Cykl komórkowy składa się z interfazy, czyli okresu między kolejnymi podziałami komórki (komórka jest w tym czasie bardzo aktywna metabolicznie) oraz podziału, czyli mitozy (faza M) w czasie której następuje rozdział chromosomów i wytwarzanie dwóch potomnych komórek.

Interfaza dzieli się na kilka etapów:

-fazę G1 w czasie której posiada ściśle diploidalną (2n) liczbę chromosomów między końcem mitozy a rozpoczęciem syntezy DNA

-fazę S syntezy DNA (którego ilość się podwaja) kończy się gdy wszystkie chromosomy ulegają podwojeniu

-fazę G2 w której komórka przygotowuje się do podziału między końcem syntezy DNA, a początkiem mitozy i w fazie tej komórka gotowa jest do podziału

W interfazie nie można wyróżnić chromosomów. Czas trwania cyklu komórkowego w zależności od typu komórki trwa kilka lub kilkanaście godzin np. leukocyty ludzkie w warunkach hodowli In vitro dzielą się średnio co 18 godzin, przy czym sam podział trwa tylko 45 min.

Wyróżniamy dwa najdłuższe typy podziału komórek eukariotycznych - mitozę i mejozę.

Podstawowym typem podziału komórkowego jest mitoza. Ulegają jej wszystkie komórki somatyczne tzn. komórki budujące ciało danego organizmu. Mitoza odpowiada za wzrost organizmu, gnojenie się ran, rozmnażanie wegetatywne, tworzenie nowych pędów i liści roślin itp. Mitozą nazywamy podział komórki somatycznej, w której z jednej powstają dwie komórki potomne i identyczne genetycznie (faza M)

Podczas mitozy komórka macierzysta przekazuje każdej z dwóch komórek potomnych kompletną kopię swojego materiału genetycznego. Każdy podział mitotyczny poprzedzony jest podziałem (replikacją) obecnego w jądrze materiału genetycznego. Podział komórki rozpoczyna się podziałem jądra, który poprzedzony jest intensywną syntezą kwasu DNA. Substancja chromatynowa zawarta w jądrze zmienia swoją postać przyjmując formę chromosomów.

Podział mitotyczny przebiega przez następujące fazy:

a) PROFAZĘ - pierwszy etap mitozy. W trakcje trwania profazy zachodzi stopniowa spiralizacja chromosomów. Pod koniec profazy każdy chromosom składa się z dwóch identycznych chromatyd siostrzanych połączonych centromerem. Zanika jądro lub jąderko, a pod koniec profazy zanika błona jądrowa. Chromosomy zostają bezwładnie rozmieszczone w cytoplazmie.

b) METAFAZA - podczas metafazy chromosomy osiągają maksymalną kondensację. Chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona podziałowego. Wyraźnie widoczny jest podział chromosomów na chromatydy. Do centromeru każdego z chromosomów przyłączają się z przeciwnych stron dwie nici wrzeciona podziałowego.

c) ANAFAZA - rozpoczyna się w momencie podziału centromeru i całkowitym rozdzieleniem chromatyd z każdego chromosomu oraz ich przemieszczeniem do przeciwległych biegunów komórki. Faza ta kończy się wtedy, gdy chromatydy osiągają bieguny komórki. W każdym z dwóch nowo powstałych zespołów liczba chromosomów jest identyczna jak w jadrze rozpoczynającym podział.

d) TELOFAZA - kończy podział komórkowy. Odtworzona zostaje błona jądrowa i powstają dwa nowe jądra, w którym rozpoczyna się proces despiralizacji chromosomów z odtworzeniem struktury chromatynowej. Pojawiają się jąderka. Powstanie w środku komórki poprzecznej błony rozpoczyna cytokinezę.

CYTOKINEZA

-jest to podział cytoplazmy

-rozpoczyna się już w telofazie

-polega na wytwarzaniu przegrody dzielącej nowo powstałe komórki

Mejoza jest drugim typem podziału komórek. Zachodzi tylko w komórkach szlaku płciowego. W podział mejotyczny może wejść tylko komórka diploidalna (2n). W wyniku tego procesu powstają komórki płciowe (gamety) o zredukowanej do połowy liczbie chromosomów. Wynikiem zajścia dwu podziałowej mejozy jest powstanie 4 komórek potomnych.

W gametach znajduje się zredukowana o połowę ilość chromosomów czyli osobniki o diploidalnej (2n) liczbie chromosomów wytwarzają gamety z haploidalną ich liczbą (n).

Mejoza obejmuje dwa kolejno po sobie następujące podziały:

I podział mejotyczny - redukcyjny zmniejszający o połowę liczbę chromosomów. Składa się z profazy, metafazy, anafazy i telofazy.

Profaza to najdłuższa faza mejozy. Jest to proces podczas którego chromosomy konwersują i formułują coraz lepiej widoczne biwalenty oraz wymierzają między sobą odcinki ramion, powstanie tetrad (tzw. crossing - over)

W profazie podziału redukcyjnego wyróżnia się 5 stadiów:

1. laptoten - połączone ze sobą chromosomy homologiczne zaczynają być widoczne w postaci długich niespieralnych nici.

2. zygoten - chromosomy homologiczne ustawiają się naprzeciw siebie, łączą się stykając się na całej długości tworząc pary chromosomów homologicznych - biwalenty

3. pachyten - chromosomy skręcają się. Każdy z nich składa się z dwóch chromatyd. W tym stadium zachodzi zjawisko crossing - over, czyli wymiana odcinków chromatyd chromosomów homologicznych (powstają figury w kształcie krzyża - chiazmy)

4. diploten - chromosomy homologiczne częściowo oddzielają się od siebie i powstają razem jedynie dzięki miejscowym połączeniom ich sąsiadujących ze sobą ramion (chiazmy)

5. diakinezy - następuje maksymalne skrócenie i zgrubienie chromosomów oraz terminalizacja chiazm, czyli przesuwanie się ich ku końcowi chromosomów. Zanika otoczka jądrowa i jąderka, biwalenty zaczynają się układać w jednej płaszczyźnie, przecinającej komórki w połowie.

Metafaza I - biwalenty ustawiają się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona podziałowego tworząc płytkę metafazową. Każdy chromosom biwalenty składa się z 4 chromatyd i ma 2 centromery.

Anafaza I - biwalenty rozłączają się i pojedyncze chromosomy przemieszczają się do przeciwległych biegunów komórki zachowując swoją podwójną budowę

Telofaza I - po dotarciu chromosomów do biegunów następuję przejście do drugiego podziału mejotycznego i odtworzenie struktur jądrowych, jednocześnie dochodzi do podziału cytoplazmy. Powstają dwie komórki potomne, które mają o połowę mniejszą liczbę chromosomów niż komórka wyjściowa (podział redukcyjny).

Każda komórka po I mejozie ma po jednym chromosomie homologicznym z każdej pary.

II podział mejotyczny - ekwacyjny (wyrównawczy) zmniejszający ilość chromatyny w chromosomach. Przebieg II podziału mejotycznego jest analogiczny do mitozy.

W profazie II następuje zróżnicowanie się chromosomów, znika błona jądrowa.

W metafazie II chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona podziałowego.

W anafazie II chromatydy rozdzielają się i przemieszczają do przeciwległych biegunów komórek.

W telofazie II następuje odtwarzanie struktur jądrowych i despiralizacja chromosomów potomnych. Potem następuje cytokineza.

W wyniku obu podziałów mejotycznych tworzy się tetrada komórek o zredukowanej do połowy liczbie chromosomów (powstają 4 haploidalne komórki potomne).

Podział mejotyczny jest jednym ze źródeł zmienności organizmów. Nowe kombinacje cech powstają w wyniku losowego rozchodzenia się segregacji chromosomów pochodzących z gamety ojcowskiej i matczynej, a także w wyniku zjawiska crossing - over.

Porównanie mitozy i mejozy

Proces liczba komórek potomnych liczba chromosomów komórki powstałe w wyniku podziału

w komórkach potomnych

Mitoza 2 2n komórki somatyczne

Mejoza 4 n komórki rozrodcze

Crossing-over to proces wymiany materiału genetycznego między chromosomami homologicznymi, w wyniku którego zwiększa się zmienność genetyczną. Proces ten zachodzi w profazie I mejozy (pachytenie) i polega na tworzeniu połączeń chiazm między chromatydami, a następnie rozrywaniu tych połączeń, ale tak, że następuje wymiana ich odcinków. W wyniku crossing-over dochodzi do rozszczepienia genów sprzężonych i powstania nowych sprzężeń. Częstość tego procesu zależy od odległości pomiędzy rozpatrywanymi genami w chromosomie: im bliżej są one położone, tym silniej są sprzężone i mniejsze jest prawdopodobieństwo rozdzielenia ich pomiędzy dwa różne chromosomy homologiczne. Wystąpienie crossing-over w określonym miejscu chromosomu wpływa ograniczająco na możliwość zajścia c-o w pobliżu. Zjawisko to określane jest terminem interferencji.

W procesie crossing-over następuje rekombinacja homologiczna. Nukleotydy jednej nici DNA łącza się z nukleotydami homologicznym drugiej, ale zanim to nastąpi chromosomy homologiczne ustawiają się równolegle do siebie, po czym następuje przecięcie nici w kilku miejscach. Następnie fragment homologiczny jednej nici łączy się z fragmentem drugiej krzyżowo, kolejne dwie nici nie są połączone krzyżowo, dlatego następuje rotacja aby takie połączenie utworzyć.

Crossing-over jest procesem o dużym znaczeniu dla różnorodności genetycznej, ponieważ prowadzi do powstania komórek potomnych o genotypie innym od rodzicielskiego.

---