पेशी चक्र (Cell Cycle)

पेशी चक्र म्हणजे पेशींमध्ये क्रमाने घडणाऱ्या घटना, ज्यांच्याद्वारे एका पेशीचे विभाजन होऊन दोन पेशी तयार होतात. जी पेशी विभाजित होते तिला ‘जनक पेशी’ म्हणतात आणि तयार झालेल्या पेशींना ‘जन्य (अपत्य) पेशी’ म्हणतात. पेशी चक्राला ‘पेशी विभाजन चक्र’ असेही म्हणतात. प्रत्येक दिवशी, प्रत्येक तासाला, प्रत्येक सेकंदाला आपल्या शरीरात काही पेशींचे विभाजन अविरतपणे चालू असते. पेशी विभाजनामुळे एका पेशीपासून दोन पेशी, दोन पेशींपासून चार पेशी, चारापांसून आठ पेशी, अशा गुणोत्तर श्रेणीने पेशी तयार होतात. पेशींचे विभाजन होण्याची क्षमता ही सजीवांची अनन्य क्षमता असते.

पेशींचे विभाजन अनेक कारणांनी घडून येते. जसे, जेव्हा एखादी जखम होते, दुखापत होते तेव्हा त्या भागातील हानिग्रस्त व मृत पेशी बदलण्यासाठी निरोगी पेशी विभाजित होतात. शरीरातील जुन्या पेशी नैसर्गिकरीत्या मृत होतात, पेशी विभाजनाद्वारे त्यांची जागा नवीन पेशी घेतात. सजीवांची वाढ पेशी विभाजन झाल्यामुळे होते. सजीवांची वाढ होते तेव्हा पेशींचे विभाजन होत राहून पेशींची संख्या वाढत जाते; पेशी विभाजनामुळे पेशींचे आकारमान वाढत नाही. पेशी विभाजनामुळे एखाद्या फलित अंडपेशीपासून एक पूर्णविकसित सजीव तयार होऊ शकतो. मानवी शरीरात सु. दोन लाख कोटी एवढ्या पेशी दररोज विभाजित होत असतात.

पेशी विभाजनाद्वारे त्वचा, केस, रक्त, शरीरातील इंद्रिये यांचे नवीकरण होत असते. मानवी त्वचेच्या पेशी दर मिनिटाला ३०,०००–४०,००० पेशी मृत होऊन गळतात. त्वचेच्या गळलेल्या या पेशींची जागा घेण्यासाठी नवीन पेशी सतत निर्माण होत असतात. याचाच अर्थ, दर दिवशी त्वचेतील सु. ५ कोटी पेशी मृत होत असतात. एवढ्या मोठ्या प्रमाणावर मृत झालेल्या पेशींची संख्या भरून निघण्यासाठी पेशींचे विभाजन होणे आवश्यक असते. शरीरातील अन्य काही पेशी मात्र, उदा. चेतापेशी व मेंदूतील पेशी अतिशय कमी प्रमाणात विभाजित होतात.

पेशी विभाजनाची क्रिया अनियंत्रित होऊ नये किंवा पेशीची जनुकीय हानी झाली असल्यास ती ओळखून आवश्यक दुरुस्ती केली जावी यासाठी पेशीचक्रांचे नियमन होणे आवश्यक असते. या नियमनाच्या क्रियेत अनेक टप्पे असतात आणि त्यांचा विशिष्ट क्रम असतो. हे नियमन पेशींनी एकमेकांना पाठविलेल्या संदेशवहनामुळे होते. हे संदेश म्हणजे रासायनिक संकेत असतात आणि सायक्लिन या विशिष्ट गटातील प्रथिनांपासून दिले जातात. हे संकेत एखादी कळ असावी तसे असतात आणि पेशी विभाजन कधी सुरू होणार, पेशी विभाजन कधी थांबणार इ. बाबी निश्चित करतात. सजीवांची वाढ होताना किंवा जखम बरी होत असताना पेशींचे विभाजन योग्य वेळी थांबणे आवश्यक असते; एका विशिष्ट टप्प्यावर पेशी विभाजन थांबले नाही तर कर्करोगासारखा गंभीर आजार उद्भवू शकतो.

बहुपेशीय सजीवांमध्ये पेशींचे दोन प्रकार असतात : (१) कायिक पेशी आणि (२) युग्मक पेशी. शरीरातील ऊती आणि इंद्रिये जसे त्वचा, स्नायू, फुप्फुसे, आतडे, केस इ. कायिक पेशींपासून बनलेली असतात. लैंगिक प्रजननात सहभागी होणाऱ्या अंडपेशी आणि शुक्रपेशी यांना युग्मक पेशी म्हणतात. कायिक पेशींमध्ये सूत्री विभाजन, तर युग्मक पेशींमध्ये अर्धसूत्री विभाजन होते. या दोन्ही पेशी विभाजनामध्ये एक मुख्य फरक असतो. सूत्री विभाजनामुळे तयार झालेल्या दोन्ही पेशींमध्ये गुणसूत्रांची संख्या समान म्हणजे जनक पेशींतील गुणसूत्रांच्या संख्येएवढीच (2n) असते आणि तयार झालेल्या दोन्ही पेशी एकरूप असतात. शरीराची वाढ, दुरुस्ती यांसाठी सूत्री विभाजन आवश्यक असते. अर्धसूत्री विभाजनात पेशी विभाजनाद्वारे तयार झालेल्या दोन पेशींमध्ये गुणसूत्रांची संख्या जनक पेशींमधील गुणसूत्रांच्या संख्येच्या निम्मी (n) असते. गुणसूत्रांची निम्मी झालेली संख्या लैगिंक प्रजननासाठी आणि जनुकीय विविधतेसाठी आवश्यक असते.

सूत्री विभाजनापासून तयार झालेल्या जन्य पेशी ‘द्विगुणीत (डिप्लॉइड)’ असतात. कारण तयार झालेल्या प्रत्येक जन्य पेशींमध्ये गुणसूत्रांचे दोन पूर्ण संच असतात. तसेच जन्य पेशींमध्ये त्यांच्या जनक पेशींतील डीएनएची हुबेहूब प्रतिकृती असल्याने सूत्री विभाजनाद्वारे जनुकीय विविधता निर्माण होऊ शकत नाही. अर्धसूत्री विभाजनापासून तयार झालेल्या जन्य पेशी ‘एकगुणित (हॅप्लॉइड)’ असतात. त्यांच्यात जनक पेशींमध्ये असलेल्या गुणसूत्रांच्या निम्मीच गुणसूत्रे असतात. जेव्हा नर आणि मादी यांच्याकडून आलेल्या युग्मकपेशींचा (अंडपेशी आणि शुक्रपेशी यांचा) संयोग होऊन अंडपेशीचे फलन होते तेव्हा गुणसूत्रांचा पूर्ण संच असलेली युग्मनज (झायगोट) पेशी तयार होते. यातील गुणसूत्रे दोन वेगळ्या सजीवांकडून आली असल्याने जनुकीय विविधता साध्य होते.

पेशी चक्राचे दोन मुख्य टप्पे असतात; आंतरप्रावस्था आणि विभाजन –

सूत्री विभाजन होणाऱ्या पेशींचे चक्र

अशा पेशींच्या विभाजनाच्या दोन टप्प्यांच्या दरम्यान आंतरप्रावस्था हा टप्पा असतो. सूत्री विभाजनाची सुरुवात केंद्रकाच्या विभाजनाने होते आणि पेशीद्रव्य विभाजनाने संपते. मानवाच्या कायिक पेशींमध्ये दिवसातून एकदा सूत्री विभाजन घडून येते आणि ते तासाभरात पूर्ण होते; म्हणजे या पेशींमध्ये आंतरप्रावस्था टप्प्याचा कालावधी सु. ९५% असतो. आंतरप्रावस्था टप्प्यात पेशी विभाजनासाठी तयार होत असते. या दरम्यान पेशींची वाढ आणि डीएनए प्रतिकरण घडून येते. आंतरप्रावस्था टप्प्याचे G₁ (वृद्धी_१), S (संश्लेषण), G₂ (वृद्धी_२) असे तीन टप्पे असतात.

G₁ टप्पा हा सूत्री विभाजन आणि डीएनए प्रतिकरण सुरू होण्यापूर्वीचा कालावधी असतो. या टप्प्यावर पेशीमध्ये चयापचयाच्या क्रिया घडतात आणि पेशीची वाढ होते. परंतु डीएनए प्रतिकरण घडून येत नाही. त्यानंतरच्या S टप्प्यात, डीएनए संश्लेषण घडून मूळ डीएनएची आणखी एक प्रत तयार होते. डीएनएच्या या प्रतिकरणात पेशीतील डीएनएचे प्रमाण दुप्पट होते. मात्र गुणसूत्राची संख्या दुप्पट न होता तीच राहते. प्राण्यांमध्ये या S टप्प्यात, पेशीद्रव्यातील तारककेंद्राचे प्रतिकरण होते. G₂ टप्प्यात, सूत्री विभाजनासाठी लागणारी प्रथिने तयार होतात आणि पेशीची वाढ चालू राहते.

प्रौढ प्राण्यांमध्ये हृदयपेशींसारख्या तसेच नेत्रभिंगातील काही पेशी विभाजित होत नाहीत. तसेच इतर काही पेशी विशिष्ट प्रसंगीच, जसे जखम झाल्यास किंवा पेशीमृत्यू झाल्यास, विभाजित होतात. अशा पेशी G₁ टप्प्यात भाग घेत नाहीत. त्यांच्या या टप्प्याचा G₀ असा उल्लेख केला जातो. या टप्प्यात पेशींमध्ये चयापचय चालूच राहते. मात्र गरज पडली तरच अशा पेशी विभाजन चक्रात सहभागी होतात.

प्राण्यांमध्ये, सूत्री विभाजन फक्त कायिक पेशींमध्ये घडून येते. याउलट, वनस्पतींमध्ये सूत्री विभाजन द्विगुणित तसेच एकगुणित पेशींमध्ये दिसून येते. वनस्पतींच्या जीवनचक्रात बीजाणूउद्भिद आणि युग्मकोद्भिद अशा दोन अवस्था असतात. बीजाणूउद्भिद अवस्थेत अर्धसूत्री विभाजनाने एकगुणित बीजाणू निर्माण होतात. या बीजाणूंचे सूत्री विभाजन होऊन युग्मकोद्भिदे तयार होतात. ती एकगुणित असतात. या अवस्थेतील नर किंवा मादी युग्मकांचे फलन होऊन युग्मनज तयार होते. युग्मनजे द्विगुणित असतात. त्यांपासून सूत्री विभाजनाने बीजाणूउद्भिद तयार होते. 

सूत्री विभाजन (मायटॉसीस)

सूत्री विभाजनाचे सोयीसाठी चार टप्पे (अवस्था) केलेले असले, तरी या टप्प्यांमध्ये ठळक भेद करता येत नाहीत. हे टप्पे असे आहेत; पूर्वावस्था (प्रोफेज), मध्यावस्था (मेटाफेज), पश्चावस्था (ॲनाफेज) आणि अंत्यावस्था (टेलोफेज). सूत्री विभाजन टप्प्यात पेशीतील जवळजवळ सर्व घटकांची पुनर्रचना घडून येते.

पूर्वावस्था : हा सूत्री विभाजनाचा पहिला टप्पा असतो. आंतरप्रावस्था टप्प्यात पेशीतील प्रत्येक डीएनए रेणूची, तसेच पेशीद्रव्यातील तारककेंद्राचीही प्रत तयार झालेली असते. पूर्वावस्थेत मूळचे गुणसूत्र आणि त्याची तयार झालेली प्रत संघनित होऊन एकमेकांना गुणसूत्रबिंदूमध्ये जोडली जातात. या रचनेतील अर्ध्या भागाचा म्हणजे मूळचे गुणसूत्र, तसेच त्याची प्रत यांचा उल्लेख अर्धगुणसूत्रे (क्रोमॅटिड) असा करतात. याच दरम्यान केंद्रकपटल विदीर्ण होते आणि तयार झालेली तारककेंद्राच्या जोडीतील तारककेंद्रे पेशींच्या विरुद्ध ध्रुवाला (टोकाला) सरकू लागतात. या तारककेंद्रांपासून सूक्ष्मनलिका निघतात आणि अर्धगुणसूत्रांना जोडणाऱ्या गुणसूत्रबिंदूंत जुळतात. त्यामुळे तर्कु म्हणजे चातीसारखी संरचना तयार होते. तारककेंद्रापासून निघालेल्या सूक्ष्मनलिकांना तर्कुतंतू म्हणतात.

मध्यावस्था : या टप्प्याचे वैशिष्ट्य म्हणजे सर्व अर्धगुणसूत्रांच्या जोड्या पेशीच्या मध्यभागी विषुववृत्तावर एकालगत एक येतात. प्रत्येक जोडीतील अर्धगुणसूत्रे एकेक तर्कुतंतूंद्वारे एका बाजूच्या तारककेंद्रांशी जोडलेली असतात.

पश्चावस्था : या टप्प्यात गुणसूत्रातील अर्धगुणसूत्रांच्या जोडीतील अर्धगुणसूत्रे तारककेंद्राकडे सूक्ष्मनलिकांद्वारा ओढली जातात आणि एकमेकांपासून अलग होतात. प्रत्येक जोडीतून अलग झालेले एकेक अर्धगुणसूत्र म्हणजेच जन्य गुणसूत्र पेशीच्या विरुद्ध ध्रुवाकडे सरकू लागते.

अंत्यावस्था : या टप्प्यावर पेशी लंबगोल होऊ लागते, जन्य गुणसूत्रे असंघनित होतात आणि त्यांचे गुच्छ पेशींच्या दोन्ही ध्रुवांकडे जमा होतात. या गुच्छांभोवती नवीन केंद्रकपटल तयार होते. तसेच केंद्रकी, गॉल्जी यंत्रणा आणि पेशीतील अन्य घटक जे पूर्वावस्थेत नाहीसे झालेले असतात ते पुन्हा तयार होतात.

पेशीद्रव्य विभाजन : पेशीद्रव्य विभाजनानंतर पेशी विभाजनाची प्रक्रिया पूर्ण होते. प्राण्यांमध्ये, या टप्प्यावर पेशीद्रव्य पटलाला खाच पडते. ही खाच हळूहळू वाढत जाऊन पेशीद्रव्य दोन भागांमध्ये विभागले जाते आणि दोन जन्य पेशी तयार होतात. जन्य पेशींमधील गुणसूत्रे एकमेकांची हुबेहूब प्रतिकृती असतात. वनस्पतींमध्ये, पेशीच्या मध्यभागात पेशीभित्तिका तयार होते आणि कडेच्या भित्तिकांशी जुळण्यासाठी वाढू लागते. पेशीद्रव्य विभाजित होताना तंतुकणिका आणि लवके यांसारखी अंगके दोन जन्य पेशींमध्ये विभागली जातात.

अर्धसूत्री विभाजन होणाऱ्या पेशींचे चक्र

अर्धसूत्री विभाजन प्रक्रियेने युग्मक पेशींचे म्हणजे नरांची वृषणे आणि मादीच्या अंडाशयांच्या ऊती यांतील युग्मक पेशींचे विभाजन घडून येते. या प्रक्रियेत एका पेशीचे दोन वेळा विभाजन होते आणि चार जन्य पेशी तयार होतात. या दोन विभाजनांचा उल्लेख अर्धसूत्री विभाजन-१ आणि अर्धसूत्री विभाजन-२ असा केला जातो. यात तयार झालेल्या चारही जन्य पेशींमध्ये गुणसूत्रांची संख्या जनक पेशीच्या गुणसूत्राच्या संख्येपेक्षा तुलनेत निम्मी (n) असते.

अर्धसूत्री विभाजन पेशी चक्रातील आंतरप्रावस्था G₁ हा टप्पा अतिशय क्रियाशील असून यात पेशीच्या वाढीसाठी प्रथिने आणि विकरे तयार होतात. त्यानंतरच्या S टप्प्यात डीएनए प्रतिकरण होते आणि जन्य अर्धगुणसूत्रांच्या जोड्या तयार होतात. ही अर्धगुणसूत्रे एकमेकांशी गुणसूत्रबिंदूमध्ये जुळलेली असतात. मात्र ती संघनित झालेली नसतात. याच वेळी तारककेंद्राचे देखील प्रतिकरण होते. G₂ टप्पा अर्धसूत्री विभाजनामध्ये दिसून येत नाही.

अर्धसूत्री विभाजन-१ (मिऑसीस-१)

पूर्वावस्था-१: अर्धसूत्री विभाजन-१ मधील हा पहिला टप्पा असून तो अधिक काळ चालतो व अधिक गुंतागुंतीचा असतो. आंतरप्रावस्थेच्या S टप्प्यात डीएनएचे प्रतिकरण होऊन प्रत्येक गुणसूत्रांमध्ये दोन अर्धगुणसूत्रांची जोडी तयार झालेली असते. या जोडीतील अर्धगुणसूत्रांमधील जनुकीय माहिती सारखीच असते. S टप्प्यात पेशीद्रव्यातील तारककेंद्राची प्रतदेखील तयार झालेली असते. पूर्वावस्था-१ टप्प्यावर अर्धगुणसूत्रे X आकारात संघनित होतात आणि सूक्ष्मदर्शीखाली दिसू शकतात. त्यानंतर प्रत्येक अर्धगुणसूत्र जोडी आणि तिच्याशी समजात असलेली जोडी एकत्रित येतात. या रचनेला चतुष्क म्हणतात कारण या रचनेत चार अर्धगुणसूत्रे (दोन समजात जोडीतील प्रत्येकी दोन अर्धगुणसूत्रे) असतात. चतुष्कातील समजात अर्धगुणसूत्रांच्या जोड्यांमध्ये विकरांद्वारे जनुकविनिमय म्हणजे जनुकांची देवाणघेवाण होते. या देवाणघेवाणीतून जनुकीय विविधता निर्माण होते. पूर्वावस्था-१ च्या शेवटच्या टप्प्यावर चतुष्काचे चारही भाग आणि जनुकविनिमयाचे बिंदू ठळकपणे दिसू लागतात. या टप्प्याच्या शेवटी सूत्री विभाजनासारख्या काही प्रक्रिया होतात. जसे केंद्रकी नाहिशी होते, केंद्रकपटल खंडित होते आणि सूक्ष्मनलिकांपासून तर्कू तयार होऊ लागतात. मध्यावस्था-१ टप्प्यावर चतुष्के विषुववृत्तीय पट्टीवर ओळीत येतात आणि सूक्ष्मनलिकांना जोडल्या जातात. त्यानंतर पश्चावस्था-१ टप्प्यावर समजात अर्धगुणसूत्रांच्या जोड्या वेगळ्या होतात, मात्र प्रत्येक जोडीतील अर्धगुणसूत्रे त्यांच्या गुणसूत्रबिंदूपाशी जुळून राहतात. अंत्यावस्था-१ टप्प्यावर केंद्रक पटल आणि केंद्रकी पुन्हा दिसू लागतात; पेशीद्रव्य विभाजन घडून येते, आणि दोन पेशी तयार होतात. या प्रत्येक पेशीमध्ये जनक पेशीच्या गुणसूत्रांच्या निम्मी गुणसूत्रे असतात. मात्र या पेशींमधील अर्धगुणसूत्रांची संख्या गुणसूत्रांच्या संख्येच्या दुप्पट असते.

अर्धसूत्री विभाजन-२ (मिऑसीस-२)

अर्धसूत्री विभाजन-१ च्या शेवटी एका जनक पेशीपासून दोन जन्य पेशी तयार होतात. या जन्य पेशींचे अर्धसूत्री विभाजन-२ द्वारे पुन्हा एकदा विभाजन होते. अर्धसूत्री विभाजन-१ आणि अर्धसूत्री विभाजन-२ यादरम्यानच्या अवस्थेला आंतरप्रावस्था म्हणतात आणि ती अल्पकाळ टिकते. आंतरप्रावस्थेनंतर अर्धसूत्री विभाजन-२ सुरू होते आणि ते सामान्यपणे सूत्री विभाजनासारखे असते.

अर्धसूत्री विभाजन-२ च्या पहिल्या म्हणजे पूर्वावस्था-२ टप्प्यावर केंद्रक पटल आणि केंद्रकी नाहीसे होतात, अर्धगुणसूत्रे संघनित होतात, तारककेंद्रे पेशीच्या विरुद्ध दिशेला सरकू लागतात आणि सूक्ष्मनलिकांची पुन्हा नव्याने जुळवाजुळव सुरू होते. मध्यावस्था-२ टप्प्यावर अर्धगुणसूत्रे विषुववृत्त पट्टीवर ओळीत येतात आणि पेशीच्या दोन्ही बाजूंकडून निघालेल्या सूक्ष्मनलिका अर्धगुणसूत्रांच्या गुणसत्रबिंदूमध्ये जुळली जातात. पश्चावस्था-२ टप्प्यावर अर्धगुणसूत्रे गुणसूत्रबिंदूमध्ये तुटली जातात आणि पेशीच्या विरुद्ध ध्रुवाकडे सरकतात. अंत्यावस्था-२ टप्प्यावर अर्धसूत्री विभाजन संपते. प्रत्येक अर्धगुणसूत्र आता स्वतंत्र गुणसूत्र असते. या टप्प्यावर गुणसूत्रांचे दोन्ही गट केंद्रकपटलाद्वारे बंदिस्त होतात. नंतर पेशीद्रव्य विभाजन होऊन एका पेशीपासून दोन जन्य पेशी तयार होतात. म्हणजे अर्धसूत्री विभाजन-२ च्या शेवटी मूळ जनक पेशीपासून चार जन्य पेशी तयार होतात. या पेशी एकगुणित असतात (n); त्यांच्या प्रत्येक पेशीतील गुणसूत्रांची संख्या मूळ जनक पेशीतील गुणसूत्रांच्या संख्येच्या निम्मी (n) असते.

पुढील कोष्टकात मानवी पेशीचे सूत्री विभाजन तसेच अर्धसूत्री विभाजन-१ आणि अर्धसूत्री विभाजन-२ झाल्यास गुणसूत्रे आणि अर्धगुणसूत्रे यांची संख्या कशी बदलते, हे दिलेले आहे.