సెల్ సైకిల్ (కణ చక్రం)

కణ చక్రం లేదా కణ విభజన చక్రం అనేది ఒక కణాన్ని రెండు కుమార్తె కణాలుగా విభజించడాన్ని నిర్ధారించే సంఘటనల సమితి.

సంపత్ అమితాష్ గాది

కణం అనేది జీవం యొక్క యూనిట్. జీవితం కొనసాగించడానికి, కణాల విభజన అత్యవసరం. ఒక వ్యక్తి యొక్క పెరుగుదల మరియు గాయాల మరమ్మత్తు కూడా కణ విభజన అవసరం.

సెల్ విభజించబడటానికి ముందు, అది క్రింది అంశాలను నిర్ధారించుకోవాలి:

1. పెరగడానికి తగినంత పోషకాలను (గ్రోత్ సిగ్నల్స్) కలిగి ఉండాలి.
2. జన్యు పదార్థం (డిఎన్ఏ)ని ప్రతిరూపం చేసి ఉండాలి.
3. డిఎన్ఏ కి ఎటువంటి గాయం ఉండకూడదు.

ఒక కణం విజయవంతమైన కణ విభజనను నిర్ధారించడానికి కణ చక్రం గుండా వెళుతుంది.

కణ చక్రం యొక్క దశలు

కణ చక్రం అనేది ఒక కణాన్ని రెండు కుమార్తె కణాలుగా విభజించడానికి దారితీసే సంఘటనల క్రమం. ఇది 4 దశలు కలిగి ఉంటుంది.

1. G1 దశ (పెరుగుదల దశ 1)
2. S దశ (సంశ్లేషణ దశ)
3. G2 దశ (పెరుగుదల దశ 2)
4. M దశ (మైటోసిస్ లేదా విభజన దశ)

సెల్ పెరగడానికి తగినంత వనరులు లేకుంటే, అది కణ చక్రం నుండి G0 అని పిలువబడే విశ్రాంతి దశలోకి నిష్క్రమించవచ్చు (నేను దానిని G నాట్ అని పలుకుతాను).

కణ చక్రం యొక్క మొదటి మూడు దశలు - G1, S మరియు G2 కలిసి ఇంటర్‌ఫేస్ అంటారు. కాబట్టి, కణాలు M దశలో విభజించే ముందు, వాటి DNA ని పెంచడం మరియు ప్రతిరూపం చేయడం ద్వారా ఇంటర్‌ఫేస్‌లో ఎక్కువ సమయం గడుపుతాయి.

కణ చక్రం దశల రేఖాచిత్రం. 4 కణ చక్ర దశలు G1, S, G2 మరియు M చూపబడ్డాయి. కణాలు విభజించడాన్ని ఆపివేసినప్పుడు ప్రవేశించే G0 దశ కూడా చూపబడుతుంది. © సంపత్ అమితాష్ గాధీ.

ప్రతి కణ చక్ర దశ గురించి కొంచెం లోతుగా అర్థం చేసుకుందాం.

G1 దశ

కణ చక్రం యొక్క G1 దశలో, ఒక సెల్ డిఎన్ఏ ని ప్రతిరూపం చేయడానికి సిద్ధమవుతుంది. మైటోజెన్లు అని పిలువబడే పరిసర మాధ్యమంలో వృద్ధి కారకాలు ప్రతి కణం ఉపరితలంపై గ్రాహకాల ద్వారా గుర్తించబడతాయి. ఇది ఎక్కువ mRNA మరియు ప్రోటీన్‌లను ఉత్పత్తి చేయడం ద్వారా కణాన్ని వృద్ధి చేస్తుంది. mRNA ట్రాన్స్క్రిప్షన్ ద్వారా డిఎన్ఏ నుండి ఉత్పత్తి అవుతుంది. ఈ mRNA అనువాదం అనే ప్రక్రియ ద్వారా ప్రోటీన్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.

ఈ ప్రోటీన్లను కణ చక్ర నియంత్రకాలు అని కూడా అంటారు. ఈ వర్గంలోని ముఖ్య ప్రోటీన్లు సైక్లిన్లు మరియు సైక్లిన్ డిపెండెంట్ కైనేసెస్ (CDKలు). సైక్లిన్‌లు మరియు CDKలు కణ చక్రం యొక్క ప్రధాన డ్రైవర్‌లుగా పరిగణించబడతాయి. అవి కణ చక్రం యొక్క సానుకూల నియంత్రకాలు. దీనికి విరుద్ధంగా, కణ చక్రం యొక్క ప్రతికూల నియంత్రకాలు కూడా ఉన్నాయి. ఉదాహరణకు, సెల్ సైకిల్ చెక్‌పాయింట్లు (తనిఖీ కేంద్రాలు) కణ చక్రమును ప్రతికూలంగా నియంత్రిస్తాయి.

నిర్దిష్ట CDKలు వారి భాగస్వామి సైక్లిన్‌ల ద్వారా యాక్టివేట్ చేయబడతాయి. సక్రియం చేయబడిన CDKలు ఇతర ప్రోటీన్‌లకు ఫాస్ఫోరిల్ సమూహం (PO₃) చేరికను ఉత్ప్రేరకపరచగల ఎంజైమ్‌లు. దీనినే ఫాస్ఫోరైలేషన్ అంటారు.

G1లో, సైక్లిన్ D ప్రధాన సైక్లిన్. ఇది CDK4/6ని సక్రియం చేస్తుంది, ఇది రెటినోబ్లాస్టోమా ప్రోటీన్ (Rb)ని ఫాస్ఫోరైలేట్ చేస్తుంది.

Rb యొక్క ఫాస్ఫోరైలేషన్ అనేది సెల్ చక్రం కొనసాగడానికి సానుకూల సంకేతం. ఇది సైక్లిన్ E ఉత్పత్తిని సూచిస్తుంది, ఇది CDK2ని సక్రియం చేస్తుంది. కణం తదుపరి దశ, S దశ లేదా సంశ్లేషణ దశకు వెళ్లడానికి ఇది ఒక సంకేతం.

CDK2 కార్యాచరణ సెల్ చక్రం యొక్క ప్రతికూల నియంత్రకం, APC/C (అనాఫేస్ ప్రమోటింగ్ కాంప్లెక్స్/సైక్లోజోమ్)ను తొలగిస్తుంది. APC/C మైటోసిస్ యొక్క అనాఫేస్ దశని ప్రోత్సహిస్తుంది, అయితే కణం S దశలోకి వెళ్లడానికి G1లో దీనిని తీసివేయాలి. APC/Cని తీసివేయడం అనేది కణ చక్రంలో నియంత్రణ పాయింట్. APC/C తీసివేయబడిన తర్వాత, కణాలు S దశలోకి ప్రవేశించడానికి తిరిగి పొందలేని విధంగా కట్టుబడి ఉంటాయి, వాటి డిఎన్ఏ ని ప్రతిబింబిస్తాయి మరియు రెండు కుమార్తె కణాలుగా విభజించబడతాయి.

G1లో, కణాలు ప్రతిరూపణ యొక్క మూలాలను గుర్తించడం ద్వారా డిఎన్ఏ ప్రతిరూపణకు సిద్ధమవుతాయి. భారీ జన్యువును కలిగి ఉన్న మానవుల వంటి జీవులలో, కణాలకు వాటి డిఎన్ఏ ప్రతిరూపణకు బహుళ ప్రతిరూపణ మూలాలు అవసరం.

సైక్లిన్-ఆధారిత కినాసెస్ (CDKలు) సెల్ చక్రం యొక్క డ్రైవర్లు. CDKలు వారి భాగస్వామి సైక్లిన్‌ల ద్వారా యాక్టివేట్ చేయబడతాయి. © సంపత్ అమితాష్ గాధి.

S దశ

కణ చక్రం యొక్క S దశలో, జన్యువు యొక్క నకిలీని ఉత్పత్తి చేయడానికి డిఎన్ఏ ప్రతిరూపం పొందుతుంది. డిఎన్ఏ ప్రతిరూపణ డిఎన్ఏ యొక్క కొత్త, ఒకే విధమైన కాపీని సంశ్లేషణ చేయడానికి కణం యొక్క డిఎన్ఏ ని ఒక టెంప్లేట్‌గా ఉపయోగిస్తుంది.

G1 చివరిలో CDK2 యొక్క క్రియాశీలత డిఎన్ఏ ప్రతిరూపణ యొక్క ప్రారంభాన్ని ప్రోత్సహించడం ద్వారా కణాలను S దశకు నెట్టివేస్తుంది.

S దశ ముగిసిన తర్వాత, డిప్లాయిడ్ క్రోమోజోమ్‌లు (సంఖ్యలో 46) రెండింతలు పెరిగి 92 అవుతుంది.

మానవ జన్యువు క్రమం 3.2 వందల కోట్ల బేస్ జతల పొడవు. S దశలో, ఈ మొత్తం డిఎన్ఏ క్రమం ఒకేలా, నకిలీ డిఎన్ఏ క్రమాన్ని సృష్టించడానికి కాపీ చేయబడుతుంది.

మన వంటి సంక్లిష్ట జన్యువులలో, డిఎన్ఏ ప్రతిరూపణ యొక్క బహుళ మూలాల నుండి ప్రతిరూపం పొందుతుంది. ప్రతి మూలం వద్ద, డబుల్ స్ట్రాండెడ్ డిఎన్ఏ రెండు సింగిల్ స్ట్రాండెడ్ డిఎన్ఏ అణువులకు తెరవ బడుతుంది. డిఎన్ఏ యొక్క కాంప్లిమెంటరీ స్ట్రాండ్‌ను సంశ్లేషణ చేయడానికి ఈ సింగిల్-స్ట్రాండ్ డిఎన్ఏ లు టెంప్లేట్‌గా ఉపయోగించబడుతాయి. కొత్తగా సంశ్లేషణ చేయబడిన కుమార్తె డిఎన్ఏ తంతువులు తల్లిదండ్రుల డిఎన్ఏ టెంప్లేట్ యొక్క ఒకేలా కాపీ అవుతుంది.

G2 దశ

డిఎన్ఏ ప్రతిరూపణ పూర్తయిన తర్వాత, కణాలు G2 దశలో పెరుగుతూనే ఉంటాయి. కణాలు DNA ప్రతిబింబాలను వేరు చేయడానికి సిద్ధమవుతాయి. ఈ ప్రక్రియ కూడా CDKలచే మధ్యవర్తిత్వం చేయబడింది.

G2లో, CDK2 కార్యాచరణ గరిష్ట స్థాయికి చేరుకుంటుంది మరియు సైక్లిన్ B (G2 సైక్లిన్) ఉత్పత్తిని ప్రేరేపిస్తుంది. సైక్లిన్ B CDK1ని సక్రియం చేస్తుంది, ఇది మైటోసిస్‌కు అవసరమైన ప్రోటీన్‌లను సక్రియం చేయడం ద్వారా మైటోసిస్ కోసం కణాలను సిద్ధం చేస్తుంది.

మైటోసిస్

మైటోసిస్‌లో, S దశలో నకిలీ చేయబడిన క్రోమోజోమ్‌లు చివరకు రెండు కుమార్తె కణాలుగా విభజించబడతాయి.

మైటోసిస్ ఉప దశలుగా విభజించబడుతుంది:

1. ప్రొఫేస్ - డిఎన్ఏ క్రోమోజోమ్‌లుగా ఘనీభవించడం ప్రారంభిస్తుంది
2. ప్రోమెటాఫేస్ - స్పిండిల్ అని పిలువబడే ఫైబర్‌ల వంటి దారం ఏర్పడి క్రోమోజోమ్‌లకు కట్టుబడి ఉంటుంది
3. మెటాఫేస్ - డిఎన్ఏ పూర్తిగా ఘనీభవించి క్రోమోజోమ్‌లుగా కనిపిస్తుంది
4. అనాఫేస్ - క్రోమోజోమ్‌లు స్పిండిల్ ఫైబర్‌లను ఉపయోగించి కణం యొక్క రెండు వ్యతిరేక భుజాలుగా విభజించబడుతాయి
5. టెలోఫేస్ - కణం యొక్క ప్రతి వైపు క్రోమోజోమ్‌ల చుట్టూ ఒక కేంద్రకం ఏర్పడుతుంది

సైటోకినిసిస్

మైటోసిస్ తరువాత, కణంలో రెండు కేంద్రకాలు ఏర్పడతాయి. అటువంటి కణాన్ని బైన్యూక్లియేట్ కణం అంటారు.

టెలోఫేస్ తర్వాత మరియు సైటోకినిసిస్ సమయంలో, బైన్యూక్లియేట్ కణం రెండు కుమార్తె కణాలుగా విభజిస్తుంది. ఇది కణ చక్రాన్ని పూర్తి చేస్తుంది. కొత్తగా ఏర్పడిన కుమార్తె కణాలు కొత్త కణ చక్రంలోకి ప్రవేశించగలవు.

మైటోసిస్ అనేది కణ చక్రం యొక్క చివరి దశ. మైటోసిస్‌లో, S దశలో నకిలీ చేయబడిన డిఎన్ఏ క్రోమోజోమ్‌లుగా నిర్వహించబడుతుంది. ఈ క్రోమోజోములు చివరికి రెండు కుమార్తె కణాలుగా విభజించబడుతాయి. మైటోసిస్ యొక్క ఉప దశలు కూడా సూచించబడ్డాయి. © సంపత్ అమితాష్ గాధి.

కణ చక్రం తనిఖీ కేంద్రాలు

కణ చక్రం తనిఖీ కేంద్రం (సెల్ సైకిల్ చెక్‌పాయింట్) అనేది సెల్యులార్ సిగ్నలింగ్ ప్రక్రియ, ఇది బాధాకరమైన సంఘటనలలో కణ చక్రమును విరమిస్తుంది. ఇది సైక్లిన్‌లు మరియు CDKలతో సహా చెక్‌పాయింట్ ప్రోటీన్‌ల ద్వారా మధ్యవర్తిత్వం చేయబడుతుంది. మరొక ప్రసిద్ధ కణ చక్రం తనిఖీ కేంద్రం ప్రోటీన్ p53.

కణ చక్రం యొక్క వివిధ దశలలో తనిఖీ కేంద్రాలు ఉంటాయి.

G1/S పరివర్తన సమయంలో ఒక తనిఖీ కేంద్రం ఉంటుంది. ఈ తనిఖీ కేంద్రం G1 నుండి S దశకు కణ చక్రం పరివర్తన సమయంలో డిఎన్ఏ గాయాల కోసం పర్యవేక్షిస్తుంది. ఈ తనిఖీ కేంద్రం సక్రియం చేయబడితే, కణాలు G1లో నిర్బందించబడుతాయి మరియు S దశలోకి ప్రవేశించవు. G1 తనిఖీ కేంద్రం కూడా CDKలు మరియు p53 ద్వారా మధ్యవర్తిత్వం చేయబదాతుంది. కణ చక్రం యొక్క దీర్ఘకాలిక నిర్బంధం అపోప్టోసిస్ అనే కణ ఆత్మహత్య ప్రక్రియ యొక్క క్రియాశీలతకు దారి తీస్తుంది.

అయితే, G1 తనిఖీ కేంద్రమును దాటిన తర్వాత, కణం కోలుకోలేని విధంగా విభజనకు కట్టుబడి ఉంటుంది. అంటే, G1 తనిఖీ కేంద్రమును దాటిన సెల్ G0 దశలోకి ప్రవేశించదు.

S దశలో డిఎన్ఏ ప్రతిరూపణను పర్యవేక్షించే తనిఖీ కేంద్రాన్ని ఇంట్రా-S-దశ తనిఖీ కేంద్రం అంటారు. డిఎన్ఏ సంశ్లేషణ సమయంలో ఎటువంటి ‘ఖాళీలు’ మిగిలి ఉండకుండా ఇది నిర్ధారిస్తుంది.

G2లో, ఏదైనా ప్రతిరూపం లేని లేదా దెబ్బతిన్న డిఎన్ఏ కనుగొనబడినట్లయితే తనిఖీ కేంద్రం సక్రియం చేయబడుతుంది. ఇది G2 తనిఖీ కేంద్రం. ఇది కణ చక్రమును నిలిపివేస్తుంది మరియు దెబ్బతిన్న డిఎన్ఏ కి మరమ్మతు ప్రొటీన్‌లను నియమిస్తుంది. డిఎన్ఏ మరమ్మతు పూర్తయిన తర్వాత, తనిఖీ కేంద్రం ప్రక్రియ ఆగిపోతుంది మరియు కణ చక్రం తిరిగి ప్రారంభమవుతుంది.

మైటోసిస్‌లోని తనిఖీ కేంద్రమును M చెక్‌పాయింట్ లేదా స్పిండిల్ తనిఖీ కేంద్రం అంటారు. ఇది సరైన క్రోమోజోమ్ అమరిక కోసం తనిఖీ చేస్తుంది. ఇది స్పిండిల్ ఫైబర్స్ సరైన విభజన కోసం క్రోమోజోమ్‌లకు జోడించబడిందని నిర్ధారిస్తుంది.

క్రింద కణ చక్రం యొక్క తనిఖీ కేంద్రముల సారాంశం వ్రాసాను.

G1/S తనిఖీ కేంద్రం

• పెరుగుదల సంకేతాలు మరియు కణం ఒక్క పరిమాణం కోసం పర్యవేక్షన
• డిఎన్ఏ ప్రతిరూపణ మరియు డిఎన్ఏ గాయాల పర్యవేక్షన

ఇంట్రా S తనిఖీ కేంద్రం

• డిఎన్ఏ ప్రతిరూపణ సమయంలో గాయాల పర్యవేక్షన

G2 తనిఖీ కేంద్రం

• ప్రతిరూపం లేని మరియు దెబ్బతిన్న డిఎన్ఏ యొక్క పర్యవేక్షన

M తనిఖీ కేంద్రం (స్పిండిల్ తనిఖీ కేంద్రం)

• సరైన క్రోమోజోమ్ అమరిక కోసం పర్యవేక్షన
• సరైన స్పిండిల్ ఫైబర్ జతపరచన కోసం పర్యవేక్షన

కణ చక్రం తనిఖీ కేంద్రాలు. కణ చక్రం యొక్క తదుపరి దశ కోసం కణం సిద్ధంగా ఉందని నిర్ధారించడానికి ప్రతి తనిఖీ కేంద్రం నాణ్యత తనిఖీగా పనిచేస్తుంది. © సంపత్ అమితాష్ గాధి.

కణ చక్రం వ్యవధి

కణ చక్రం యొక్క ప్రతి దశ వ్యవధి వివిధ రకాల కణాలలో మారుతూ ఉంటుంది.

ఒక సాధారణ మానవ కణ చక్రం సుమారు 24 గంటలు ఉంటుంది. G1 9 నుండి 11 గంటల వరకు ఉంటుంది. S దశ 8 నుండి 10 గంటల వరకు ఉంటుంది. G2 సుమారు 4 గంటలు మరియు మైటోసిస్ ఒక గంట వరకు.

ఇంటర్‌ఫేస్ అనేది సెల్ చక్రం యొక్క పొడవైన దశ.

సారాంశం

ఈ వ్యాసంలో, నేను కణ చక్రం యొక్క పరిచయ అవలోకనాన్ని అందించాను. నేను కణ చక్రం యొక్క దశలను మరియు ప్రతి దశలో ఏమి జరుగుతుందో క్లుప్తంగా వివరించాను. ఇంకా, కణ చక్రం సైక్లిన్‌లు, CDKలు మరియు కణ చక్రం యొక్క ఇతర రెగ్యులేటర్‌ల ద్వారా కణ చక్రం ఎలా నియంత్రించబడుతుందో కూడా నేను పరిచయం చేసాను. నేను కణ చక్రం తనిఖీ కేంద్రాలను పరిచయం చేసాను మరియు కణాలు విభజించడానికి ముందు అవి నాణ్యత నియంత్రణ తనిఖీలుగా ఎలా పనిచేస్తాయి కూడా వివరించాను. ఈ తనిఖీలు మ్యుటేషన్‌లను (ఉత్పరివర్తనలు) తదుపరి తరానికి పంపకుండా నిరోధించడంలో సహాయపడతాయి.

ఈ కథనం కణ చక్రం గురించి తెలుసుకోవడం ప్రారంభించిన పాఠకుల కోసం ఉద్దేశించబడింది. కణ చక్రం యొక్క సమగ్ర అవలోకనాన్ని అందించానని నేను ఆశిస్తున్నాను.

రచయితలు

రచయిత

సంపత్ అమితాష్ గాది, పిఎచ్.డి.

సంపత్ యూనివర్శిటీ ఆఫ్ కోపెన్‌హాగన్‌లో డిఎన్ఏ పరిశోధకుడిగా పనిచేస్తున్నారు. మానవ కణాలలో డిఎన్ఏ గాయాలను ఎదుర్కోవడానికి ప్రోటీన్‌లు మరియు ప్రోటీన్‌లలో సిగ్నలింగ్ ఎలా సహాయపడతాయనే దానితో అతని పరిశోధన వ్యవహరిస్తుంది.