পাঠ ২ / ৮অনুচ্ছেদ ২.২ (কোষচক্র)

কোষচক্র, ইন্টারফেজ ও এর নিয়ন্ত্রণThe cell cycle, interphase & its control (cyclins, CDK)

তোমার ত্বক, রক্ত আর অন্ত্রের আবরণে প্রতি সেকেন্ডে লক্ষ লক্ষ নতুন কোষ তৈরি হচ্ছে। কালচারে রাখা একটি মানব কোষ মোটামুটি ২৪ ঘণ্টায় একবার ভাগ হয়। নিচের ঘড়ির কাঁটা টেনে (বা ▶ চেপে) এক দিন পার করো, আর কোষটির দিকে চোখ রাখো:

২৪ ঘণ্টার মধ্যে মাত্র ১ ঘণ্টা কোষটি ভাগ হচ্ছে। বাকি ২৩ ঘণ্টা সে কী করছে? — আর কে ঠিক করে দেয় কখন ভাগ হবে? সেটাই এই পাঠ।

এই পাঠে ধাপে ধাপে এগোব:

1. কোষচক্র (cell cycle) কী — বৃদ্ধি, DNA কপি, বিভাজন, আবার
2. দুই ভাগ: ইন্টারফেজ (interphase) আর M দশা (M phase)
3. G1 দশা আর G0 — থামবে না এগোবে
4. S দশা — DNA দ্বিগুণ, কিন্তু ক্রোমোসোম সংখ্যা একই
5. G2 দশা আর কোষচক্রের সময়
6. নিয়ন্ত্রণ — সাইক্লিন (cyclin), CDK আর চেকপয়েন্ট (checkpoint)
7. এবার নিজে করে দেখো — কোষচক্র ঘড়ি

আগে জেনে নাও: কোষ বিভাজন কেন আর কত প্রকার — অ্যামাইটোসিস, মাইটোসিস, মিয়োসিস (পাঠ ১)।

ধাপ ১: কোষচক্র কী

একটি কোষ জন্মানোর পর থেকে নিজে ভাগ হয়ে দুটি কোষ তৈরি করা পর্যন্ত যে ধারাবাহিক ঘটনাগুলো ঘটে, তাদের চক্রকে বলে কোষচক্র (cell cycle)। প্রতিটি চক্রে কোষ তিনটি কাজ করে: বড় হয় (growth), তার সব DNA-র একটি কপি বানায় (DNA replication), আর ভাগ হয় (division)। কন্যা কোষ আবার একই চক্র শুরু করে।

এই ধারণার জন্ম ১৯৫৩ সালে। হাওয়ার্ড ও পেল্ক (Howard & Pelc) শিম (Vicia faba) গাছের মূলের অগ্রভাগকে তেজস্ক্রিয় ফসফরাস (³²P) দিয়ে চিহ্নিত করে দেখলেন, DNA তৈরি হয় চক্রের একটি নির্দিষ্ট সময়ে — বিভাজনের সময় নয়, তার অনেক আগে। সেই সময়ের নাম দিলেন S (synthesis), আর তার আগে-পরের দুই “ফাঁক”-এর নাম G1 ও G2 (gap)।

ধাপ ২: দুই ভাগ — ইন্টারফেজ আর M দশা

কোষচক্রের দুটি বড় অংশ:

• ইন্টারফেজ (interphase) — দুই বিভাজনের মাঝের সময়: G1 → S → G2। মানুষের কালচার-কোষে প্রায় ২৩ ঘণ্টা, অর্থাৎ চক্রের ≈ 96 %। পুরোনো বইয়ে একে “বিশ্রাম দশা (resting phase)” বলা হতো — ভুল নাম। কোষ এই সময়েই সবচেয়ে ব্যস্ত: বিপাক (metabolism) চলে পুরোদমে, নিউক্লিয়াস DNA কপি করে। এজন্য একে বিপাকীয় দশা আর এই নিউক্লিয়াসকে বিপাকীয় নিউক্লিয়াস (metabolic nucleus) বলা যায়।
• M দশা (M phase) — নিউক্লিয়াসের বিভাজন, মাইটোসিস (mitosis), তারপর সাইটোপ্লাজমের বিভাজন, সাইটোকাইনেসিস (cytokinesis)। মানুষের কোষে প্রায় ১ ঘণ্টা।

ধাপ ৩: G1 দশা আর G0 — থামবে, না এগোবে

G1 দশা (gap 1) শুরু হয় বিভাজনের ঠিক পরে। নতুন কোষ ছোট, তাই এখন সে:

• আকারে বড় হয় — প্রোটিন, RNA আর এনজাইম তৈরি করে;
• মাইটোকন্ড্রিয়া, রাইবোসোমের মতো অঙ্গাণু (organelle) সংখ্যায় বাড়ায়;
• পরের দশায় DNA কপির জন্য নিউক্লিওটাইড আর এনজাইম জোগাড় করে।

G1-এর শেষ দিকে একটি সিদ্ধান্ত বিন্দু আছে — রেস্ট্রিকশন পয়েন্ট (restriction point)। বাইরের বৃদ্ধি সংকেত (growth factor) থাকলে, আর কোষ যথেষ্ট বড় ও সুস্থ হলে, সে এগোয়; একবার পার হলে চক্র শেষ না করে আর থামে না। সংকেত না থাকলে কোষ চক্র ছেড়ে G0 দশায় (G0 phase, quiescent) চলে যায় — বেঁচে থাকে, কাজ করে, কিন্তু ভাগ হয় না।

• স্নায়ুকোষ (neuron) আর বেশিরভাগ পরিণত হৃৎপেশি ও কঙ্কাল পেশি তন্তু প্রায় স্থায়ীভাবে G0-তে।
• যকৃৎ কোষ সাধারণত G0-তে, কিন্তু যকৃতের অংশ কেটে ফেললে আবার চক্রে ফিরে আসে।
• মানুষের পরিণত লোহিত রক্তকণিকায় (red blood cell) নিউক্লিয়াসই নেই — তাই এরা কখনো ভাগ হয় না; নতুন RBC আসে অস্থিমজ্জার (bone marrow) স্টেম কোষ থেকে।

G1-এর দৈর্ঘ্যই কোষভেদে সবচেয়ে বেশি বদলায় — দ্রুত-বিভাজী কোষে কয়েক ঘণ্টা, ধীর কোষে দিন বা মাস। ব্যাঙের ভ্রূণের প্রথম দিকের বিভাজনে G1 আর G2 থাকেই না: চক্র মাত্র ≈ 30 মিনিট, শুধু S আর M।

ধাপ ৪: S দশা — DNA দ্বিগুণ, ক্রোমোসোম সংখ্যা একই

S দশায় (synthesis phase) DNA-র প্রতিলিপন (replication) হয়: প্রতিটি DNA অণু খুলে গিয়ে দুটি হুবহু কপি তৈরি করে। কপিগুলো গুটিয়ে রাখার জন্য সাথে নতুন হিস্টোন (histone) প্রোটিনও তৈরি হয়।

এখানেই সবচেয়ে বড় ফাঁদ। কপি হওয়ার পর একটি ক্রোমোসোম দুটি ক্রোমোসোম হয়ে যায় না — সে একটি ক্রোমোসোমই থাকে, যার এখন দুটি অভিন্ন সিস্টার ক্রোমাটিড (sister chromatids), সেন্ট্রোমিয়ারে (centromere) জোড়া লাগানো।

DNA পরিমাণ মাপা হয় C-মান (C-value) দিয়ে: 1C = একটি হ্যাপ্লয়েড সেটের DNA। তাই একটি 2n কোষে G1-এ 2C, S-এর শেষে 4C। মানুষে 1C ≈ 3.2 pg, তাই:

নিচে সময় টেনে দুই লেখচিত্র পালা করে দেখো — “DNA পরিমাণ” আর “ক্রোমোসোম সংখ্যা” কোথায় বদলায়:

ক্রোমোসোম সংখ্যা কেবল অ্যানাফেজে (anaphase) সাময়িকভাবে দ্বিগুণ (92) দেখায় — তখন সেন্ট্রোমিয়ার ভাগ হয়ে প্রতিটি ক্রোমাটিড নিজেই আলাদা ক্রোমোসোম হয়ে দুই মেরুতে যায়। মাইটোসিসের দশাগুলো আসবে পাঠ ৩-এ।

ধাপ ৫: G2 দশা আর কোষচক্রের সময়

G2 দশায় (gap 2) কোষ বিভাজনের শেষ প্রস্তুতি নেয়:

• স্পিন্ডল (spindle) তৈরির জন্য টিউবুলিন (tubulin) সহ নানা প্রোটিন তৈরি;
• বিভাজনের জন্য শক্তি (ATP) সঞ্চয়;
• সেন্ট্রোসোমের (centrosome) দ্বিগুণ হওয়া শেষ হয় (প্রাণিকোষে) — এটি শুরু হয় G1/S সীমানায়, DNA কপির সাথে সাথেই;
• DNA ঠিকঠাক আর পুরোপুরি কপি হলো কি না যাচাই, ভুল থাকলে মেরামত।

কোন দশায় কত সময় লাগে, তা কোষভেদে আলাদা। দুটি মাপা উদাহরণ:

এক মুহূর্তে কোনো কলায় যত কোষ, তাদের কত ভাগ কোন দশায় থাকবে, মোটামুটি সেই দশার সময়ের অনুপাতে (বোর্ডের নিয়ম)। যেমন পেঁয়াজের মূলে বিভাজনরত কোষের ভাগ, অর্থাৎ মাইটোটিক ইনডেক্স (mitotic index), $2.3/13.5 \approx 17\,\%$। আরও নিখুঁত হিসাব মনে রাখে যে বাড়তে থাকা কলায় তরুণ (সদ্য-জন্মানো) কোষ বেশি থাকে:

পেঁয়াজে এতে পাই $2^{2.28/13.5} - 1 \approx 12.4\,\%$, মানুষের কোষে $2^{1/24} - 1 \approx 2.9\,\%$। ধাপ ৭-এর সিমুলেশনে এই দুটি হিসাব আর তোমার গোনা সংখ্যা পাশাপাশি দেখবে।

ধাপ ৬: নিয়ন্ত্রণ — সাইক্লিন, CDK আর চেকপয়েন্ট

কোষচক্র নিজে নিজে ঘোরে না — একটি জিনগত নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা (genetic control system) একে চালায়, অনেকটা কাপড় ধোয়ার মেশিনের টাইমারের মতো। এর দুই প্রধান অংশ:

• CDK (cyclin-dependent kinase, সাইক্লিন-নির্ভর কাইনেজ) — এনজাইম, যা লক্ষ্য প্রোটিনে ফসফেট যোগ করে (phosphorylation) তাদের চালু বা বন্ধ করে। CDK কোষে সবসময় থাকে, কিন্তু একা নিষ্ক্রিয়।
• সাইক্লিন (cyclin) — প্রোটিন, যার মাত্রা প্রতি চক্রে বাড়ে আর কমে। নির্দিষ্ট সাইক্লিন CDK-র সাথে বসলে তবেই CDK চালু হয়। নাম সেখান থেকেই — চক্রাকারে (cyclically) আসে-যায়।

মেরুদণ্ডী প্রাণীতে সাইক্লিনের চারটি প্রধান শ্রেণি (four main classes):

সাইক্লিন B–CDK1-কে বলে MPF (M-phase promoting factor, মূলত maturation promoting factor)। মেটাফেজের শেষে APC (anaphase-promoting complex) নামের প্রোটিন-জটিল সাইক্লিন B ভেঙে দেয় — তখনই অ্যানাফেজ শুরু হয় আর কোষ মাইটোসিস থেকে বেরিয়ে আসে।

চক্রের পথে কয়েকটি চেকপয়েন্ট (checkpoint) আছে, যেখানে কোষ যাচাই করে এগোনো নিরাপদ কি না:

1. G1 চেকপয়েন্ট (G1/S) — কোষ যথেষ্ট বড়? বৃদ্ধি সংকেত আছে? DNA অক্ষত? না হলে → G0।
2. G2/M চেকপয়েন্ট — DNA পুরো আর নির্ভুলভাবে কপি হয়েছে? না হলে মেরামত পর্যন্ত থামো।
3. স্পিন্ডল চেকপয়েন্ট (spindle assembly, মেটাফেজ → অ্যানাফেজ) — সব ক্রোমোসোম স্পিন্ডলে ঠিকমতো যুক্ত? না হলে অ্যানাফেজ শুরু হবে না।

বাইরের সংকেতও চক্র চালায়: ক্ষত হলে রক্তের অণুচক্রিকা (platelet) থেকে PDGF (platelet-derived growth factor) বের হয়ে আশপাশের কোষকে ভাগ হতে বলে; রক্তে অক্সিজেন কমলে বৃক্ক (kidney) এরিথ্রোপোয়েটিন (erythropoietin, EPO) হরমোন তৈরি করে, যা অস্থিমজ্জায় লোহিত রক্তকণিকা তৈরির কোষকে ভাগ হতে উৎসাহ দেয়।

নিচের সুইচে কোষটিকে ডানে টেনে চক্রের মধ্য দিয়ে নাও। তারপর বৃদ্ধি সংকেত সরাও, বা DNA ক্ষতি চালু করো — কোথায় আটকে যায়?

এই আবিষ্কারের জন্য ২০০১ সালে চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার পান তিনজন: লেল্যান্ড হার্টওয়েল (Leland Hartwell) — ইস্টে (budding yeast) চক্র-নিয়ন্ত্রক cdc জিন; পল নার্স (Paul Nurse) — ফিশন ইস্টে cdc2, অর্থাৎ CDK1; আর টিম হান্ট (Tim Hunt) — ১৯৮২ সালে সামুদ্রিক আর্চিনের (sea urchin) ডিমে প্রতি বিভাজনে উঠে-নেমে যাওয়া প্রোটিন আবিষ্কার করে নাম দেন সাইক্লিন।

নিয়ন্ত্রণ নষ্ট হলে — যেমন বৃদ্ধি সংকেত ছাড়াই CDK চালু থাকলে, বা চেকপয়েন্ট কাজ না করলে — কোষ অনিয়ন্ত্রিতভাবে ভাগ হতে থাকে। এটাই ক্যান্সারের (cancer) মূল কারণ; বিস্তারিত পাঠ ৪-এ।

কোষচক্রের গুরুত্ব সংক্ষেপে: (১) একটি জাইগোট থেকে বহুকোষী দেহের বৃদ্ধি; (২) ক্ষয়ে যাওয়া বা মৃত কোষের জায়গা পূরণ (ত্বক, রক্ত, অন্ত্রের আবরণ) আর ক্ষত সারানো; (৩) প্রতিটি কন্যা কোষে হুবহু একই জিনগত তথ্য; (৪) ইন্টারফেজে DNA কপি আর যাচাই হয় বলে ভুল কম ছড়ায়; (৫) চেকপয়েন্ট নিয়ন্ত্রণ ভেঙে পড়লে ক্যান্সার — তাই এ নিয়ন্ত্রণ বোঝা ক্যান্সার-চিকিৎসার ভিত্তি।

ধাপ ৭: এবার নিজে করে দেখো

একটি কলায় সব কোষ একসাথে ভাগ হয় না — প্রত্যেকে চক্রের নিজের জায়গায় থাকে (অসমলয় জনসংখ্যা, asynchronous population)। নিচের ঘড়িতে 200টি কোষ বৃত্তে ঘুরছে; রং দেখায় কোন দশায় আছে:

• প্রিসেট বা স্লাইডার দিয়ে G1, S, G2, M-এর সময় বেছে নাও।
• ওষুধ (illustrative): S-ব্লকার (hydroxyurea-এর মতো) DNA কপি থামায়; কোলচিসিন (colchicine) স্পিন্ডল তৈরি থামায়; বৃদ্ধি সংকেত সরাও।
• স্থির করো (fix) — ল্যাবে কোষ “ফিক্স” করার মতো সব থামিয়ে প্রতিটি দশার কোষ গোনো, আর DNA হিস্টোগ্রাম দেখো (flow cytometry যেমন দেখায়: 2C চূড়া, মাঝে S, 4C চূড়া)।
• খাতায় লেখো চেপে ফলাফল পর্যবেক্ষণ খাতায় রাখো।

ঘরে বসে পরীক্ষা

মুগের মূল কোথায় বাড়ে? লাগবে: এক মুঠো মুগ (মুগ ডাল নয়, খোসাসহ গোটা মুগ দানা), একটি প্লেট, টিস্যু পেপার, পানি আর একটি সরু মার্কার কলম।

1. মুগ রাতভর পানিতে ভিজিয়ে রাখো, তারপর ভেজা টিস্যুর ওপর ছড়িয়ে ঢেকে রাখো। এক-দুই দিনে 1–2 cm মূল বের হবে।
2. একটি সোজা মূলে, অগ্রভাগ থেকে শুরু করে, মার্কার দিয়ে খুব আলতো করে 1 mm পরপর 8–10টি বিন্দু দাও (একটি স্কেলের পাশে রেখে)।
3. টিস্যু ভেজা রেখে 24 ঘণ্টা পর আবার দেখো: কোন দুটি বিন্দুর মাঝের দূরত্ব সবচেয়ে বেড়েছে?

অগ্রভাগের ঠিক পেছনের বিন্দুগুলো সবচেয়ে ছড়িয়ে যায় — সেখানে কোষ বিভাজন আর কোষ লম্বা হওয়া (elongation) চলে; ওপরের পুরোনো অংশের বিন্দুগুলো প্রায় একই জায়গায় থাকে। মনে রেখো: এতে বৃদ্ধি দেখা যায়, কোষচক্রের দশাগুলো নয় — সেগুলো দেখবে পাঠ ৮-এর পেঁয়াজ-মূলের স্লাইডে।

পরীক্ষার প্রস্তুতি

১. (জ্ঞান ও অনুধাবন) কোষচক্র কাকে বলে? কে, কবে কোষচক্রের ধারণা দেন? ইন্টারফেজকে “বিশ্রাম দশা” বলা যায় না কেন?

২. (অনুধাবন) ইন্টারফেজের G1, S ও G2 দশার প্রধান কাজ লেখো।

৩. (প্রয়োগ) একটি প্রাণীর দেহকোষের G1 দশায় DNA-র পরিমাণ $x$ এবং ক্রোমোসোম সংখ্যা 20। (ক) G2 দশায়, (খ) মাইটোসিসের পর প্রতিটি কন্যা কোষে, (গ) মিয়োসিসের পর প্রতিটি জননকোষে DNA ও ক্রোমোসোম সংখ্যা কত?

৪. (বহুনির্বাচনি) (ক) কোষচক্রের কোন দশায় DNA প্রতিলিপন ঘটে? (খ) MPF কী দিয়ে গঠিত? (গ) সাইক্লিন প্রথম কে আবিষ্কার করেন? (ঘ) কোষচক্র নিয়ন্ত্রণ আবিষ্কারের জন্য ২০০১ সালে নোবেল পান কারা? (ঙ) কোন কোষ সাধারণত G0 দশায় থাকে?

৫. (প্রয়োগ, সংখ্যাগত) পেঁয়াজের মূলের অগ্রভাগে 25 °C-এ কোষচক্র 13.5 ঘণ্টা, যার মধ্যে মাইটোসিস 2.3 ঘণ্টা। একটি স্লাইডে 500টি কোষ গুনলে কতটি বিভাজনরত পাওয়ার কথা (সরল অনুপাতে)?

৬. (সৃজনশীল ঘ-ধরনের) “কোষচক্রের নিয়ন্ত্রণ হারালে ক্যান্সার হয়” — বিশ্লেষণ করো।