CELL CYCLE & CELL DIVISION

Introduction

cell division सभी सजीवों के लिए एक critical process है। एक cell division के दौरान कई process होती हैं। जैसे-DNA प्रतिकृति तथा cell growth आदि ।

घटनाओं का यह क्रम जिसमें cell अपने genome का doubling व divided होकर दो नई progeny cell का निर्माण करती है, इसे cell cycle कहते है।

Stages of cell cycle :-

cell cycle की दो key stages होती हैं -

1. Interphase 2. Cell division

1. Interphase :-

interphage को Pause stage भी कहते हैं, क्योंकि इस stage में cell division के लिए तैयार होती है। यह अन्त्यावस्था (Telophase) के समाप्त होने तथा पूर्वावस्था (Prophase) की बीच की stage है।

interphage को three stages में divided किया गया है।

(A) G1 phase (B) S phase (C) G2 phase

(A) G1 phase:- इस phase में RNA तथा protein संश्लेषण होता है। इसमें interphage का 30-40% time लगता है।

(B) S phase:- इस अवस्था में RNA तथा protein का संश्लेषण होने से DNA के cords की संख्या double हो जाती है। इसमें interphage का 30-50% time लगता है।

(C) G2 phase:- इस अवस्था में DNA की मात्रा somatic cells की तुलना में दुगुनी हो जाती है और cell Mitosis के लिए तैयार हो जाती है।

2. Cell division :-

cell division के समय पहले nucleus का division होता है तत्पश्चात् cytoplasm का division होता है। cell division मुख्य रूप से two type से होता है-

(i) Mitosis

(ii) Meiosis

(i) Mitosis :-

सर्वप्रथम W.Fleming ने mitosis को बताया।

Importance:- इस प्रकार के mitosis में main Parent cell दो Daughter cells में परिवर्तित हो जाती है। इस प्रकार के cell division में chromosomes की संख्या में कोई परिवर्तन नहीं आता है। यह division somatic cells में होता है। इसे अप्रत्यक्ष विभाजन(indirect division) भी कहते है।

Stages:- mitosis की different stages निम्न प्रकार से हैं-

(A) Prophase (B) Metaphase (C) Anaphase (D) Telophase

(A) Prophase :- इस stage में chromosomes पतले परन्तु कुंडलित होकर छोटे व स्पष्ट होने लगते हैं।

प्रत्येक chromosome एक-दूसरे पर लिपटे रहते हैं, इसे chromatid कहते हैं। chromatid centromere से चिपकते हैं। chromosomes पर chromomere granules तथा चारों ओर Matrix एकत्रित होने लगता है।

अन्त में nuclear membrane तथा centripetal invisible हो जाते हैं।

(B) Metaphase :- इस stage में arguments(तर्कुओं) का निर्माण होता है -

chromosome मध्यरेखा पर एकत्रित हो जाते है, centromere दो भागों में बंट जाते हैं।

तथा centromere मध्यरेखा की ओर व chromosome की भुजाएँ ध्रुवों की ओर होती हैं।

(C) Anaphase :- यह mitosis की सबसे छोटी stage है। इस अवस्था में chromatid पृथक होना प्रारम्भ कर U, V या L आकार में परिवर्तित हो जाते हैं। chromosome दो विपरीत ध्रुवों की तरफ जाने लगते हैं।

(D) Telophase :- इस stage में chromosome विपरीत ध्रुवों पर एकत्रित हो जाते हैं। chromosomes के चारों ओर nuclear membrane का निर्माण हो जाता है। centripetal, nuclear membrane का निर्माण हो जाता है, अतः सम्पूर्ण प्रक्रिया में एक cell से दो daughter cell बन जाती हैं।

cytoplasmic division :- cell nuclear division पूर्ण होने पर अंत में cell स्वयं एक अलग प्रक्रिया द्वारा दो progeny cells में divided हो जाती है। इसे cytoplasmic division कहते है।

(ii) Meiosis :-

Scientist Farmer & Moore ने meiosis नाम दिया। इस division से cell का nucleus दो बार divided होता है।

importance :- meiosis germ cells में होता है। इस division में daughter germ cells में chromosomes की संख्या घटकर half हो जाती है। इस division को direct division भी कहते हैं।

Stages of Meiosis :- meiosis को दो चरणों में विभक्त किया है -

(A) Meiosis I

(B) Meiosis II

(A) Meiosis I :- इसे निम्नांकित stages में विभाजित किया गया है -

(i) Prophase :- यह stage लम्बी तथा जटिल प्रावस्था है, जो निम्न है -

(a) Leptotene :- chromosomes लम्बे तथा पतले होते हैं, जिनमें से half chromosomes मातृक(maternal) तथा half पैतृक(ancestral) होते हैं।

(b) Zygotene :- इस stage में दो समान गुणसूत्र(identical chromosomes) युग्मन(coupling) कर सूत्रयुग्मन(conjugation) बनाते हैं, जिससे प्रत्येक pair में चार half chromosome दिखते हैं।

(C) Pachytene :- इसमें chromosomes कुण्डलित होकर छोटे हो जाते हैं। समजात chromosomes में Exchange होता है। समजात chromosomes चार half chromosomes , जिसे quaternary कहते हैं, का निर्माण

करते हैं।

(d ) Diptotene :-इस stage में समजात chromosomes में प्रतिकर्षण होने लगता है। परिणामस्वरूप पृथक होकर कायज्मेटा (Chiasmata) का निर्माण करते हैं। chromosomes की लम्बाई में कमी आने लगती है। साथ ही centripetal invisible हो जाती है।

(e) Diakinesis :- chromosomes संकुचित होकर गोल दिखाई देने लगता है। nuclear membrane तथा centripetal invisible हो जाती है।

(ii) Metaphase :- इस stage में chromosomes मध्यरेखीय क्षेत्र में एकत्रित होते है तथा centromere तन्तु से जुड़ जाते है।

(iii) Anaphase I :- इस stage में chromosomes मध्यरेखीय क्षेत्र से विपरीत ध्रुवों की ओर चले जाते हैं, centromere divided होकर एक-एक रह जाता है। प्रत्येक chromosomes आधे होकर ध्रुव पर पहुँच जाते हैं। (iv) Telophase I :- इस stage में nucleus cover व centripetal पुनः clear दिखाई देने लगते है साथ ही cytoplasmic division प्रारम्भ हो जाता है।

(B) Meiosis II :- यह division mitosis के समान होता है। इस division में chromosomes की संख्या में कोई भी परिवर्तन नहीं होता है। इसकी निम्नांकित चार stages हैं -

(i) Prophase II :- इस stage में nucleus तथा nuclear membrane invisible हो जाती है। chromosomes पर मेट्रिक्स स्पष्ट होती है।

(ii) Metaphase II :- इस stage में arguments का निर्माण होता है। समस्त chromosomes मध्यांश पर एकत्रित हो जाते हैं। प्रत्येक chromosomes के दो half-chromosomes, centromere स्थल पर एक-दूसरे से पृथक हो जाते हैं।

(iii) Anaphase II :- इस stage में centromere अलग होकर अर्धगुणसूत्र विपरीत ध्रुवों की ओर चले जाते हैं। (iv) Telophase II :- यह stage meiosis की अन्तिम stage है। इसमें half-chromosome विपरीत ध्रुवों पर एकत्रित हो जाते हैं तथा अन्त में nucleus, centripetal तथा centripetal art का निर्माण होता है। इन stages के पश्चात् पुनः cytoplasm का division होकर अगुणित chromosome वाली चार daughter cells का निर्माण होता है।

CHARACTERISTICS OF CELL

समस्त जीवधारियों के लिए cell एक Basic रचनात्मक एवं क्रियात्मक इकाई है, जिसकी निम्नलिखित विशेषताएँ हैं -

1. Respiration

जीवधारियों को जीवित रहने के लिए oxygen की आवश्यकता होती है, यह आवश्यकता respiration द्वारा पूर्ण होती है। respiration क्रिया का अर्थ oxygen ग्रहण करना तथा कार्बन-डाई-ऑक्साइड बाहर निकालना है। अतः respiration क्रिया कोशिका का विशिष्ट गुण है।

2. Growth & Repair

cell शरीर के लिए growth तथा repair का महत्वपूर्ण कार्य करती है। growth क्रिया nutrients के assimilation के फलस्वरूप उत्पन्न होती है साथ ही repair cell का विशिष्ट गुण है जो cell के cytoplasm द्वारा पूर्ण होता है।

3. Assimilation

शरीर की प्रत्येक cells assimilation की क्रिया करती है अर्थात् cells द्वारा nutrients को ग्रहण किया जाता है जिनका Intestines की wall द्वारा absorption होता है तत्पश्चात oxidation की क्रिया पूर्ण होती है जिसके फलस्वरूप energy या power उत्पन्न होती है।

4. Irritability

irritability cell का महत्वपूर्ण गुण है , इसी गुण के कारण शरीर में बाह्य उद्दीपनों से excitement उत्पन्न होता है।

5. Reproduction

progeny जीवधारियों का एक विशिष्ट गुण है जो reproduction द्वारा पूर्ण होती है। cell में reproduction का गुण पाया जाता है। cell division द्वारा यह कार्य पूर्ण होता है।

6. Movement

मानव शरीर असख्य cell से मिलकर बना है जिनमें से कुछ cells स्थिर होती है और कुछ सदैव गतिशीलता का गुण दर्शाती है। जैसे - RBC , WBC आदि।

7. Excretion

food के digestion के फलस्वरूप तथा respiration क्रिया एवं अन्य जैविक क्रियाओं के द्वारा शरीर में waste materials का निर्माण होता है जो excretion द्वारा पूर्ण होता है। जैसे - lungs द्वारा respiration क्रिया के दौरान Co2 का बाहर निकलना, skin द्वारा sweat का excretion, kidney द्वारा urine का excretion आदि।

CELL PHYSIOLOGY

Cell Transportation cell का महत्वपूर्ण कार्य है जिसमें cell membrane द्वारा कुछ पदार्थों का cell के आन्तरिक एवं बाहरी भाग में Transportation (आवागमन) होता है। जों cellular transport कहलाता है। cellular transport की क्रिया निम्नलिखित process द्वारा पूर्ण होती है -

1. Passive Transport (निष्क्रिय परिवहन)

a) Simple Diffusion (सामान्य विसरण) b) Facilited Diffusion (सुविधा विसरण)

c) Osmosis (परासरण) 2. Active Transport (सक्रिय परिवहन)

1. Passive Transport

Passive Transport में पदार्थों का गमन cell membrane द्वारा बिना किसी energy की सहायता से high concentration से low concentration की ओर होता है।

(a) Simple Diffusion :- high concentration से low concentration की ओर छोटे एवं lipid में

soluble substances का cell membrane द्वारा गमन Simple Diffusion कहलाता है।

(b) Facilited Diffusion :- यह large molecules के लिए transport की विधि है। जिसमें substances का

गमन protein के माध्यम के साथ होता है अर्थात् प्रोटीन एक वाहक का कार्य करता है।

(c) Osmosis :- अर्द्धपारगम्य झिल्ली द्वारा low concentration वाले solution का high concentration वाले

solution की ओर गमन करना Osmosis कहलाता है।

2. Active Transport

Active Transport के substances का गमन cell membrane द्वारा अतिरिक्त energy की सहायता से होता है।

cell / कोशिका

INTRODUCTION

सबसे पहले सन 1665 में Scientist Robert Hook द्वारा कोशिका शब्द का उपयोग किया गया।

“Cell is the smallest structural & functional unit of human body"

Cell human body की सबसे छोटी संरचनात्मक एवं क्रियात्मक इकाई होती है। our body छोटी छोटी बहुत सारी cells से मिलकर बनी हुई होती है। body के सभी work इन छोटी छोटी cells के द्वारा किये जाते है। cell इतनी small होती है कि उसे बिना Microscope की सहायता से नहीं देखा जा सकता। human body का निर्माण एक cell जिसे Gygote या युग्मनज से होता है। जो cell division द्वारा अन्य कोशिकाओं का निर्माण करती है। medical science की वह Branch जिसके अन्तर्गत cell की Study कि जाती है उसे Cytology कहते हैं।

कोशिका की संरचना (STRUCTURE OF CELL)

cell की कोई निश्चित structure तथा shape नहीं होती , यह round , flat , long किसी भी shape की हो सकती है। समान properties , structure एवं work करने वाली cells मिलकर tissue का निर्माण करती है। cell की structure को तीन भागों में बांटा गया है

1. Cell membrane

2. Cytoplasm

3. Nucleus

1. Cell membrane

cell membrane को Plasma membrane भी कहते हैं। यह cell की thin तथा सबसे outer Protective layer होती है। इस layer की thickness लगभग 7.5 nm (nanometer) होती है। cell membrane का निर्माण protein , carbohydrate व phospholipid द्वारा होता है।

cell membrane sandwich के shape जैसी होती है।

Composition of cell membrane

Phospholipids = 26%

Cholesterol = 14%

Protein = 55%

Other lipid = 3%

Carbohydrate = 2%

(a) (Lipid layer):-

Cell membrane fat की double layer की बनी होती है। इसमें मुख्यतः फोस्फोलिपिड तथा कोलेस्ट्राल पाया जाता है। यह परत पारगम्य की तरह कार्य करती है। फोस्फोलिपिड अणु का Head एवं Tail दो भागों में विभक्त होता है। सिर वाला भाग Hydrophilic अर्थात् ऋणात्मक आवेशीत होता है तथा पूच्छ वाला भाग Hydrophobic

कोई आवेशित नहीं होता है।

(b) प्रोटीन (Protein):-

cell membrane के निर्माण में ग्लाइकोप्रोटीन (Glycoprotein) का विशेष योगदान होता है।यह प्रोटीन का एक प्रकार है।

(c) कार्बोहाइड्रेट (Carbohydrate):-

cell membrane की बाहरी सतह पर कार्बोहाइड्रेट उपस्थित रहता है।

Functions of cell membrane

• cell membrane cell को shape प्रदान करती है।
• यह waste product को बाहर निकालती है।
• यह cell को protection provide कराती है।
• यह Disorganization का work करती है।
• यह Intake की क्रिया करती है अर्थात् blood में present Nutrients को ग्रहण करती है।
• cell membrane, hormones और Chemical messengers के लिये special Receptors का भी main work करती है।

• यह Selective permeable membrane की तरह work करती है अर्थात् कुछ पदार्थ ही cell membrane को आर-पार कर सकते हैं। जैसे-जल ऑक्सीजन, कार्बन डाइ ऑक्साइड आदि।

2. Cytoplasm

• cell के अन्दर पाए जाने वाले Fluid को cytoplasm कहते हैं।
• यह Fluid केन्द्रक (Nucleus) में Absent रहता है।
• यह Jelly के समान थोड़ा गाढ़ा (Thick) तथा Colourless होता है।
• यह substances को घोलने(Dissolving) का work करता है, जिसे विलेयक (Solvent) कहा जाता है।

Composition of Cytoplasm

Water - 60-90%

Organic substance - Proteins, soluble carbohydrates (glucose, sucrose, Maltose etc.), insoluble carbohydrates (stard, glycogen, cellulose etc.)

Inorganic substance - Chloride, Phosphate, Calcium, Sodium Potassium etc.

Vitamin - A, B, C, D, E etc.

Enzyme - Pepsin and trypsin etc.

Structures found in cytoplasm

cytoplasm में निम्नलिखित structures पाई जाती है, जिनको सामूहिक रूप से Organelles कहते हैं

(1) Mitochondria (2) Ribosomes (3) Golgi body (4) Lysosomes) (5) Endoplasmic reticulum-ER (6) Centrosome (7) Vacuoles

Functions of Cytoplasm

cytoplasm का main work Biological actions को संचालित करना होता है। cell में होने वाली all Biological actions जैसे - Respiration, growth, digestion, metabolism, excretion, motility and reproduction आदि cytoplasm पर निर्भर करती है।

MITOCHONDRIA

mitochondria cytoplasm में पाए जाने वाली Important structure है। इसे Cell का Power House भी कहते हैं, क्योंकि यह food का Oxidation करके Stored energy को Split कर ATP के रूप में collect करते है। यह Rod या shoes के shape की structure होती है। इसकी length लगभग 4 Micron तथा diameter 0.5 Micron होता है।

mitochondria two membrane से मिलकर बना होता है।

• Outer Membrane • Inner Membrane

Outer Membrane mitochondria को बाहर से cover करती है।

Inner Membrane अन्दर की तरफ होती है तथा Folds के रूप में होती है। इन Fold को Cristae कहते हैं।

Note :- ATP (Adenosin Triphosphate) यह cell का Primary energy carrier होता है।

Functions of mitochondria

mitochondria cell के लिए Energy का प्रमुख Source है, जिसकी सहायता से Various biological functions पूर्ण होते हैं। mitochondria में कुछ Enzymes पाए जाते हैं, जो food को Co2 , तथा water में Citric Acid Cycle द्वारा convert करते हैं। Glucose metabolism में सहायक है। ये Aerobic Respiration में भाग लेते है।

RIBOSOMES

• सबसे पहले रॉबर्ट ने 1958 में ribosome नाम दिया है।
• ribosome cytoplasm में पाए जाने वाली Spherical structure होती है।
• ribosome cytoplasm में स्वतंत्र या गुच्छों के रूप में पाए जाते हैं।
• ये दो प्रकार के होते हैं- (1) मुक्त (Free) तथा (2) जुड़े हुए (Bond)
• राइबोसोम RNA (राइबोन्यूक्लिइक एसिड) के बने होते हैं।
• ribosome में Membrane अनुपस्थित रहती है तथा ये तथा ये Rough Endoplasmic Reticulum के outer surface पर present होते है।

Function of ribosome

ribosome का मुख्य कार्य Protein का संश्लेषण (synthesis) करना है, इसलिए इन्हें Protein factory भी कहा जाता है।

Golgi apparatus

• Golgi apparatus को golgi body भी कहते हैं।
• ये Network of thread के समान दिखाई देते हैं।
• ये Lipoprotein के बने होते हैं।
• ये उन cells में अधिक पाये जाते है जहाँ पदार्थों का secretion एवं production होता है।
• ये cytoplasm में nucleus के पास present होते हैं।

Functions of golgi apparatus

• Golgi apparatus lysosomes का निर्माण करते हैं।
• Golgi apparatus sugar and protein का निर्माण करते हैं।
• ये endocrine gland द्वारा hormone का secretion करते हैं।

LYSOSOMES -:

• lysosomes cytoplasm में स्थित कलामयी स्फोटिकाए होती है। जिनका निर्माण golgi body द्वारा होता है। 
• lysosomes की shape गोल या अण्डाकार होती है।
• इसे आत्मघाती थैली (Suicidal bags) भी कहते है, क्योंकि इसके अन्दर Hydrolytic enzyme पाए जाते हैं, जो भक्षण क्रिया का काम करते हैं।

Functions of lysosomes :-

• lysosomes waste product , foreign body आदि को बाहर निकालने का काम करता है।
• ये phagocytosis का work भी करते हैं।
• lysosomes द्वारा Ingested substances का digestion होता है, जिसे Intracellular digestion कहते हैं।

ENDOPLASMIC RETICULUM

• keith porter नामक वैज्ञानिक ने इसकी खोज की थी।
• endoplasmic reticulum चपटी नलिकाओं की जाल के समान दिखाई देने वाली structure है।
• ये नलिकाएँ आपस में एक दूसरे से जुड़ी होती हैं।

Types:-

endoplasmic reticulum दो प्रकार की होती हैं

1. Smooth endoplasmic reticulum

2. Rough endoplasmic reticulum

1. Smooth endoplasmic reticulum

• यह cell में प्रचुर मात्रा में पाई जाती है।
• इसकी surface पर ribosome नहीं पाए जाते हैं।
• यह protein का निर्माण नहीं करती है।
• ये lipids एवं Steriod hormones का संश्लेषण करते हैं।

Functions:-

यह Lipid, Glycogen का निर्माण करती है। यह कॉलेस्ट्राल, स्टीरोइड्स का संश्लेषण करती है।

2. Rough endoplasmic reticulum

• इसकी outer surface पर ribosome पाये जाते हैं।
• यह protein का संश्लेषण करती है।
• यह phospholipid का निर्माण करती है।

CENTROSOME

• centrosome nucleus के पास स्थित structure होती है।
• इसकी आकृति rod के समान होती है।
• यह एक प्रकार की structure है , जिसे Centrioles कहते हैं, उससे निर्मित होती है।

Function of centrosome :-

• cell division में इसकी भूमिका रहती है।
• centrosome logic fiberका निर्माण करता है।

VACUOLES

• cytoplasm में छोटे-छोटे रिक्त स्थान पाए जाते हैं, जो vacuoles कहलाते हैं।
• इनमें संकुचनशील होने का गुण होता है।

Function of vacuoles :-

• इसका main work cytoplasm में water की मात्रा संतुलित करना है।

NUCLEUS

• nucleus की खोज का श्रेय scientist राबर्ट ब्राउन को दिया जाता है।
• nucleus cell में पाया जाने वाली सबसे बड़ी व मुख्य structure होती है।
• nucleus आकार में गोल या अण्डाकार होता है।
• nucleus cell का Heart कहलाता है, क्योंकि nucleus के बिना cell जीवित नहीं रह सकती।
• skeleton muscles तथा अन्य कुछ cells में एक से अधिक nucleus होते है। body की all cells में nucleus पाया जाता है, लेकिन एक अपवाद स्वरूप लाल RBC में नहीं पाया जाता है।
• It is Headquarter of Cells.

Structure:-

nucleus में निम्नलिखित structure पाई जाती है -

(A) Nuclear membrane :-

• nucleus के चारों ओर पाई जाने वाली पतली झिल्ली को के nuclear membrane कहते हैं।
• nuclear membrane की structure cell membrane से मिलती जुलती होती है।
• nuclear membrane के सतह पर अनेक छोटे-छोटे छिद्र पाए जाते हैं, जिन्हें Nuclear pores कहते हैं। जिसके द्वारा कुछ ही पदार्थ आर-पार आ जा सकते हैं।

Function :-

• nuclear membrane, कोशिका द्रव्य व nucleus के बीच अवरोधक (Barrier) का कार्य करते हैं।

(B) Nucleoplasm :-

• nucleus के भीतर पाया जाने वाला द्रव Nucleoplasm कहलाता है।
• Nucleoplasm cytoplasm समान दिखाई देता है।
• Nucleoplasm को केरियोलिम्फ भी कहते हैं।

(B) Chromosomes -:

• choromosomes धागे के समान दिखाई देने वाली structure है।
• यह nucleus के Nucleoplasm में पाई जाती है।
• जब बहुत सारे Chromatin आपस में मिलते हैं, तो Chromosomes Chromatids का निर्माण होता है।
• Chromosomes पर gene पाए जाते हैं।
• जीन(gene) की सहायता से एक पीढ़ी से दूसरी पीढ़ी में genetic trait पहुँचते हैं।

(c) Nucleolus :-

• यह nucleus के भीतर पाई जाने वाली structure होती है। यह Small, Spherical, Dark colour की रचना होती है।
• इसमें 95% protein तथा 5% RNA (Ribo nucleic acid) होते है।