Podziały komórkowe: amitoza, mitoza i mejoza

Podziały komórkowe: amitoza, mitoza i mejoza

Na podział komórki składa się podział jądra (kariokineza) i podział cytoplazmy(cytokineza). Wyróżnia się dwa typy podziałów komórkowych: mitozę i mejozę.

Podział jądra komórkowego w wyniku mitozy lub mejozy to - kariokineza. Natomiast podział zawartości komórki, to znaczy cytoplazmy i zawartych w niej organelli komórkowych to - cytokineza.

Amitoza

Jest podziałem materiału genetycznego bez wytworzenia wrzeciona podziałowego. Dokonuje się w:

• komórkach prokariotycznych (brak w nich wyodrębnionego jądra, a przekaz materiału do komórek potomnych jest wierny).

• starych komórkach roślinnych - mogą one odzyskiwać aktywność mitotyczną, materiał genetyczny jest nieprawidłowy i rozdziela się nie równo.

• właściwy podział jądra komórkowego.

PODZIAŁ JADRA KOMÓRKOWEGO : MITOZA I MEJOZA I ICH ROLA

Pojęcie kariokinezy oznacza podział jądra komórkowego. Zwykle podziałowi nukleoplazmy towarzyszy rozdział pozostałych składników komórki, czyli cytokineza. Znane są trzy podstawowe typy kariokinez, każda z nich ma swoją charakterystyczną nazwę i są to : mejoza i mitoza oraz amitoza.

Wszystkie komórki żywe powstają wyłącznie w wyniku podziału komórek już istniejących. Jednak cel podziału nie zawsze jest jednakowy. W każdym jądrze komórkowym żywego organizmu znajduje się bardzo duża ilość materiału genetycznego. W związku z tym podziały komórkowe muszą być tak zorganizowane, aby w jak najkrótszym czasie rozdzielić cały materiał genetyczny. Ponadto, podział taki nie może być przypadkowy. Istnieją dwa główne typy podziałów komórkowych: m e j o z a i m i t o z a.

Mitoza

Mitoza jest rozdzieleniem DNA, które zostało zreplikowane w okresie interfazy poprzedzającej mitozę. Okres interfazy jest zwykle dzielony na trzy fazy: faza G1 (presyntezy) faza S (syntezy DNA) oraz faza G2 (postsynteza), która poprzedza początek mitozy. Długość tych faz jest bardzo różna zależnie od rodzaju komórek, warunków obserwacji, temperatury, itp.
Podział komórkowy, czyli mitoza, składa się z dwóch procesów: podziału jądra, czyli kariokinezy i podziału cytoplazmy, czyli cytokinezy. Ze względu na umiejscowienie genów w chromosomach interesować nas będzie głównie podział jądra, czyli kariokineza. Mitoza jest najpowszechniejszym typem podziału jądra komórkowego i jest procesem charakterystycznym do komórek eukariotycznych. Mitoza jest stosunkowo prostym podziałem, który w zdumiewająco precyzyjny sposób dzieli chromosomy, dzięki czemu każde jądro potomne otrzymuje dokładnie taką samą informacje genetyczną , jaką miała komórka macierzysta , czyli rodzicielska.

Mitoza zwykle dzieli się na cztery okresy:

• Profaza - sygnalizują ją pojawiające się chromosomy. Każdy z nich składa się z jednakowych części - chromatyd. Chromatyny jednego chromosomu są ze sobą ściśle połączone centromerami. Część centromeru stanowi tzw. kinetochor , struktura , do której później dołączone zostaną włókna wrzeciona podziałowego.
  W czasie profaza jąderko zaczyna się rozpraszać, aż wreszcie zanika . Jednocześnie pęka otoczka jądrowa i chromosomy zostają zepchnięte w centralną część komórki. Ruch organelli cytoplazmatycznych w czasie profaza jest dość przypadkowy.

• Metafaza - polega na uporządkowaniu ułożenia chromosomów . Przyłączając się do przewężeń pierwotnych włókienka wrzeciona podziałowego przesuwają chromosomy w strefie tzw. Równikowej, gdzie tworzy się płytka metafazowa. Pod koniec metafazy następuje skręcanie włókienek wrzeciona podziałowego. Wskutek tego pojawiają się siły ciągnące chromatydy w przeciwne strony. Doprowadza to do pęknięcia centromerów i rozpadu każdego chromosomu na dwie odtąd zwane chromosomami potomnymi.
  

• Anafaza - zaczyna się w momencie pęknięcia ostatniego centromeru i jest to faza wędrówki chromosomów potomnych do przeciwległych biegunów komórki. Spowodowane jest to głównie kurczeniem się wrzeciona kariokinetycznego.

Rozchodzące się do przeciwległych biegunów komplety pojedynczych chromosomów „popychają” przed sobą organelle komórkowe. Zostają one rozdzielone mniej więcej na dwa równe zespoły. Gdy wędrujące grupy chromosomów potomnych osiągają maksymalne oddalenie, rozpoczyna się telofaza.

• Telofaza i towarzysząca jej zwykle cytokineza - w tym czasie dookoła dwóch grup chromosomów tworzone są otoczki jądrowe, zaś chromosomy ulegają despiralizacji do chromatyny. Nieco później wokół organizatorów jąderktwórczych powstają jąderka. W komórce powstają więc dwa jądra potomne o takiej samej jak macierzyste liczbie chromosomów i ilości DNA. Telofaza bardzo przypomina „odwróconą profaza „

W czasie ostatniej fazy mitozy ( czasem już w anafazie) dochodzi do cytokinezy.
Cały proces mitozy w zależności od badanego materiału, temperatury i innych warunków środowiskowych trwa od kilkudziesięciu minut do kilkudziesięciu godzin.

Mejoza

Mejoza, jest to podział jądrowy prowadzący do redukcji ilości chromosomów do połowy w stosunku do komórki wyjściowej. Mejoza składa się z dwóch ściśle ze sobą sprzężonych podziałów: I i II podziału mejotycznego. U zwierząt podziały mejotyczne zachodzą przed wytworzeniem gamet męskich i żeńskich w gruczołach płciowych, czyli gonadach. Przebieg mejozy, przynajmniej w ogólnych zarysach, jest u wszystkich organizmów, u których ona występuje bardzo podobny. Może się jedynie różnić w szczegółach, w zależności od typu organizmu i rodzaju komórek. U zwierząt tylko jedna komórka w wyniku dwóch podziałów mejotycznych tworzy komórkę jajową, podczas gdy pozostałe produkty podziałów mejotycznych dają, zanikające ciałka kierunkowe. Mejoza jest także źródłem genetycznego zróżnicowania organizmów, ponieważ podczas niej dochodzi do mieszania się informacji genetycznej.

Mejoza dzieli się na :

• Profaza I - jest najdłuższym stadium. W tym czasie komórka rośnie i syntetyzuje materiały odżywcze. Chromosomy przyjmują często niezwykłe kształty. W profazie I ma miejsce koniugacja chromosomów i crossing- ver, a także jeszcze inne charakterystyczne zdarzenia, znane z profazy mitotycznej. Tworzy się wrzeciono podziałowe, w komórkach zwierzęcych pary centrioli przemieszczają się do biegunów, a w rejonie astrosfery formują się promieniście ułożone mikrotubule. W późnej profazie I zanika otoczka jądrowa. Chromatydy siostrzane są nadal ułożone ściśle jedna obok drugiej. Zanika natomiast zespolenie chromosomów homologicznych, a ich centromery (i kinetochory) oddzielają się. Chromosomy homologiczne połączone są teraz ze sobą tylko w rejonach zwanych chiazmami, w których nastąpiła wymiana fragmentów DNA między chromatydami (crossing-over). Obecność chiazm nadaje tetradom charakterystyczny kształt litery X. Profaza I kończy się, gdy tetrady lokują się w płaszczyźnie równikowej komórki.

• Metafaza I - rozwijające się od leptotenu włókna wrzeciona podziałowego przyłączają się do centromerów i układają całe biwalenty w płaszczyźnie równikowej. Stopniowy skurcz włókien wrzeciona podziałowego prowadzić do rozrywania wszystkich chiazm. Pęknięcie ostatniej z nici jest oznaką końca tej fazy. Jest to najkrótsze stadium pierwszego podziału.

• Anafaza I - skręcające się włókna wrzeciona kariokinetycznego odciągają chromosomy homologiczne do przeciwległych biegunów komórki. Tak więc, z każdego biwalentu jeden chromosom „idzie” do jednego bieguna, a drugi do drugiego. W momencie , kiedy grupy chromosomów osiągają maksymalne oddalenie , anafaza kończy się.

• Telofaza I - wokół grup chromosomów odtwarzana jest otoczka jądrowa, pojawia się także jąderko. Chromosomy częściowo ulegają despiralizacji. Teraz następuje cytokineza. Należy dodać , że w niektórych mejozach telofaza I nie występuje i wówczas po anafazie I bezpośrednio następuje profaza II.

Bilans pierwszego podziału :

1. Powstały dwie jednojądrowe komórki

2. każda komórka posiada losowo segregowane, po jednym z każdej pary, chromosomy. Oznacza to zmniejszenie liczby chromosomów z 2n do n.

3. Część chromosomów zawiera chromatydy zrekombinowane.

4. Każdy chromosom w jądrach potomnych jest podwójny

5. Mamy w każdym jądrze po n chromosomów , ale są one podwójne.

6. W pierwszym cyklu podziałowym ma miejsce rekombinacja.

Drugi cykl podziałowy nazywamy podziałem homotypowym , ponieważ formalnie nie zmienia się liczba chromosomów. Morfologicznie przypomina zwykłą mitozę. Jeśli założyć, że nie poprzedzi go replikacja DNA, to podział ten w każdym z jąder doprowadzi do rozdziału chromosomów na chromatydy , czyli do zmniejszenia liczby „c” z 2c do c. Faktycznie, nawet jeśli pomiędzy cyklami podziałowymi nastąpi krótka INTERFAZA , to nigdy nie będzie w niej zachodziła replikacja DNA. Przebieg drugiego cyklu podziałowego przedstawia się następująco:

• Profaza II - jest krótka i w obu jądrach potomnych identyczna. Sygnalizuje ją grubienie chromosomów oraz wzmożone tworzenie włókien wrzeciona kariokinetycznego. Pod koniec , w stadium kontrakcji, zanikają jąderka i pękają otoczki jądrowe.

• Metafaza II - wrzeciono podziałowe ustawia chromosomy w płytce metafazowej i zaczyna rozrywać centromery. Pęknięcie ostatniego centromeru oznacza koniec tej fazy.

• Anafaza II - do przeciwległych biegunów wędrują teraz połówki wszystkich chromosomów , czyli chromatydy albo chromosomy potomne. Zwykle w tym czasie zaczyna się w każdej komórce cytokineza - powstają cztery komórki.

• Telofaza II - wokół każdej z czterech grup chromosomów odtwarzana jest otoczka jądrowa, pojawiają się jąderka , a chromosomy ulegają despiralizacji.

Skutkiem drugiego podziału mejotycznego jest :

1. Zwiększenie liczby jąder potomnych do czterech

2. Utrzymanie , zmniejszonej po pierwszym podziale do n, liczby chromosomów

we wszystkich komórkach.

3. Zmniejszenie ilości DNA z 2c do c poprzez podział chromosomów na

chromatydy

4. Komórki potomne posiadają pojedyncze chromosomy typu

niezrekombinowanego (tzw. rodzicielskie ,macierzyste) i zrekombinowanego

(wymieszane) . Jaki chromosom do jakiego jądra trafi , to sprawa przypadku. W sumie więc powstaje losowy zestaw chromosomów , co jest źródłem

różnorodności w świecie organizmów żywych ( zwłaszcza , jeśli dodasz do tego

łączenie się dwóch różnych komórek rozrodczych)

Cechy porównawcze	MITOZA	MEJOZA
Profaza	krótka, formowanie chromosomów z chromatyny, chromosom - 2 chromatydy połączone centromerem,	długa, skomplikowana składa się z 5 etapów: leptoten, zygoten, pachyten, diploten, diakineza chromosomy homologiczne łączą się w biwalenty
Metafaza	w płaszczyźnie równikowej wrzeciona kariokinetycznego ustawiają się chromosomy złożone z chromatyd	w płaszczyźnie wrzeciona ustawiają się pary chromosomów homologicznych
Anafaza	do biegunów wrzeciona rozchodzą się chromatydy	do biegunów rozchodzą się chromosomy
Telofaza	powstanie 2 jąder o diploidalnej liczbie chromosomów, procesy cytokinezy ilość chromosomów pozostaje bez zmian	po drugim podziale mejotycznym powstaje 4 jądra o haploidalnej liczbie chromosomów cytokineza następuje po drugim podziale mejotycznym, chromosomy w jądrach zredukowane o połowę,
Miejsce przebiegu podziału	9. komórki somatyczne	komórki macierzyste gamet

Rodzaje podziałów komórkowych

• Fazy podziału mitotycznego:

• profaza

• metafaza

• anafaza

• telofaza

• Przebieg mitozy:

• stan jądra komórkowego w okresie interfazy (podwojona ilość DNA); bezbarwne rozrzucone nici,

• wczesna profaza - spiralizacja nici, centriole w okolicy jądra znajdują się obok siebie, a nie na przeciwległych biegunach; jedno z tych centrioli wytworzy wrzeciono podziałowe,

• profaza - zanika błona jądrowa (po to by uzyskać większą przestrzeń podziału); zanikają jąderka (2n chromosomów, 4c chromatyny),

• połączenie się chromosomów w przewężeniach zwanych centromerami; każdy chromosom składa się z 2c chromatyny,

• metafaza - spiralizacja chromosomów, które następnie wędrują w płaszczyznę równikową komórki; nici wrzeciona podziałowego łączą się z centromerami; 2n chromosomów i 4c chromatyny,

• anafaza - pęknięcie centromeru; nici wrzeciona podziałowego zbudowane z białka, kurczą się i odciągają połowy chromosomów na jedną stronę; 2n chromosomów i 2c chromatyny,

• telofaza - zanik nici wrzeciona podziałowego; odtwarza się jądro komórkowe; dwie komórki potomne, z których każda zawiera 2n chromosomów i 2c chromatyny.

• Rodzaje podziału mejotycznego:

• redukcyjny,

• wyrównawczy.

• Przebieg mitozy:

I podział - redukcyjny:

• I profaza:

• leptoten - tzw. stadium cienkiej nici; to wyodrębnienie się chromosomów z chromatyny rozrzuconych bezwładnie w jądrze komórkowym,

• zygoten - chromosomy homologiczne zbliżają się do siebie (zachodzi koniugacja) tworząc biwalenty,

• pachyten - tzw. stadium grubej nici; chromosomy homologiczne splatają się, rozpoczyna się zjawisko "crosing over",

• diploten - rozplatanie się chromosomów homologicznych; w trakcie tego stadium po rozerwaniu ciągłości chromatyd w miejscach splecenia następuje wymiana odcinków między chromosomami homologicznymi (wymieniają się formy tego samego genu; zjawisko to warunkuje rekombinację cech; po crosing over każdy chromosom zawiera część informacji od ojca i od matki, zjawisko to jest podstawą rekombinacji cech,

• I metafaza - odciąganie do biegunów całych chromosomów po jednym z każdej pary (2n = 4c),

• I anafaza - centromery nie pękają; odbywa się niezależna segregacja chromosomów (2n = 2c),

• I telofaza - redukcja liczby chromosomów (1n = 2c).

Bezpośrednio po pierwszym podziale mejotycznym nie następuje interfaza, ponieważ nie ma potrzeby replikowania materiału genetycznego.

II podział - wyrównawczy:

• II profaza - trwa bardzo krótko; zakłada się wrzeciono podziałowe; następuje przemieszczanie się chromosomów w płaszczyznę równikową wrzeciona,

• II metafaza - wszystkie chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona; pękają centromery,

• II anafaza - do biegunów odciągane są chromatydy (redukcja ilości DNA),

• II telofaza - powstają cztery jądra haploidalne (1n = 1c); rozpoczyna się cytokineza, w wyniku czego powstają cztery haploidalne komórki.

Drugi podział mejotyczny odbywa się według mechanizmu i prawidłowości mitozy.

Biologiczny sens procesów

Biologiczny sens mitozy:

• jest podstawą rozmnażania bezpłciowego - ponieważ wystarczy jedna komórka, aby powstały dwie komórki potomne,

• jest podstawą wzrostu, rozwoju i regeneracji - ponieważ w wyniku mitozy powstają komórki identyczne jak komórka macierzysta; zwiększa się liczba komórek (organizm rośnie i rozwija się).

Biologiczny sens mejozy:

• jest podstawą rozmnażania płciowego - ponieważ komórka macierzysta przekształca się w gamety zawierające 1n materiału genetycznego,

• odgrywa rolę w dziedziczeniu - ponieważ zapewnia zmienność w obrębie gatunku, czyli powstania niepowtarzalnych kombinacji w gametach, a przez to następnie w zygotach.

---