, a nukleáris DNS megkettőződésére utal. A mikrotubulusok szerveződését szabályozó centroszóma (sejtközpont) is megkettőződik. A centroszómák irányítják végső soron a DNS szétválását az M-fázisban.
G $_{2}$ ‍-fázis. A G $_{2}$ ‍-fázisban a sejt tovább nő, folytatódik a fehérjeszintézis és a sejtszervecskék többszörözése, majd a mitózisra történő készülés jegyében átrendeződik a sejttartalom. A G $_{2}$ ‍-fázis vége a mitózis elejét is jelenti egyben.

A G

_{1}

-, S-, és G

_{2}

-fázist együtt interfázisnak nevezzük. Az inter- előtag azt jelenti, hogy „között”, ami jelen esetben a két M-fázis közti eseményekre utal.

Az ábra forrása az OpenStax College, Biology: "The cell cycle: Figure 1" c. ábrája (CC BY 3,0).

Az M fázis

A mitotikus (M-) fázisban a sejt kettéosztja a korábbiakban megkettőzött DNS-t, illetve a sejtplazmát, és így két utódsejtet hoz létre. Az M-fázis két részre osztható: a mitózisra és a citokinézisre.

A mitózis során a nukleáris DNS látható kromoszómákká tekeredik (vagyis kondenzálódik). A kromoszómákat a mikrotubulusokból felépülő, mitotikus orsónak nevezett speciális apparátus választja ketté. A mitózist öt szakaszra osztjuk: profázis, prometafázis (egyes források ezt a két szakaszt nem különítik el), metafázis, anafázis és telofázis. E fázisok részleteivel kapcsolatban lásd a mitózisról szóló videót.

A citokinézis során a sejtplazma kettéosztódik, vagyis megformálódik a két utódsejt. A citokinézis általában a mitózis vége előtt nem sokkal kezdődik el, így a két folyamat kissé átfedi egymást. A növényi és állati sejtekben a citokinézis eltérően zajlik.

Az ábra forrása az OpenStax College, Biology: "The cell cycle: Figure 4" c. ábrája (CC BY 3,0).

Állati sejtekben a citokinézis lefűződéssel történik. Ennek során a sejtváz bizonyos elemei ún. kontraktilis gyűrűt hoznak létre a sejt középsíkjában a felszín mentén. A kontrakció (összehúzódás) következtében a gyűrű átmérője egyre kisebb lesz, egyre jobban bemélyed az osztódó sejtbe. Képzelj el egy övet, ami egyre szorosabbra húzódik, végül kettéválasztja a sejt tartalmát. A lefűződés azért lehetséges, mert az állati sejtek viszonylag puhák és ruganyosak.
A növényi sejtek sokkal kevésbé ruganyosak, mint az állati sejtek, hiszen merev sejtfal határolja őket, ami nagy belső nyomást (turgornyomást) eredményez. Emiatt a növényi sejtek osztódásuk során egy merev struktúrát, sejtlemezt építenek a sejt közepe táján. A sejtlemez plazmamembránból, illetve sejtfalkomponensekből épül fel, amelyeket vezikulumok szállítanak a felhasználási helyükre. A sejtlemez létrehozása kettéválasztja a kiindulási sejtet.

Kilépés a sejtciklusból és a G $_{0}$ ‍ fázis

Vajon mi történik egy sejtosztódás után a létrejött két utódsejttel? A válasz az, hogy ez a sejttípus függvénye. Vannak olyan esetek, amikre a sejtek sorozatos osztódása jellemző, ilyenkor az utódsejtek azonnal osztódnak tovább. Így osztódik például a korai embriók számos sejtje, vagy éppen a tumorsejtek.

Más sejtek azonban lassan osztódnak, sőt, vannak olyanok is, amelyek egyáltalán nem osztódnak. Ezek a sejtek elhagyják a G

_{1}

-fázist és belépnek egy nyugalmi szakaszba, amit G $_{0}$ ‍-fázisnak nevezünk. A G

_{0}

-fázisban a sejt nem készül aktívan a sejtosztódásra, hanem a mindennapi működésének megfelelően létezik. Például neuronként jeleket továbbít (ilyen neuron az alábbi ábrán látható sejt is), vagy májsejtként szénhidrátokat tárol. A G

_{0}

-fázis végleges állapot egyes sejtek számára, ugyanakkor vannak olyanok is, amelyek visszatérhetnek a sejtciklusba és újrakezdhetik az osztódást – amennyiben megkapják a megfelelő jeleket.

Mennyi ideig tart a sejtciklus?

A sejtciklus hossza minden sejttípusnál más és más. Egy tipikus emberi sejt esetében körülbelül egy napba telik, mire lezajlik egy osztódás, de egyes gyorsan osztódó emlőssejtek, mint amilyenek például a belek belső falát alkotó hámsejtek, 9-10 óra alatt befejeznek egy ciklust (in vitro, vagyis mesterséges körülmények között növesztve)

^{1, 2}

Vannak olyan sejttípusok is, amelyek a sejtciklus egyes szakaszaira eltérő hosszúságú időt fordítanak. Például a békák korai embrionális sejtjei szinte egyáltalán nem időznek a G

_{1}

- és G

_{2}

-fázisban, hanem sűrűn váltogatják S- és M-fázisaikat. Ez azt eredményezi, hogy a kezdeti nagy sejt, a zigóta sok apró sejtből álló sejtkupaccá alakul.