Клетката се дели

Митотичен цикъл

Животът на делящата се клетка е кръг: интерфаза (G1 → S → G2) и митоза. В G1 клетката расте, в S копира ДНК, в G2 се подготвя за делене. При бързо делящи се клетки на човека в култура цикълът трае около 24 h: G1 около 11 h, S около 8 h, G2 около 4 h и митоза около 1 h. Интерфазата е 23 от 24 часа — около 96 % от цикъла. Тя не е „почивка“: в нея клетката расте и копира наследствената информация.

ДНК се копира в S

Новата верига се строи по правилото А–Т и Г–Ц: срещу „А Т Г Ц Ц А“ стои „Т А Ц Г Г Т“. Всяка нова молекула има една стара и една нова верига. След S всяка хромозома има две еднакви сестрински хроматиди. Клетката на човека има пак 46 хромозоми, но вече 92 хроматиди.

Копирането започва от много места наведнъж. Ако хромозома 1 (около 249 000 kb) се копираше само от едно място, при около 4 kb/min това би отнело около 62 000 min — около 6 седмици, а S трае около 8 h.

Етапите на митозата

1. Профаза — хромозомите се навиват и стават видими.
2. Прометафаза — ядрената обвивка се разпада; хромозомите се закачат за вретеното.
3. Метафаза — хромозомите застават в екватора на клетката.
4. Анафаза — сестринските хроматиди се разделят към полюсите. За кратко в една клетка има 92 отделни хромозоми.
5. Телофаза и цитокинеза — образуват се две ядра и клетката се разделя на две.

Всяка дъщерна клетка получава пълен набор: 46 хромозоми при човека, 16 при лука. При мейозата е друго — тя дава 4 клетки по 23 хромозоми.

Колко трае митозата? Броим под микроскопа

В препарат от корен на лук клетките са на различни места в цикъла. Делът на клетките в митоза е колкото делът на митозата от цикъла. Ако от 600 клетки 25 са в митоза, а цикълът е 24 h, митозата трае около 25 : 600 × 24 = 1 h.

Контролни точки

Преди да продължи, клетката „проверява“: в края на G1 — дали ДНК е здрава и има ли място, в края на G2 — дали ДНК е копирана докрай, в метафазата — дали всички хромозоми са закачени за вретеното. Ако нещо не е наред, цикълът спира, грешката се поправя или клетката загива (апоптоза). Когато в тъканта няма място, нормалните клетки спират да се делят и минават в покой (G0). Зрелите нервни клетки и клетките на сърдечния мускул остават в G0.

Когато проверката не работи

Ако проверката в G1 е повредена, клетка с повредена ДНК се дели и предава грешката на дъщерните клетки. Една грешка не стига: нужни са няколко, натрупани в поколения клетки. Тогава може да се появи група клетки, които не спират да се делят — туморни клетки. Това е опростен модел: истинският рак е много различни болести и се лекува от лекари.

Стволови клетки

Стволовата клетка се дели асиметрично: едната дъщерна остава стволова, а другата се дели още няколко пъти и клетките ѝ се специализират. Затова стволовите клетки могат да възстановяват тъкани отново и отново. Утвърдената терапия днес е трансплантацията на кръвотворни стволови клетки (костен мозък); другото още се изследва.

Знаеш ли, че… (извън програмата) от една клетка до около 30 трилиона клетки, колкото има в тялото на човек, стигат около 45 удвоявания, защото 2¹⁰ ≈ 1000. Белтъкът p53 е наричан „пазител на генома“: при повреда на ДНК спира цикъла.

Какво е опростено в симулацията

Всички клетки имат еднакъв цикъл; делът на етапите в митозата е илюстративен; вероятностите за повреда, поправка и грешно закачане, както и прагът от 3 грешки, са подбрани така, че ефектът да се види бързо — те не са измерени стойности. Тъканта е плоска мрежа без кръвоносни съдове и без лечение.