Mikä on solusykli?

Solusykli on prosessi, jossa solu kasvaa ja jakautuu luodakseen kopion itsestään. Jotkut organismit lisääntyvät yksinomaan tämän prosessin kautta, kun taas monisoluisessa monisoluisessa elämässä se sallii organismin kasvaa ja korvata soluja niiden kuluessa. Eläimillä kierto kestää noin 24 tuntia alusta loppuun useimmilla solutyypeillä, vaikka jotkut, kuten ihossa olevat, käyvät jatkuvasti läpi tämän syklin, kun taas toiset voivat jakautua harvoin, jos ollenkaan. Esimerkiksi neuronit eivät kasva ja jakautuvat, kun ne ovat kypsiä.

Organismit voidaan jakaa kahteen tyyppiin, joista jokaisella on oma solukiertonsa. Prokaryooteissa organismin geneettinen tieto koostuu yhdestä DNA-juosteesta, joka tunnetaan nimellä kromosomi, joka ei sisälly mihinkään erityiseen rakenteeseen. Bakteerit ovat esimerkkejä prokaryooteista yhdessä joidenkin muiden yksisoluisten organismien kanssa. Eukaryootit koostuvat kaikista monisoluisista organismeista, kuten kasveista ja eläimistä, sekä tietyntyyppisistä yksisoluisista elämänmuodoista. Ne eroavat prokaryooteista pääasiassa siinä, että niillä on ydin – itsenäinen rakenne, joka sisältää geneettistä materiaalia DNA:sta koostuvien kromosomien muodossa.

prokaryooteissa

Prokaryoottien lisääntyminen tunnetaan nimellä binäärifissio. Tässä prosessissa DNA, joka kelluu vapaasti solun sisällä, replikoituu. Kaksi uutta DNA-juostetta siirtyvät sitten solun vastakkaisiin päihin, jotka jakautuvat kahdeksi identtiseksi kopioksi, joista jokaisella on oma DNA; tämä jakautumisvaihe tunnetaan sytokineesina. Uudet solut kasvavat sitten, kunnes ne saavuttavat tietyn koon, ja jos olosuhteet ovat suotuisat, ne jakautuvat uudelleen aloittaen uuden syklin. Näille primitiivisille organismeille prosessi on yleensä erittäin nopea – ihanteellisissa olosuhteissa jotkut bakteerit jakautuvat 20 minuutin välein, mikä johtaa erittäin nopeaan lisääntymiseen.

eukaryootit

Eukaryoottisolut ovat monimutkaisempia kuin prokaryoottien solut, mikä tekee jakautumisesta monimutkaisempaa. Ytimen lisäksi niillä on useita muita rakenteita, jotka tunnetaan organelleina, joilla on erityisiä toimintoja ja jotka on myös kopioitava jakautumisen aikana. Eukaryoottisessa syklissä on useita erillisiä vaiheita, joista kaksi tärkeintä ovat interfaasi ja mitoosi.

Interfaasin aikana – joka on ylivoimaisesti pisin vaihe, joka vastaa suurimman osan 24 tunnin syklistä, joka on tyypillistä suurimmalle osalle eläinsoluista – solu kasvaa normaalisti ja kasvaa kokoonsa. Jakautumiseen liittyvät prosessit vaativat energiaa, ja välivaiheessa on kaksi jaksoa, joiden aikana energiaa varastoivan yhdisteen adenosiinitrifosfaatin (ATP) reservit kertyvät ja kasvu tapahtuu, erottaen DNA-kaksoistumisjakso ytimessä. Ensimmäinen kasvujakso tunnetaan nimellä Gap 1 (G1), ja se tapahtuu uusissa soluissa jakautumisen jälkeen. Tätä seuraa synteesivaihe (S), jonka aikana syntetisoidaan uusia DNA-juosteita, jotka ovat identtisiä alkuperäisten kanssa. Gap 2 (G2) -vaihe alkaa sitten ennen mitoosia.

Toisin kuin edellinen vaihe, mitoosi on suhteellisen lyhyt ja kestää tyypillisesti vain noin tunnin. Tämä on prosessi, jolla kaksi identtistä DNA-sarjaa erotetaan fyysisesti toisistaan, jolloin muodostuu kaksi sarjaa kromosomeja, jotka sitten vedetään solun eri päihin erillisten ytimien muodostamiseksi. Tämän vaiheen aikana myös organellit, kuten mitokondriot eläimissä ja kloroplastit kasveissa, jakautuvat. Näillä rakenteilla on oma DNA, joka replikoituu samalla tavalla kuin prokaryooteissa, mikä saa jotkut tutkijat uskomaan, että ne saattoivat joskus olla itsenäisiä prokaryoottisia organismeja, jotka liitettiin eukaryoottisoluihin jossain vaiheessa kaukaisessa menneisyydessä.
Viimeinen vaihe on sytokineesi. Silloin jakaantuminen kahteen erilliseen yksikköön todella tapahtuu. Eläimillä vastakkaiset soluseinät vedetään toisiaan kohti noin keskipisteessä, kunnes ne kohtaavat, muodostaen kaksi yksikköä, jotka irtoavat toisistaan. Kasveissa jakautumiskohtaan rakennetaan uusi soluseinä, joka erottaa kaksi uutta solua.

Sääntely ja virheet
Jokaista syklin osaa säätelevät proteiinit, jotka kertovat solulle, mitä tehdä. Näitä proteiineja käytetään myös interfaasin aikana varmistamaan, että olosuhteet ovat sopivat jakautumiselle. Jos ravintoaineita ei ole riittävästi tai muita ongelmia tunnistetaan, nämä proteiinit antavat solulle signaalin pysyä lepotilassa ja odottamassa olosuhteiden paranemista, pikemminkin kuin risteytysvartija jakautumiselle.
Virheitä voi tapahtua ja tapahtuu prosessin aikana. Joskus tietoja ei kopioida tarkasti välivaiheen aikana, ja genomiin syntyy virheitä. Nämä virheet voivat osoittautua solulle kohtalokkaaksi tai ne voivat olla vaarattomia. Ne voivat myös johtaa syöpään, jossa virhe aiheuttaa toistuvan replikaation ja hallitsemattoman jakautumisen ilman tarkastuksia, muodostaen kasvaimen.

Onneksi on proteiineja, jotka voivat pysäyttää prosessin, jos DNA:n replikaatiossa on virheitä. Joissakin tapauksissa jakoprosessi keskeytetään, jotta DNA voidaan korjata, minkä jälkeen se voi jatkua. Toisissa maissa, joissa DNA on pahasti vaurioitunut, nämä proteiinit voivat aiheuttaa solun kuoleman, jotta estetään viallisen DNA:n lisääntyminen. Syöpä on usein seurausta DNA:n muutoksista, jotka estävät näiden proteiinien oikean toiminnan, jolloin solut, joissa on vaurioitunut DNA, saavat lisääntyä.