अध्याय - 4

कोशिका चक्र, कोशा विभाजन तथा कोशिका संकेतक

(Cell Cycle, Cell Division and Cell Signalling)

प्रश्न- कोशिका चक्र से आप क्या समझते हैं? इण्टरफेज में पायी जाने वाली कोशिका चक्र की विभिन्न प्रावस्थाओं का वर्णन कीजिए।

सम्बन्धित लघु उत्तरीय प्रश्न
1. निम्नलिखित पर टिप्पणी लिखिए:
(i) M प्रावस्था
(ii) Gro प्रावस्था
(iii) कोशिका चक्र |

उत्तर -

कोशिका चक्र
(Cell Cycle)

कोशिका चक्र किसी कोशिका के जीवन काल में होने वाली घटनाओं का वह सम्पूर्ण क्रम है जो एक केन्द्रकीय विभाजन के अंत से लेकर अगले केन्द्रीय विभाजन के प्रारम्भ होने के मध्य घटित होता है। यह चक्र कोशिका के बनने से प्रारम्भ होता है और उस कोशिका के विभाजन के पूरा होने तक रहता है। संतति कोशाएं वृद्धि करती हैं और वृद्धि की चरम सीमा पर पहुँच कर विभाजित होती हैं। अतः सभी विभाजित होने वाली कोशिकाओं को कोशिका चक्र से गुजरना पड़ता है। कोशिका चक्र की विभिन्न अवस्थाओं की खोज हॉवर्ड (Haward) तथा पेल्क (Pelc) ने 1953 में की थी। कोशिका चक्र को निम्न दो अवस्थाओं में बाँटा जा सकता है।

(i) वृद्धि या इण्टरफेज या नॉन-विभाजन प्रावस्था (growth or interphase or non- division phase)
(ii) विभाजन प्रावस्था (division phase)

ये दोनों प्रावस्थाएँ मिलकर कोशिका चक्र का निर्माण करती हैं अर्थात् इन दोनों प्रावस्थाओं को सम्मिलित रूप से कोशिका चक्र कहते हैं।

कोशिका चक्र का समय ठीक प्रकार से निर्धारित करने के लिए प्रायः सिनेमेटोग्राफी (cinematographic) विधि का प्रयोग किया जाता है स्तनधारियों की विभिन्न कोशिकाओं के कोशिका चक्र के समय में अनेक भिन्नताएँ पायी जाती हैं। शरीर की अधिकांश कोशिकाओं में कोशिका चक्र की अवधि प्रायः 20 घण्टे या इससे भी अधिक होती है, परन्तु कुछ कशिकाओं में कोशिका चक्र की अवधि 11 या 12 घण्टे की होती है।

1. कोशिका की इण्टरफेज या वृद्धि या नॉन-विभाजन फेज (Interphase or Growth Phase or Non-division Phase of Cell) : दो सूत्री विभाजनों या दो क्रमिक विभाजनों के बीच की विश्रामावस्था को इण्टरफेज कहते हैं जो कि कोशिका चक्र की प्रथम अवस्था है। इस अवस्था के अन्तर्गत कोशिका में गुणसूत्र तथा कोशिकाद्रव्य का कोई विभाजन नहीं होता लेकिन केन्द्रक तथा कोशिकाद्रव्य उपापचयिक रूप से काफी सक्रिय अवस्था में रहते हैं, अर्थात् इस समय में कोशिका पुनः विभाजन के लिये अपनी तैयारी करती है। इस अवस्था को प्रारम्भिक प्रावस्था (preparatory phase) भी कहते हैं। शरीर की कोशिकाएँ अपने जीवनकाल का अधिकांश समय इसी अवस्था में व्यतीत करती हैं तथा इसी अवस्था के अन्तर्गत कोशिका में जैव संश्लेषण (biosynthesis) सम्बन्धी क्रियाएँ उच्च सीमा पर होती है। इसीलिए कोशिका को इस प्रावस्था को मेटाबोलिक प्रावस्था (metabolic phase) भी कहते हैं। इस प्रावस्था के अन्तर्गत कोशिका में उपस्थित गुणसूत्र का द्विगुणन (duplication) होता है तथा कोशिका विभाजन हेतु आवश्यक सभी पदार्थों का संश्लेषण तथा संचयन होता है अर्थात् कोशिका में न्यूक्लियर तथा साइटोप्लाजिक पदार्थों की मात्रा में वृद्धि होती है जिससे कोशिका आयतन में बढ़ जाती है। स्तनियों की तन्त्रिका कोशिकाएँ (neurons or nerve cell) जिनमें कोशिका विभाजन क्रिया अनुपस्थित होती है, अपना सम्पूर्ण जीवनकाल इसी इण्टरफेज अवस्था में व्यतीत करती है।

कोशिका चक्र को संश्लेषण क्रियाओं के आधार पर निम्न प्रावस्थाओं (प्रावस्था phases) या में विभाजित किया गया है -

(i) Go प्रावस्था (Go Phase)- कोशिका चक्र की यह सुप्तावस्था (dormancy phase) :  है। इस अवस्था में कोशिका कोई भी कार्य सम्पादित नहीं करती है। अधिकांश स्तनधारियों की कोशिकाओं में यह प्रावस्था बहुत सामान्य रूप से पायी जाती है। कोशिकाएँ जो सदैव Go अवस्था में रहती हैं, पोस्ट- माइटोटिक कोशिकाएँ कहलाती हैं।

स्तनियों के शरीर की यदाकदा विभाजित होने वाली कोशिकाएँ जैसे रुधिर की लिम्फोसाइट्स कोशिकाएँ तथा कभी विभाजित न होने वाली कोशिकाएँ जैसे तन्त्रिका कोशिकाएँ, का कोशिका चक्र Go प्रावस्था में रुक जाता है। इस प्रावस्था में यदि शारीरकीय परिस्थितियाँ परिवर्तित होती हैं तो कोशिका Go प्रावस्था से G प्रावस्था में प्रवेश कर जाती है।

(ii) G1 प्रावस्था या पोस्ट माइटॉटिक फेज (G1 - phase or Post-mitotic Phase) : यह प्रावस्था इण्टरफेज की प्रथम उपावस्था है जो कोशिका में कोशिका विभाजन के तुरन्त बाद पायी जाती है। इस उपावस्था के अन्तर्गत कोशिका में प्रोटीन एवं RNA का संश्लेषण होता है। इस प्रावस्था में DNA संश्लेषण के लिये आवश्यक विकरों, m-RNA, t-RNA, राइबोसोम्स तथा प्रोटीन्स का सक्रिय रूप से संश्लेषण एवं संग्रह होता है। साथ ही DNA के नाइट्रोजन क्षारों का भी संश्लेषण एवं संग्रह होता है। इस उपावस्था में गुणसूत्र लम्बे व पतले (extended and slender) तथा एक-दूसरे पर लिपटे रहते हैं तथा ये अधिक स्टेन नहीं लेते।,

इण्टरफेज में G1 प्रावस्था का समय निश्चित नहीं होता। इसका समय कोशिकाओं की फिजियोलॉजिकल प्रावस्था के अनुसार भिन्न-भिन्न होता है। लेकिन इसमें कोशिका चक्र के पूर्ण समय का 30-40% समय लगता है। स्तनियों की ऐसी कोशिकाओं में जिनका कोशिका चक्र 16 घण्टे में पूरा होता है, इस प्रावस्था की अवधि सामान्यतः 5 घण्टे की होती है।

इस प्रकार G1 - प्रावस्था कोशिका चक्र के नियमन में एक अत्यन्त महत्वपूर्ण परिस्थिति का निर्माण करती है क्योंकि इसी प्रावस्था में यह निर्णय होता है कि कोशिका पुनः विभाजन के लिये तैयारी होगी या यह Go में प्रविष्ट होगी।

(iii) S-प्रावस्था या DNA संश्लेषण की प्रावस्था (S-Phase or Phase of DNA Synthesis) : यह प्रावस्था G1 प्रावस्था के बाद प्रारम्भ होती है। S-प्रावस्था में कोशिका में DNA का संश्लेषण या द्विगुणन होता है जो कोशिका विभाजन के लिये अत्यन्त आवश्यक है। DNA के अतिरिक्त इस प्रावस्था में कोशिका उन विशेष प्रोटीनों (हिस्टोन्स) का भी संश्लेषण करती है जो DNA से सम्बन्धित होती है। इस प्रावस्था में कोशिका चक्र के पूर्ण समय का 30 से 50% समय लगता है।

कोशिका चक्र के दौरान आणविक परिवर्तन

DNA का द्विगुणन (Duplication or Replication of DNA) : समसूत्री विभाजन के बाद एक मातृ कोशिका (mother cell) विभाजन के उपरान्त दो समान पुत्री कोशिकाओं (daughter cells) को उत्पन्न करती है। इस क्रिया में मातृ कोशिका का प्रत्येक गुणसूत्र लम्बाई में बँटकर दो अर्द्धगुणसूत्र या क्रोमेटिड्स (chromatids) को जन्म देता है। मातृ कोशिका तथा पुत्री कोशिकाओं में DNA के गुण तथा मात्रा का समान होना अनिवार्य है। इसीलिये मातृ कोशिका में विभाजन से DNA का संश्लेषण और उसका द्विगुणन होना अनिवार्य है। अतः प्रत्येक अर्द्ध-गुणसूत्र अपना जोड़ा पूरा करता है जिससे पुनः पूर्ण गुणसूत्र बन जाता है। DNA की मात्रा का द्विगुणन कोशिका चक्र या कोशिका विभाजन का मूल सिद्धान्त है।

DNA के द्विगुणन की आवश्यक सामग्री का संश्लेषण कोशिका में G, प्रावस्था में पूर्ण हो जाता है। यह सामग्री वही चार प्रकार के न्यूक्लिओटाइड्स हैं जिनसे DNA अणु का संश्लेषण होता है। DNA अणु न्यूक्लिओटाइड्स का एक बड़ा पॉलीमर है जिसमें दो पॉलीमर न्यूक्लिओटाइड्स श्रृंखलाएँ एक जुड़वाँ कुण्डलिनी (twin helix) के रूप में लिपटी रहती हैं। दोनों श्रृंखलाओं के न्यूक्लिओटाइड्स के नाइट्रोजन क्षार अन्दर की ओर आमने-सामने हाइड्रोजन बन्धों से जुड़े रहते हैं जबकि बाहर की ओर फॉस्फोरिक अम्ल के द्वारा द्विगुणन के समय कुछ एन्जाइमों द्वारा बन्ध एक-एक करके टूटते जाते हैं. जिससे DNA की कुण्डलिनी (helix) की दोनों श्रृंखलाएँ एक-दूसरे से अलग हो जाती हैं।

कोशिका चक्र के दौरान गुणसूत्र में परिवर्तन

कोशिका में एडीनीन = A थाइमीन = T, साइटोसीन = C, तथा ग्वानीन = G के न्यूक्लिओटोइड्स स्वतन्त्र अवस्था में मिलते हैं जो DNA पॉलीमरेज एन्जाइम्स के द्वारा उत्प्रेरित होकर DNA की एक अर्द्ध-श्रृंखला की ओर आकर्षित होते हैं। अर्द्ध-श्रृंखला में एक स्थान पर यदि साइटोसीन C का न्यूक्लिओटाइड है तो उसके सामने ग्वानीन = G न्यूक्लिओटाइड और यदि एडीनीन = A का न्यूक्लिओटाइड है तो उसके सामने थाइमीन = T का न्यूक्लिओटाइड आकर्षित होता है, इस प्रकार दोनों अर्द्ध-श्रृंखला आपस में हाइड्रोजन बन्धों द्वारा जुड़ती चली जाती हैं। इस प्रकार DNA की प्रत्येक अर्द्ध- श्रृंखला पूर्ण सर्पिल श्रृंखला में परिवर्तित हो जाती है।

(iii) G2 - प्रावस्था या प्री-माइटॉटिक या द्वितीय वृद्धि प्रावस्था (Gg - Phase or Premitotic or Second Growth Phase) : कोशिका में गुणसूत्रीय DNA के संश्लेषण के उपरान्त तथा कोशिका विभाजन के प्रारम्भ के अन्तराल को G2- प्रावस्था या द्वितीय वृद्धि प्रावस्था कहते हैं, जो कोशिका में S - प्रावस्था के पश्चात् प्रारम्भ होती है। इस प्रावस्था में कोशिका के केन्द्रक में सामान्य से दोगुनी मात्रा गुणसूत्रीय DNA की उपस्थिति होती है। अतः केन्द्रक के आयतन में वृद्धि होती है। गुणसूत्र का संघनन भी इसी प्रावस्था में प्रारम्भ हो जाता है। इस प्रावस्था में कोशिका, कोशिका विभाजन हेतु न्यूक्लियर RNA, राइबोसोमल RNA तथा उन विशेष प्रोटीन्स का संश्लेषण करती है जिनसे केन्द्रक या माइटॉटिक स्पिण्डिल (nuclear or mitotic spindle) का निर्माण होता है। अतः G2 - प्रावस्था में कोशिका विभाजन के लिये अन्तिम तैयारी करती है जिसके बाद वह विभाजन प्रावस्था में प्रवेश करती है। इस प्रावस्था में कोशिका चक्र के पूर्ण समय का 10-20% समय लगता है।

2. कोशिका की विभाजन प्रावस्था या माइटॉटिक प्रावस्था या अथवा D-फेज (Division or Mitotic or M or D phase of Cell) : यह प्रावस्था कोशिका चक्र की अन्तिम प्रावस्था है जो G2 - प्रावस्था के पश्चात् आती है। उपरोक्त तीनों प्रावस्थाओं में विभिन्न प्रकार के अणुओं का संश्लेषण करती हुई कोशिका पूर्ण वृद्धि प्राप्त कर लेती है। अब यह कोशिका चक्र की अन्तिम M - प्रावस्था में प्रवेश करके विभाजित होती है और दो पुत्री कोशिकाओं को जन्म देती है। इसमें माइटोसिस की वास्तविक क्रियाएँ- प्रोफेज, मेटाफेज, ऐनाफेज तथा टीलोफेज पायी जाती हैं। इस प्रावस्था में पूर्ण कोशिका चक्र का 5-10% समय लगता है।

कोशिका का इस प्रकार विभाजित होना एक निरन्तर प्रक्रिया के रूप में होता है, अतः इन सभी प्रक्रियाओं तथा परिवर्तनों के फलस्वरूप कोशिका के एक से दो में बँटने को कोशिका विभाजन (cell division) कहते हैं। इस प्रकार शरीर की कोशिकाओं में वृद्धि के साथ-साथ नयी कोशिकाएँ बनती रहती हैं। नयी कोशिकाएँ धीरे-धीरे वृद्धि करती हैं और फिर उनमें वही अवस्था आ जाती है अर्थात उनमें विभाजन होने लगता है। इस प्रकार कोशिकाओं का यह कोशिका चक्र चलता रहता है।

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