دورة الخلية هي المراحل التي تمر بها الخلايا في عملية الانقسام وإنتاج خلايا جديدة، ويشار إليها أحيانًا باسم دورة انقسام الخلية. وبالتالي، تنتج الخلايا الجديدة من خلال انقسام الخلية الأم، مما يؤدي إلى تكوين خليتين جديدتين من خلية واحدة رئيسية.
وتبدأ خلايا الابنة حياة صغيرة ، وتحتوي فقط على نصف سيتوبلازم الخلية الأم ونسخة واحدة فقط من الحمض النووي وهي مخطط الخلية أو شفرة المصدر للبقاء ، من أجل الانقسام وإنتاج الخلايا الوليدة الخاصة بها ، يجب أن تنمو الخلايا الوليدة وتنتج المزيد من النسخ من الآلات الخلوية الحيوية بما في ذلك الحمض النووي الخاص بها.
وظيفة دورة الخلية
نظرًا لأن الخلايا تتكاثر عن طريق الانقسام، فإن الخلايا الجديدة التي تنتج تكون أصغر حجمًا من الخلايا الأم، وقد ترث الحد الأدنى من الآلات الخلوية التي تحتاجها للبقاء على قيد الحياة.
قبل أن تنقسم هذه الخلايا الوليدة لإنتاج المزيد من الخلايا ، فإنها تحتاج إلى النمو وإعادة إنتاج أجهزتها الخلوية ، يمكن فهم أهمية دورة الخلية عن طريق إجراء رياضيات بسيطة حول انقسام الخلية ، إذا لم تنمو الخلايا بين الانقسامات ، فإن كل جيل من الخلايا الوليدة سيكون نصف حجم الجيل الأب. هذا سيصبح غير مستدام بسرعة كبيرة.
تقوم الخلايا بتقسيم أنشطتها الأيضية إلى مراحل متميزة من الفجوة 1 والتركيب والفجوة 2 للإعداد للاقتسام الخلوي وتحقيق هذا النمو.
مراحل دورة الخلية
الانقسام المتساوي
تخضع الخلية الأم خلال عملية الانقسام لسلسلة من الخطوات المعقدة لضمان حصول كل خلية ابنة على المواد اللازمة للبقاء على قيد الحياة، وتشمل ذلك نسخة من كل كروموسوم. وعند ترتيب وتوزيع هذه المواد بشكل صحيح، تنقسم الخلية الأم إلى نصفين بالتساوي وتضغط على غشاءها لتشكل قسمين.
أصبحت كل خلية ابنة جديدة الآن خلية حية مستقلة ولكنها صغيرة، وتحتوي على نسخة واحدة فقط من المادة الجينية.
وهذا يعني أن الخلايا لا تستطيع الانقسام فورا لإنتاج خلايا جديدة، ويجب عليها أولا المرور بالنمو الخلوي أو الطور البيني، وهو يتكون من ثلاث مراحل متميزة وهي
المرحلة G 1
في المرحلة G1، تتكوّن الخلية الجديدة وتتطور، وغالبًا ما يُستخدم الحرف G للإشارة إلى الفجوة، لأن هذه المراحل يتم رصدها بواسطة مجهر ضوئي وتظهر فجوات غير نشطة نسبيًا في نشاط الخلية.
وعلى الرغم من ذلك، بناءً على ما نعرفه اليوم، يمكننا القول بدقة أن الحرف G يرمز إلى النمو، لأن المراحل “G” تشير إلى موجات إنتاج البروتين والعضيات وزيادة حجم الخلية وهي معروفة بمراحل النمو.
خلال مرحلة G1، تنتج الخلية العديد من المواد الأساسية مثل البروتينات والريبوزومات، وتصنع الخلايا التي تعتمد على عضيات متخصصة مثل البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا الكثير من تلك العضيات خلال G1 أيضا، وقد يزداد حجم الخلية بمرور الوقت بسبب استيعابها المزيد من المواد من بيئتها، ولذلك تعد هذه المرحلة من أهم مراحل تطور الخلية
المرحلة S
خلال المرحلة S، تقوم الخلية بتكرار حمضها النووي، ويشير الحرف S إلى التخليق في إشارة إلى تخليق الكروموسومات الجديدة من المواد الخام.
هذه عملية تستهلك الكثير من الطاقة، حيث يتطلب توليف العديد من النيوكليوتيدات، وتحتوي العديد من الخلايا التي تحتوي على نواة حقيقية على عشرات الكروموسومات، وهي كتل ضخمة من الحمض النووي يجب نسخها.
تتباطأ إنتاج المواد والعناصر الأخرى بشكل كبير خلال هذه الفترة حيث تركز الخلية على تكرار جينومها بالكامل، وعند اكتمال مرحلة S، ستحتوي الخلية على مجموعتين كاملتين من موادها الجينية، وهذا أمر بالغ الأهمية لانقسام الخلايا لضمان حصول الخلايا الابنة على نسخة من المخطط الجيني اللازم للنمو والتكاثر، ومع ذلك، فإن تكرار الحمض النووي الخاص به يمكن أن يترك الخلية مستنزفة قليلا.
المرحلة G2
تماما كمرحلة الفجوة الأولى في دورة الخلية، مرحلة G 2 تتميز بانتاج البروتين بشكل كبير. خلال مرحلة G 2، يتم التحقق من صحة وسلامة نسختي الحمض النووي الخاصة بالخلية. إذا تبين أن الحمض النووي للخلية معطوب، فقد يحدث فشل في نقطة التفتيش G 2 / M، وتسمى بهذا الاسم لأنها تحدث في نهاية مرحلة G 2، مباشرة قبل مرحلة M أو التقسيم المتساوي.
نقطة تفتيش G 2 / M هي مؤشر أمان حاسم للكائنات المتعددة الخلايا مثل الحيوانات. يمكن أن تحدث السرطانات التي تؤدي إلى موت الكائن بأكمله عندما تتكاثر الخلايا ذات الحمض النووي التالف. يتم التحقق مما إذا كان الحمض النووي للخلية قد تعرض للتلف مباشرة قبل التكاثر، ويقلل ذلك من خطر الإصابة بالسرطان للحيوانات وبعض الكائنات الحية الأخرى.
يثير الاهتمام أن بعض الكائنات الحية يمكنها تخطي مرحلة G2 والانتقال مباشرة إلى مرحلة الانقسام الخيطي بعد تصنيع الحمض النووي في المرحلة S، ومع ذلك، تجد أن معظم الكائنات الحية تستخدم مرحلة G2 ونقطة التفتيش المرتبطة بها لضمان الأمان.
عندما يتم تمرير نقطة التفتيش G2/M، يتم بدء دورة الخلية من جديد، حيث تنقسم الخلية بواسطة الانقسام الفتيلي، وتبدأ الخلايا الابنة الجديدة دورة جديدة تمر بها مراحل G1 و S و G2 لإنتاج خلايا ابنة جديدة خاصة بها.
المسار البديل: G 0 Phase
بعد الولادة ومن خلال الانقسام الفتيلي، لا تنتظر بعض الخلايا أن يحدث فيها الانقسام لإنتاج خلايا جديدة.
على سبيل المثال الخلايا العصبية الحيوانية لا تنقسم ، تكون الخلايا الأم هي خلايا جذعية ، وخلايا العصبونات الابنة مبرمجة على عدم المرور عبر دورة الخلية نفسها لأن نمو الخلايا العصبية غير المنضبط وانقسام الخلية يمكن أن يكونا خطرين جدًا على الكائن الحي.
بدلاً من دخول مرحلة G1 مباشرة بعد الولادة، تدخل الخلايا العصبية في مرحلة يطلق عليها العلماء “طور G0″، وهي حالة استقلابية تهدف فقط إلى الحفاظ على الخلية الجديدة وليس للاستعداد لانقسام الخلايا.
يمكن للخلايا العصبية وغير المنقسمة الأخرى أن تستمر في العمل وتؤدي وظائفها للكائن الحي ككل دون الانقسام أو التكاثر على الإطلاق، وذلك في مرحلة G 0.
تنظيم دورة الخلية
من المهم للغاية أن يتم تنظيم دورة الخلية من أجل بقاء الخلايا والكائنات الحية ، ويجب أن تكون الكائنات الحية قادرة على إيقاف انقسام الخلايا عندما تتلف الخلية المعنية ، أو عندما لا يكون هناك ما يكفي من الغذاء لدعم نمو جديد ويجب أن يكونوا قادرين أيضًا على بدء انقسام الخلايا عند الحاجة إلى النمو أو التئام الجروح.
يستخدم الخلايا مجموعة متنوعة من شلالات الإشارات الكيميائية لتحقيق ذلك، حيث تنشئ الروابط المتعددة في سلسلة تأثيرات معقدة بناءً على إشارات بسيطة.
في هذه التسلسلات التنظيمية، يمكن لبروتين واحد تغيير وظيفة العديد من البروتينات الأخرى، مما يؤدي إلى تغييرات واسعة النطاق في عمل الخلية أو حتى هيكلها.