براكسيلابس المدونة العربية لمعامل العلوم الإفتراضية براكسيلابس
هل كنت تعلم أن الآليات الفعلية اللازمة لانقسام الخلية تطلب تعليماتٍ أكبر بكثير مما هو مطلوب لتصميم صاروخ للسفر إلى القمر أو كمبيوتر فائق؟! هل فكرت يومًا كيف تتحول اليرقات إلى فراشات رائعة الجمال؟ وكيف يتحول الزيجوت إلى جنين ومن ثم إلى انسان كامل؟
للاجابة على هذه التساؤلات، علينا أن نلقي الضوء على “دورة الخلية” ونفهم ما المقصود بها وكيف تحدث ومما تتكون وكيف يتم تنظيمها. كل هذا وأكثر سنتناوله في هذا المقال.
اختبر بنفسك المزيد عن دوره الخلية من خلال معامل براكسيلابس الافتراضية!
دورة حياة الخلية
بدايةً تحتاج الخلية لمضاعفة كل جزيئاتها؛ أي DNA و RNA والبروتينات والدهون وغير ذلك. على مستوى العضيات، هناك حاجة لمضاعفة عدة مئات من الميتوكوندريا ومساحات كبيرة من الشبكة الإندوبلازمية وأجسام جولجي جديدة وتراكيب الهيكل الخلوي وملايين الريبوسومات، بحيث تكون لدى الخلايا الوليدة المصادر الكافية كي تنمو ثم تنقسم. تمثل كل تلك العمليات «دورة حياة الخلية». تنقسم بعض الخلايا بشكل يومي، في حين تعيش أخرى لعقود دون أن تنقسم.
تعريف دورة الخلية Cell Cycle
دعنا نذكرك بتعريف الخلية أولا فهي وحدة بناء الحياة والمسؤلة عن جميع العمليات البيولوجية وتعتبر أصغر وحدة يمكنها العيش بمفردها. و يمكننا تعريف دورة الخلية على أنها سلسلة من التغيرات التي تحدث في الخلية أثناء نموها وانقسامها، أي ابتداء من بداية تشكلها من الخلية الام وحتى اللحظة التي تنتهي فيها الانقسامات وتنتج خلايا جديدة.
أي أنها العملية التي من خلالها تتكاثر الخلايا وتصنع خليتين جديدتين.
هناك أربعة أجزاء رئيسية تشارك في انقسام الخلايا هم: النواة – غشاء البلازما – السنتريول – الأنابيب الدقيقة.
الجزء المسؤول عن انقسام الخلية -تحديدا بداية الانقسام – هو السنتريول أو المريكز.
مدة دورة حياة الخلية: تستمر دورة الخلية لمدة أقلها 12 ساعة.
ما أهمية انقسام الخلية؟
انقسام الخلية له دور هام جدا في استمرارية وجود جميع الكائنات الحية ،فهو ضروري بشكل أساسي لكل من عمليات النمو والتكاثر واصلاح اي تلف وضرر داخل الخلايا. تكمن أهمية انقسام الخلي في العمليات الاتية:
- الحفاظ على العدد الكامل للكروموسومات.
- مسؤولة بشكل اساسي عن تحديد الشكل والحجم والنمو والتطور المناسب لكل فرد.
- عمليات النمو والتطور.
- المساعدة في عملية تجديد الخلايا التالفة.
- عملية انتاج خلايا جديدة من الخلايا الأقدم.
ماهى مراحل دورة حياة الخلية بالترتيب
و تنقسم مراحل دورة حياة الخلية عمومًا إلى مرحلتين:
1) مرحلة الطور البيني The Interphase Stage
تعتبر أطول مراحل دورة الخلية، وتنقسم هذه المرحلة إلى ٣ أطوار هي :
- طور النمو الأول (G1) يستغرق من ٤ إلى ٦ ساعات
- طور البناء (S) يستغرق ١٢ ساعة
- طور النمو الثاني(G2) يستغرق من ٤ إلى ٦ ساعات
2) مرحلة الانقسام الخيطي المباشر Mitosis Stage
تقضي الخلية معظم وقتها في مرحلة الطور البيني، وخلال هذا الوقت تنمو وتكرر كروموسوماتها وتستعد لانقسام الخلية. ثم تغادر الخلية الطور البيني ، وتخضع للانقسام ، وتكمل انقسامها الخلايا الناتجة ، والمعروفة باسم الخلايا الوليدة، وتدخل كل منها في الطور البيني الخاص بها وتبدأ جولة جديدة من دورة الخلية.
والآن سنتناول كل مرحلة بشئ من التفصيل
دورة الخلية وانقسامها
والآن سنبدأ في شرح المراحل الأساسية لدورة الخلية. كما وضحنا سابقًا مراحل انقسام الخلية تنقسم إلى أطوار؛ بدءًا بالطور البيني، وهي الفترة بين انقسامات الخلية (التي تستغرق حوالي ٢٣ ساعة)، والطور الخيطي (الانقسام الخيطي)، وهي العملية الفعلية لانقسام الخلية الأصلية إلى خليتين وليدتين (وتستغرق نحو ساعة). ينقسم الطور البيني إلى ثلاثة أطوار متمايزة، وهي: طور النمو الأول (يستغرق من ٤ إلى ٦ ساعات)، وطور البناء (يستغرق ١٢ ساعة)، وطور النمو الثاني (يستغرق من ٤ إلى ٦ ساعات). وبشكل عام، تستمر الخلايا في النمو عبر الطور البيني، لكنَّ تناسُخ اﻟ «DNA» يكون مقصورًا على طور البناء. وفي نهاية طور النمو الأول توجد نقطة تحقق. إذا كانت مستويات الطاقة والمواد الغذائية غير كافية لتكوين اﻟ «دي إن إيه»، تتحول الخلية إلى طور يسمى طور الراحة.
مرحلة الطور البيني The Interphase Stage
تتضاعف الكروموسومات خلال دورة الخلية في الطور البيني والذي يعتبر احد المراحل الأساسية لدورة الخلية ،و كما ذكرنا سابقا تشتمل مرحلة الطور البيني لدورة الخلية على ثلاثة أجزاء مميزة: المرحلة G1 والمرحلة S والمرحلة G2
ما هي أطول مراحل دورة الخلية؟
مرحلة الطور البيني هي أطول مراحل دورة الخلية فهي تستغرق-بمختلف اطوارها- عدد من الساعات لاتمام العملية كمان اوضحنا مسبقا . يحدث الطور البيني عندما تنمو الخلية وتنسخ حمضها النووي قبل الانتقال إلى عملية الانقسام. اليكم نبذة عن تسلسل المراحل داخل الطور البيني:-
G1 هي المرحلة التي تستعد فيها الخلية للانقسام.و للقيام بذلك ، تنتقل بعد ذلك إلى المرحلة S حيث تنسخ الخلية كل الحمض النووي. لذا ، فإن S تعني تخليق الحمض النووي. بعد نسخ الحمض النووي ووجود مجموعة إضافية كاملة من كل المواد الجينية ، تنتقل الخلية إلى المرحلة G2 ، حيث تنظم وتكثف المادة الجينية، أو تبدأ في تكثيف المادة الجينية ، وتستعد للانقسام.
يمكننا تلخيص وظائف كل مرحلة على النحو التالي:
- المرحلة G1
يزيد حجم الخلية و يتم مضاعفة محتويات الخلية.
- المرحلة S
يتم تكرار الحمض النووي و تكرار كل من الكروموسومات الـ 46 (23 زوجًا) بواسطة الخلية.
- المرحلة G2
تنمو الخلية أكثر وتتطور العضيات والبروتينات استعدادًا لانقسام الخلايا.
- المرحلة M
الانقسام الخيطي يليه الانقسام الخلوي (فصل الخلايا) وتكوين خليتين وليدتين متطابقتين.
- المرحلة G0
بينما تنقسم بعض الخلايا باستمرار ، تكون بعض أنواع الخلايا هادئة. تخرج هذه الخلايا من G1 وتدخل في حالة راحة تسمى G0. في G0 ، تؤدي الخلية وظيفتها دون الاستعداد للانقسام ولذلك تعتبر هي الفترة التي لا تنقسم فيها الخلية. G0 هي حالة دائمة لبعض الخلايا ، في حين أن البعض الآخر قد يعيد الانقسام إذا حصلوا على الإشارات الصحيحة.
قم بتجربة مختبرات براكسيلابس الافتراضية لمعرفه المزيد عن مراحل دوره الخلية
مرحلة الانقسام الخيطي المباشر Mitosis
ويرمز لها بالرمز (M) وهو المكان الذي تقسم فيه الخلية(نسختين من المادة الوراثية) إلى خليتين وليدتين. بعد اكتمال هذه المرحلة، يحدث انقسام الخلية ويتم ترك خليتين ، ويمكن أن تبدأ دورة الخلية مرة أخرى.
عندما تستعد الخلية للانقسام، تبدأ في دخول طور دورة الحياة الذي يسمى طور الانقسام الخيطي المباشر، والذي ينقسم إلى أربعة أطوار أخرى هي: التمهيدي، والاستوائي، والانفصالي، والنهائي
1- الطور التمهيدي Prophase
يبدأ الانقسام المباشر بتكثيف الكروماتين لتشكيل الكروموسومات في المرحلة التي تسمى الطور التمهيدي. توجد نسختان من كل كروموسوم ؛ كل واحد هو كروماتيد. يتم ربط اثنين من الكروماتيدات ببعضها البعض في منطقة تسمى السنترومير. عندما تتكثف الكروموسومات، تصبح الكروماتيدات مرئية في أزواج (تسمى الكروماتيدات الشقيقة) ، وتتشكل ألياف المغزل ، وتختفي النوى، ويذوب الغلاف النووي.
مع استمرار الطور التمهيدي، ترتبط الكروماتيدات بألياف المغزل التي تمتد من القطبين المعاكسين للخلية وتلتصق ألياف المغزل في منطقة السنترومير ببنية تسمى kinetochore، وهي منطقة من البروتين في منطقة السنترومير. في النهاية ، تصل جميع أزواج الكروماتيدات إلى مركز الخلية .
2- الطور الاستوائي Metaphase
هو مرحلة الانقسام الفتيلي حيث تصطف أزواج الكروماتيدات على الصفيحة الاستوائية. في الخلية البشرية، يوجد 92 كروموسومًا في 46 زوجًا عند الصفيحة الاستوائية. يتم توصيل كل زوج في السنترومير ، حيث يتم توصيل ألياف المغزل بشكل أكثر تحديدًا في kinetochore.
ملحوظة: توجد مرحلة تسمي طور ما قبل الاستوائي، فعندما يتحلل الغشاء النووي وتصبح النُّوَيَّات غير مستقلة وتصبح الكروموسومات الآن مضغوطة وملتفة وفائقة الالتفاف، مع تكثفها في تراكيب زوجية مرئية بشكل واضح كل منها مكون من اثنين من الكروماتيدات، يتصل أحدها بالآخر عند نقطة تسمى القسيم المركزي (السنترومير). ويوفر القُسيم المركزي موقع الارتباط بمغزل الانقسام الخيطي (الإطار الأنيبيبي الدقيق الذي يُحدث انفصال الكروموسوم إلى خلايا وليدة) عند تركيب يسمى الحيز الحركي. ويتكون مغزل الانقسام الخيطي من الأنيبيبات الدقيقة السيتوبلازمية المنظمة من خلال زوج من السنتريولات، الذي نُسخ ونُقل من قبل إلى إحدى نهايتي الخلية. وبهذا يكتمل طور ما قبل الاستوائي الذي يتبعه الطور الاستوائي.
3- الطور الانفصالي Anaphase
في بداية الطور الانفصالي، تتحرك الكروماتيدات الشقيقة بعيدًا عن بعضها البعض. تسمى الكروماتيدات بالكروموسومات بعد الانفصال. يرتبط كل كروموسوم بخيوط المغزل، ويتم سحب أعضاء كل زوج كروموسوم إلى أقطاب متقابلة للخلية بواسطة خيوط المغزل. أثناء الطور، يمكن رؤية الكروموسومات تتحرك. يأخذوا شكل V بسبب ارتباطهم الأوسط بخيوط المغزل. تتم الحركة نحو القطبين من خلال عدة آليات، مثل آلية استطالة خيوط المغزل، مما يؤدي إلى دفع القطبين بعيدًا.
نتيجة هذا الطور هو فصل متساوٍ وتوزيع للكروموسومات. وفي الخلايا البشرية، ينتقل 46 كروموسومًا إلى كل قطب مع استمرار عملية الانقسام.
4-الطور النهائي Telophase
في الطور النهائي، تصل الكروموسومات أخيرًا إلى أقطاب الخلية المعاكسة. تبدأ الكروموسومات المتميزة في التلاشي حيث تتشكل كتل الكروماتين مرة أخرى. أحداث الطور النهائي هي في الأساس عكس تلك الموجودة في الطور التمهيدي؛ حيث يتم تفكيك المغزل وإعادة تدوير أحماضه الأمينية، وتعاود النوى للظهور، ويتم إصلاح الغلاف النووي.
دورة الخلية انقسام السيتوبلازم (الحركية الخلوية) Cytokinesis
تؤدي إلى تقسيم الجينوم إلى النصف، ويمرإلى الخلايا الوليدة.
الحركية الخلوية أوانقسام السيتوبلازم هي العملية التي ينقسم فيها السيتوبلازم وتتشكل خليتان منفصلتان.
لاحظ أن الحركة الخلوية منفصلة عن المراحل الأربع للانقسام. في الخلايا الحيوانية، يبدأ الانقسام الخلوي بتكوين مايشبه شق انقسام في وسط الخلية. ثم يبدأ غشاء الخلية بالضغط في السيتوبلازم ، ويبدأ تكوين خليتين. غالبًا ما يشار إلى هذه العملية باسم انقسام الخلية. تتقلص الألياف الدقيقة أثناء الانقسام وتساعد على تقسيم الخلية إلى خليتين وليدتين.
في الخلايا النباتية، يحدث التحرك الخلوي من خلال عملية مختلفة بسبب وجود جدار خلوي صلب. لا يحدث الانقسام في الخلايا النباتية. بدلاً من ذلك ، يتم تجميع جدار خلوي جديد في وسط الخلية ، بدءًا من الحويصلات المتكونة من جهاز جولجي. عندما تنضم الحويصلات، فإنها تشكل غشاءًا مزدوجًا يسمى صفيحة الخلية. تتشكل صفيحة الخلية في منتصف السيتوبلازم وتنمو للخارج لتندمج مع غشاء الخلية. تفصل لوحة الخلية بين خليتين وليدتين. عندما يتم وضع مادة جدار الخلية ، تتحرك الخليتان بعيدًا عن بعضهما البعض لإنتاج خليتين جديدتين.
لماذا يمثل انقسام السيتوبلازم اقصر فترة في دورة الخلية؟
يتبع الانقسام الفتيلي مباشرةً بانقسام السيتوبلازم الذي يقسم النواة والسيتوبلازما والعضيات وغشاء الخلية إلى خليتين تحتويان على حصص متساوية تقريبًا من هذه المكونات الخلوية. يحدد الانقسام الفتيلي وانقسام السيتوبلازم معًا انقسام الخلية الأم إلى خليتين متطابقتين وراثيًا بالنسبة لبعضهما وللخلية الأم. هذا يمثل حوالي 10% من الدورة الخلوية.
يخدم الانقسام المباشر عدة وظائف في الخلايا الحية. في كثير من الكائنات الحية البسيطة ، تعتبر طريقة التكاثر اللاجنسي (على سبيل المثال ، في خلايا الفطريات) في الكائنات متعددة الخلايا هي التي تسمح للكائن الحي بأكمله بالنمو عن طريق تكوين خلايا جديدة واستبدال الخلايا القديمة. في بعض الأنواع ، يتم استخدام الانقسام المباشر لشفاء الجروح أو تجديد أجزاء الجسم. إنها العملية الشاملة لانقسام الخلايا في الخلايا حقيقية النواة.
تنظيم دورة الخلية
لا تحدث دورة الخلية بطريقة غير محددة او عشوائية، بل يتم فحص مستحضرات الخلية بواسطة الجزيئات التنظيمية. ويشمل الكشف عن الضرر الجيني وإصلاحه وكذلك منع الانقسام الخلوي غير المنضبط.
هناك فئتان رئيسيتان من الجزيئات التنظيمية التي تحدد التقدم المناسب للخلية خلال دورة الخلية:
1- البروتينات الحلقية (السيكلينات)
تُنَشط البروتينات الحلقية بارتباطها مع الانزيم المفسفر وترسلان اشارة لتبدأ دورة الخلية.
يمكن أن نصف كيف تنظم البروتينات الحلقية دورة الخلية من خلال ارتباط البروتينات الحلقية وإنزيم CDK الذي له دور هام :
- في طور النمو الأول G1 من الطور البيني: يرسل الارتباط إشارة لبدء دورة الخلية.
- أثناء دورة الخلية: ترسل أنواع مختلفة من هذه الارتباطات إشارة لبدء أنشطة أخرى تشمل تضاعف DNA وبناء البروتين والانقسام النووي.
- ترسل مجموعة البروتين الحلقيCDK إشارة لإنهاء دورة الخلية.
2- نقاط السيطرة أو التفتيش Check Points
لمتابعة دورة الخلية وايقافها عند حدوث أي خطأ
تستخدم الخلية نقاط تفتيش أو فحص دورة الخلية لمراقبة وتنظيم تقدم دورة الخلية. لا يمكن للخلية المتابعة إلى المرحلة التالية حتى يتم تلبية متطلبات نقطة التفتيش.
هناك ثلاث نقاط تفتيش رئيسية:
1) نقطة تفتيش G1 / S (قبل أن تدخل الخلية المرحلة S)
- التحقق من حجم الخلية.
- التحقق من العناصر الغذائية.
- التحقق من وجود أي تلف في الحمض النووي.
- فحص جميع المستحضرات (جميع البروتينات ، ATP وما إلى ذلك و يتطلب في المرحلة S).
- التحقق مما إذا كان قد تم تنشيط S phase Cyclins و Cdk complex لبدء تكرار الحمض النووي.
ومن ثم تنتقل الخلية إلى المرحلة S.
2) نقطة تفتيش G2 / M (بعد المرحلة S)
- فحوصات لتكرار الحمض النووي بشكل صحيح.
- التحقق من جميع المستحضرات (جميع البروتينات ، ATP وما إلى ذلك المطلوبة في المرحلة M).
- فحوصات تخليق توبولين.
- التحقق مما إذا كان يتم تنشيط M phase Cyclins و Cdk complex لبدء الانقسام.
ومن ثم تنتقل الخلية إلى المرحلة M.
3) نقطة تفتيش APC / C (أثناء الانقسام)
تتطلب جميع نقاط التفتيش خدمات مجموعة معقدة من البروتينات. تزداد مستويات هذه البروتينات في الخلايا التالفة. إنها تتيح الوقت لإقران الحمض النووي مسبقًا عن طريق منع دورة الخلية.
P53 هو بروتين يستشعر تلف الحمض النووي ويمكن أن يوقف تقدم دورة الخلية في المرحلة G1 عن طريق منع نشاط Cdk2 حتى يمكن إصلاح الضرر. إذا كان الضرر شديدًا بحيث لا يمكن إصلاحه ، فإن الخلية تدمر نفسها عن طريق موت الخلايا المبرمج. في حالة تلف الحمض النووي بعد المرحلة S ، يتم إعاقة عمل Cdk1 ، وبالتالي إيقاف تقدم الخلية من G2 إلى الانقسام.
حقائق سريعة حول دورة الخلية
- الخلايا في الطور S لها DNA أكثر من الخلايا في الطور G1. سيكون للخلايا في G2 ما يقرب من ضعف محتوى الحمض النووي مثل الخلايا في G1. هكذا؛ سوف يأخذون صبغة أكثر نسبيًا. ثم يتم شفط تعليق الخلايا في خلية تدفق. تمر الخلايا ، المحاطة بتيار سائل ضيق ، واحدة تلو الأخرى عبر شعاع ليزر مركّز. الضوء إما مبعثر أو ممتص عندما يضرب خلية.
- تم منح جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب لعام 2001 بشكل مشترك لكل من Leland H. Hartwell و Tim Hunt و Sir Paul M. Nurse لاكتشافاتهم للمنظمين الرئيسيين لدورة الخلية.
- يعاد إرسال الضوء الممتص ذي الطول الموجي المناسب على شكل توهج. هذا يعكس الهيكل الداخلي للخلية وحجمها وشكلها. يتم الكشف عن إشارات التشتت الفلورية وتضخيمها وتحليلها بواسطة سلسلة من الثنائيات الضوئية ونظام الكمبيوتر.
- النتيجة النهائية هي معلومات كمية حول كل خلية تم تحليلها. يتم تحليل أعداد كبيرة من الخلايا في فترة زمنية قصيرة (> 1،000 / ثانية). يعطي هذا ميزة إنشاء معلومات صحيحة إحصائيًا حول مجموعات الخلايا.
- تشمل التطبيقات المحتملة لقياس التدفق الخلوي اكتشاف وقياس:
- دورة الخلية: تقييم موثوق للخلايا في طور G0 / G1 مقابل طور S أو G2 أو تعدد الصبغيات ، بما في ذلك تحليل تكاثر الخلايا وتنشيطها.
- بقاء الخلية / موت الخلايا المبرمج.
- تحديد وتوصيف مجموعات فرعية متميزة من الخلايا داخل عينة غير متجانسة.
- تعبير البروتين Protein expression.
- البروتين بعد التعديلات متعدية.
- RNA، بما في ذلك نسخ IncRNA و miRNA و mRNA.
المعمل الافتراضي لتجربة قياس التدفق الخلوي- دورة الخلية
قياس التدفق الخلوي هو تقنية قائمة على الليزر تسمح بالتحليل الكمي للخلية المفردة. يتم استخدامه لتحليل خصائص الخلايا. يمكن إجراء تحليل دورة الخلية عن طريق تقدير الحمض النووي باستخدام قياس التدفق الخلوي.
يتم إصلاح الخلايا ونفاذيتها باستخدام الإيثانول. بعد ذلك، يستخدم بروبيديوم يوديد (PI) لصبغ الحمض النووي في الخلايا السليمة. يتم استخدام RNase لضمان ضبغ الحمض النووي فقط باستخدام PI، ويتم استخدام الخلايا غير المصبوغة كعنصر تحكم.
معمل العلوم الافتراضي من براكسيلابس الخاص بتجربة التدفق الخلوي يسمح للطلاب بممارسة خطوات تثبيت الخلية والنفاذية وفهم مفهوم تحليل دورة الخلية باستخدام يوديد البروبيديوم.
أنشئ حسابك المجاني الآن وجرب معاملنا الافتراضية المتميزة
