دورة الخلية
C e l l C y c l e
ما دورة الخلية؟ ? What is Cell Cycle
- لكل كائن حيٍّ على سطح الأرض دورة حياة، وكذلك الخلايا المُكوِّنة لهذه الكائنات؛ إذ إنَّ لكل خلية دورة حياة تمرُّ بها، وتبدأ منذ تكوُّن الخلية نتيجة انقسام خلية ما، وتنتهي عند انقسامها هي نفسها مُكوِّنةً خليتين جديدتين، وتُسمّى هذه الدورة دورة الخلية Cell Cycle.
- تختلف الخلايا في ما بينها من حيث مدَّة الدورة لكلٍّ منها، ويعتمد ذلك على عوامل مختلفة، منها: نوع الخلية، والظروف التي تحيط بها.
-فمثلا، تنقسم خلية قِمَّة نامية في جذر بصل كل 20 ساعة تقريبًا، انظر الشكل الآتي.
- في حين تنقسم خلية طلائية في الأمعاء الدقيقة لإنسان كل (12-10) ساعة.
- تمرُّ دورة الخلية بمرحلتين رئيستين، هما: المرحلة البينية، ومرحلة الانقسام الخلوي، وتحوي كل مرحلة منهما أطوارًا عِدَّة.
أتحقَّق: أُعرِّف دورة الخلية.
- دورة الخلية : دورة تبدأ منذ تكوُّن الخلية نتيجة انقسام خلية ما، وتنتهي بانقسامها هي نفسها، وإنتاج خليتين جديدتين.
مراحل دورة الخلية Cell Cycle Phases
- تمرُّ دورة الخلية في الكائنات حقيقية النوى بمرحلتين رئيستين، هما:
1- المرحلة البينية التي تتكوَّن من طور النمو الأوَّل (G1)، وطور التضاعف (S) وطور النمو الثاني (G2).
2- ومرحلة الانقسام الخلوي (M) التي تتكوَّن من أطوار عِدَّة، لكلٍّ منها سماته التي تُميِّزه عن غيره من الأطوار.
1- المرحلة البينية Interphase
- تتكوَّن المرحلة البينية من أطوار عِدَّة، انظر الشكل الآتي، وتُمثِّل غالبًا ما نسبته % 90 من دورة الخلية؛ إذ تنمو في أثنائها الخلية، وتتضاعف مادة الوراثة (DNA)تمهيدًا للانقسام الخلوي.
| أطوار المرحلة البينية. | |
|
G1 طور النمو الأوَّل G1 Phase : يُعَدُّ هذا الطور أوَّل أطوار دورة |
 |
|
G2 طور النمو الثاني G2 Phase يستمر نمو الخلية في هذا الطور، فيزداد حجمها، فضلا عن أدائها أنشطتها ووظائفها الخلوية الطبيعية، إلى جانب استعدادها للانقسام؛ إذ تبدأ بإنتاج البروتينات التي تُصنَّع منها الخيوط المغزلية (الأُنَيْبيبات الدقيقة). |
|
|
S طور التضاعف(S Phase Synthesis): في هذا الطور يتضاعف ؛(DNA) ما يجعل في نواة الخلية - في نهاية الطور- مثلي كمِّية المادة الوراثية. |
|
أتحقَّق: ما المراحل الرئيسة التي تمرُّ بها خلية جلد إنسان في دورة الخلية؟
- المرحلة البينية ومرحلة الانقسام المتساوي.
مرحلة الانقسام الخلوي (M) Phase
- تبدأ هذه المرحلة بعد طور النمو الثاني.
- ويحدث فيها انقسام النواة؛ أيِ انقسام نواة الخلية إلى نواتين مُتماثِلتين، وهو ما يحدث على نحوٍ مُشابِهٍ في جميع الخلايا حقيقية النوى.
- يلي ذلك انقسام السيتوبلازم.
- ويختلف هذا الانقسام في الخلايا النباتية عنه في الخلايا الحيوانية.
- انظر الشكل الآتي.
أتحقَّق: متى تبدأ مرحلة الانقسام الخلوي؟
- يبدأ بعد طور النمو الثاني G2.
الطور الصفري G0
- تختلف الخلايا بعضها عن بعض من حيث النشاط في الانقسام؛ فمنها ما يكون نشيطًا، ويُكمِل دورة الخلية كاملة، مثل الخلايا الطلائية المُبطِّنة للقناة
الهضمية.
- ومنها ما يدخل في طور سكون يُسمّى الطور الصفري G0. ومن الأمثلة على الخلايا التي تدخل طور G0 : الخلايا العضلية، والخلايا العصبية.انظر الشكل الآتي.
- تخرج الخلية من طور G1 إلى هذا الطور في حال غياب الإشارات الخلوية (سأدرسها لاحقًا) التي تُحفِّز الخلية على الاستمرار في الدورة.
- تقوم الخلية في الطور الصفري بجميع وظائفها وأنشطتها باستثناء الأنشطة التي تُهيِّئها للانقسام، علمًا بأنَّ بعض الخلايا لا تغادر هذا الطور بعد دخولها فيه، خلافًا لخلايا أُخرى تتمكَّن من العودة إلى طور G1 ، وإكمال دورة الخلية عند تحفيزها بالإشارات الخلوية المُناسِبة، ومن الأمثلة على هذه الخلايا خلايا الكبد.
أتحقَّق: أذكر أمثلة على بعض الخلايا التي تدخل الطور الصفري.
- خلايا عضلية وخلايا عصبية.
تنظيم دورة الخلية Regulation of Cell Cycle
- تعمل مجموعة من المواد الكيميائية على تنظيم دورة الخلية، ويُطلَق على هذه المواد التي معظمها بروتينات اسم الإشارات الخلوية.
- وهي تُصنَّف بحسب مصدرها إلى إشارات داخلية، وإشارات خارجية، أنظر الشكل الآتي.
| إشارات تنظيم دورة الخلية | |
| داخلية | خارجية |
| من داخل الخلية | من خارج الخلية، وهي ترتبط بمُستقبِلات على الخلية الهدف. |
| مثال : وجود كمية كافية من الغذاء، أو وجود خلل في DNA. |
مثال: عوامل النمو |
- تُصنَّف هذه الإشارات بحسب آليَّة عملها إلى ثلاثة أنواع، هي:
1- إشارات التقدُّم Go-ahead Signals التي تُحفِّز انتقال الخلية إلى المرحلة اللاحقة أو الطور اللاحق.
2- وإشارات التوقُّف Stop Signals التي تعمل على بقاء الخلية في الطور، وعدم انتقالها إلى الطور الذي يليه.
3- وإشارات الموت المُبرمَج للخلية Apoptosis Signals بتنشيطها جينات تُسهِم في إنتاج إنزيمات تُحطِّم مُكوِّنات في الخلية؛ ما يؤدّي إلى موتها.
أفكّر: لماذا لا تستجيب بعض الخلايا للإشارات الخارجية؟
- لأنه لا يوجد عليها مستقبلات لهذه الإشارات.
أتحقَّق: ما أهمية الإشارات الخلوية في دورة الخلية؟
- تنظيم دورة الخلية.
نقاط المُراقَبة Checkpoints
ما المقصود بنقطة المراقبة؟
- تُنظِّم الإشارات الخلوية دورة الخلية في نقاط مُحدَّدة، تُسمّى كلٌّ منها نقطة مُراقَبة.
- توجد نقاط مُراقَبة عديدة، ولكنَّ نقاط المُراقَبة G1 ، و G2 ، و M، هي الرئيسة منها، انظر الشكل الآتي.
- تُعَدُّ نقطة المُراقَبة G1 أهم نقاط المُراقَبة؛ ذلك أنَّ الخلية في الطور G1 تستقبل إشارات خلوية داخلية وخارجية تُحدِّد معًا الوقت المُناسِب لدخول الخلية طور التضاعف.
- وإذا لم تستقبل الخلية في نقطة المُراقَبة هذه إشارة تقدُّم، فقد لا تُكمِل الخلية بقية الأطوار، وتخرج من دورتها إلى الطور الصفري.
- أمّا نقطة المُراقَبة G2 ففيها يُتحقَّق من انتهاء تضاعف DNA في طور التضاعف، ومن عدم وجود أخطاء في جزيئي DNA الناتجين من عملية تضاعف DNA.
- وفي حال وجود خطأ ما، فإنَّ دورة الخلية تتوقَّف عند نقطة المُراقَبة G2 ؛ ما يتيح للخلية تصحيح الخطأ، أو يؤدّي إلى موتها المُبرمَج إنْ لم تستطع ذلك.
- يُسهِم الموت المُبرمَج في منع دخول الخلايا غير الطبيعية مرحلة الانقسام وازدياد أعدادها.
أفكّر: ما الأخطاء التي يُحتمَل ظهورها إذا اختفت نقطة المُراقَبة G2؟
- عدم اكتمال تضاعف DNA.
- وجود أخطاء في جزيئي DNA الناتجين من عملية تضاعف DNA.
- وأمّا نقطة المُراقَبة M فتعمل ما بين الطور الاستوائي والطور الانفصالي.
- وفيها يُتحقَّق من ارتباط الكروماتيدات الشقيقة بالخيوط المغزلية على نحوٍ صحيح.
- وفي حال كانت بعض الكروماتيدات غير مُرتبِطة بالخيوط المغزلية، فإنَّ الخلية تتوقَّف عن عملية الانقسام حتى ترتبط جميع الكروماتيدات بالخيوط المغزلية، أنظر الشكل الآتي.
أتحقَّق: ما نقاط المُراقَبة الرئيسة في دورة الخلية؟
- M ,G2 ,G1
السايكلينات وإنزيمات الفسفرة المُعتمِدة على السايكلين
Cyclins and Cyclin-Dependent Kinases (Cdks)
ما هي السايكلينات؟
- السايكلينات Cyclins : هي مجموعة من البروتينات، توجد في معظم الخلايا حقيقية النوى، وتُصنَّع في أثناء دورة الخلية، وتُحطَّم خلالها سريعًا.
-وهي تُصنَّف إلى أربعة أنواع رئيسة.
- تؤدّي السايكلينات دورًا في تنظيم دورة الخلية؛ بتحفيزها إنزيمات تُسمّى إنزيمات الفسفرة المُعتمِدة على السايكلينات.
ما دور هذه الإنزيمات: إذ تعمل هذه الإنزيمات - بعد ارتباطها بالسايكلين- على إضافة مجموعة فوسفات إلى البروتين الهدف في عملية تُسمّى الفسفرة.
وقد تؤدّي فسفرة البروتينات إلى تحفيزها أو تثبيطها بحسب حاجة الخلية، انظر الشكل الآتي.
- تتمثَّل أهمية ارتباط السايكلين بإنزيم الفسفرة المُعتمِد على السايكلين في أمرين رئيسين، هما: تحفيز الإنزيم، وإرشاده إلى البروتينات الهدف التي يعمل
على فسفرتها.
أتحقَّق: فيمَ يستفاد من رتباط السايكلين بإنزيم الفسفرة المُعتمِد على السايكلين؟
- تحفيز إنزيمات الفسفرة المعتمدة على السايكلين، إورشادها إلى البروتينات الهدف التي تعمل على فسفرتها.