Każda komórka rozpoczyna swoje życie, gdy oddziela się od komórki macierzystej i kończy swoje istnienie, pozwalając na pojawienie się komórek potomnych. Natura zapewnia więcej niż jeden sposób podziału ich jądra, w zależności od ich struktury.
Metody podziału komórek
Podział jądrowy zależy od typu komórki:
- Rozszczepienie binarne (znaleziono u prokariontów).
- Amitoza (podział bezpośredni).
- Mitoza (znaleziono u eukariontów).
- Mejoza (przeznaczona do podziału komórek rozrodczych).
Typy podziału jądra są określone przez naturę i odpowiadają strukturze komórki oraz funkcji, jaką pełni ona w makroorganizmie lub samodzielnie.
Rozszczepienie binarne
Ten typ występuje najczęściej w komórkach prokariotycznych. Polega na podwojeniu kolistej cząsteczki DNA. Rozszczepienie binarne jądra nazywa się tak, ponieważ z komórki macierzystej wychodzą dwie identyczne wielkości komórki potomne.
Po przygotowaniu materiału genetycznego (cząsteczka DNA lub RNA) w odpowiedni sposób, czyli podwojenie, zaczyna się ściana komórkowatworzy się przegroda poprzeczna, która stopniowo zwęża się i dzieli cytoplazmę komórki na dwie w przybliżeniu identyczne części.
Drugi proces rozszczepienia nazywa się pączkowaniem lub nierównym rozszczepieniem binarnym. W tym przypadku w miejscu ściany komórkowej pojawia się występ, który stopniowo rośnie. Po wyrównaniu wielkości „nerki” i komórki macierzystej, rozdzielą się. Odcinek ściany komórkowej zostaje ponownie zsyntetyzowany.
Amitoza
Ten podział jądrowy jest podobny do opisanego powyżej, z tą różnicą, że nie ma duplikacji materiału genetycznego. Ta metoda została po raz pierwszy opisana przez biologa Remaka. Zjawisko to występuje w komórkach patologicznie zmienionych (degeneracja guza) i jest również fizjologiczną normą dla tkanki wątroby, chrząstki i rogówki.
Proces podziału jądra nazywa się amitozą, ponieważ komórka zachowuje swoje funkcje i nie traci ich, jak podczas mitozy. Wyjaśnia to patologiczne właściwości właściwe dla komórek dzięki tej metodzie podziału. Ponadto bezpośredni podział jądrowy odbywa się bez wrzeciona rozszczepienia, przez co chromatyna w komórkach potomnych jest nierównomiernie rozłożona. Następnie takie komórki nie mogą korzystać z cyklu mitotycznego. Czasami amitoza powoduje powstawanie komórek wielojądrowych.
Mitoza
To jest pośrednie rozszczepienie jądra. Najczęściej występuje w komórkach eukariotycznych. Główna różnica między tym procesem polega na tym, że komórki potomne i komórka macierzysta zawierają tę samą liczbę chromosomów. A tym samymw organizmie utrzymywana jest wymagana liczba komórek, możliwe są również procesy regeneracji i wzrostu. Flemming jako pierwszy opisał mitozę w komórce zwierzęcej.
Proces podziału jądrowego w tym przypadku dzieli się na interfazę i bezpośrednią mitozę. Interfaza to stan spoczynku komórki między podziałami. Można go podzielić na kilka faz:
1. Okres presyntetyczny - komórka rośnie, gromadzą się w niej białka i węglowodany, aktywnie syntetyzuje się ATP (adenozynotrójfosforan).
2. Okres syntetyczny - Materiał genetyczny jest podwojony.
3. Okres postsyntetyczny - elementy komórkowe podwajają się, pojawiają się białka tworzące wrzeciono podziału.
Fazy mitozy
Podział jądra komórki eukariotycznej to proces, który wymaga utworzenia dodatkowego organelli - centrosomu. Znajduje się obok jądra, a jego główną funkcją jest tworzenie nowej organelli - wrzeciona podziału. Ta struktura pomaga równomiernie rozmieścić chromosomy między komórkami potomnymi.
Istnieją cztery fazy mitozy:
1. Profaza: Chromatyna w jądrze kondensuje w chromatydy, które gromadzą się w pobliżu centromeru, tworząc pary chromosomów. Jąderka rozpadają się, a centriole przesuwają się na bieguny komórki. Powstaje wrzeciono rozszczepienia.
2. Metafaza: Chromosomy ustawiają się w linii przez środek komórki, tworząc płytkę metafazy.
3. Anafaza: Chromatydy przemieszczają się ze środka komórki do biegunów, a następnie centromer dzieli się na dwie części. Takiruch jest możliwy dzięki wrzecionu podziału, którego nitki kurczą się i rozciągają chromosomy w różnych kierunkach.
4. Telofaza: Tworzą się jądra potomne. Chromatydy ponownie zamieniają się w chromatynę, powstaje jądro, aw nim - jąderka. Wszystko kończy się podziałem cytoplazmy i wytworzeniem ściany komórkowej.
Endomitoza
Wzrost materiału genetycznego bez podziału jądra nazywa się endomitozą. Znajduje się w komórkach roślinnych i zwierzęcych. W tym przypadku nie dochodzi do zniszczenia cytoplazmy i powłoki jądra, ale chromatyna zamienia się w chromosomy, a następnie ponownie ulega despiracji.
W procesie tym powstają jądra poliploidalne o zwiększonej zawartości DNA. Podobnie dzieje się w komórkach szpiku kostnego tworzących kolonie. Ponadto zdarzają się przypadki, gdy cząsteczki DNA podwajają swoją wielkość, a liczba chromosomów pozostaje taka sama. Nazywane są polietylenem i można je znaleźć w komórkach owadów.
Znaczenie mitozy
Mitotyczny podział jądra jest sposobem na utrzymanie stałego zestawu chromosomów. Komórki potomne mają ten sam zestaw genów co matka i wszystkie charakterystyczne dla niej cechy. Mitoza jest wymagana dla:
- wzrost i rozwój organizmu wielokomórkowego (z połączenia komórek zarodkowych);
- przenoszenie komórek z niższych warstw na wyższe, a także zastępowanie komórek krwi (erytrocyty, leukocyty, płytki krwi);
- odbudowa uszkodzonych tkanek (u niektórych zwierząt zdolność do regeneracji jestniezbędny warunek przetrwania, taki jak rozgwiazdy lub jaszczurki);
- bezpłciowe rozmnażanie roślin i niektórych zwierząt (bezkręgowców).
Mejoza
Mechanizm jądrowego podziału komórek rozrodczych różni się nieco od mechanizmu somatycznego. W rezultacie uzyskuje się komórki, które mają o połowę mniej informacji genetycznej niż ich poprzednicy. Jest to konieczne, aby utrzymać stałą liczbę chromosomów w każdej komórce ciała.
Mejoza przebiega w dwóch etapach:
- etap redukcji;
- etap równania.
Właściwy przebieg tego procesu jest możliwy tylko w komórkach o równym zestawie chromosomów (diploidalny, tetraploidalny, heksaproidowy itp.). Oczywiście nadal możliwe jest poddanie się mejozie w komórkach z nieparzystym zestawem chromosomów, ale wtedy potomstwo może nie być zdolne do życia.
To właśnie ten mechanizm zapewnia bezpłodność w małżeństwach międzygatunkowych. Ponieważ komórki płciowe zawierają różne zestawy chromosomów, utrudnia to im łączenie się i wytwarzanie żywotnego lub płodnego potomstwa.
Pierwszy podział mejozy
Nazwa faz powtarza te w mitozie: profaza, metafaza, anafaza, telofaza. Istnieje jednak kilka istotnych różnic.
1. Profaza: podwójny zestaw chromosomów dokonuje szeregu transformacji, przechodząc przez pięć etapów (leptoten, zygoten, pachyten, diploten, diakineza). Wszystko to dzieje się dzięki koniugacji i krzyżowaniu.
Koniugacja to łączenie chromosomów homologicznych. W leptotenach powstają między nimicienkie nitki, następnie w zygocie chromosomy są połączone parami, w wyniku czego uzyskuje się struktury czterech chromatyd.
Crossingover to proces krzyżowej wymiany fragmentów chromatyd między chromosomami siostrzanymi lub homologicznymi. Dzieje się to na etapie pachytenu. Powstają skrzyżowania (chiasmata) chromosomów. Osoba może mieć od trzydziestu pięciu do sześćdziesięciu sześciu takich wymian. Wynikiem tego procesu jest genetyczna heterogeniczność powstałego materiału, czyli zmienność komórek zarodkowych.
Kiedy nadchodzi etap diplotenu, kompleksy czterech chromatyd rozpadają się, a chromosomy siostrzane odpychają się nawzajem. Diakineza kończy przejście od profazy do metafazy.
2. Metafaza: Chromosomy ustawiają się w linii w pobliżu równika komórki.
3. Anafaza: Chromosomy, wciąż składające się z dwóch chromatyd, oddalają się w kierunku biegunów komórki.
4. Telofaza: Wrzeciono ulega uszkodzeniu, w wyniku czego powstają dwie haploidalne komórki z dwukrotnie większą ilością DNA.
Drugi podział mejozy
Ten proces jest również nazywany "mitozą mejozy". W chwili pomiędzy dwiema fazami nie dochodzi do duplikacji DNA, a komórka wchodzi w drugą profazę z tym samym zestawem chromosomów, który opuściła po telofazie 1.
1. Profaza: chromosomy zagęszczają się, centrum komórki oddziela się (jej pozostałości rozchodzą się w kierunku biegunów komórki), otoczka jądrowa ulega zniszczeniu i powstaje wrzeciono podziału, usytuowane prostopadle do wrzeciona z pierwszego podziału.
2. Metafaza: chromosomy znajdują się na równiku, powstająpłyta metafazowa.
3. Anafaza: Chromosomy dzielą się na chromatydy, które oddalają się od siebie.
4. Telofaza: w komórkach potomnych tworzy się jądro, chromatydy despiralizują się do chromatyny.
Pod koniec drugiej fazy, z jednej komórki macierzystej, mamy cztery komórki potomne z połową zestawu chromosomów. Jeśli mejoza występuje w połączeniu z gametogenezą (czyli tworzeniem komórek zarodkowych), wówczas podział jest nagły, nierówny i powstaje jedna komórka z haploidalnym zestawem chromosomów i trzema ciałami redukcyjnymi, które nie zawierają niezbędnej informacji genetycznej. Są one niezbędne, aby w komórce jajowej i nasieniu zachowała się tylko połowa materiału genetycznego komórki rodzicielskiej. Ponadto ta forma podziału jądra zapewnia powstawanie nowych kombinacji genów, a także dziedziczenie czystych alleli.
W pierwotniakach występuje odmiana mejozy, w której w pierwszej fazie występuje tylko jeden podział, aw drugiej następuje przejście. Naukowcy sugerują, że ta forma jest ewolucyjnym prekursorem normalnej mejozy w organizmach wielokomórkowych. Mogą istnieć inne sposoby rozszczepienia jądrowego, o których naukowcy jeszcze nie wiedzą.
