CYKL KOMÓRKOWY

MITOZA, MEJOZA

NOWOTWORY

Podziały komórkowe prowadzą do powstania komórek potomnych.

Rodzaje podziałów komórkowych

Mitoza

• zachodzą zmiany morfologiczne

• wyodrębniają się chromosomy

• powstaje wrzeciono podziałowe.

Mejoza

• zachodzą zmiany morfologiczne

• wyodrębniają się chromosomy

• powstaje wrzeciono podziałowe

• następuje redukcja (R!) liczby chromosomów.

Każdy cykl komórkowy składa się z:

1. interfazy, czyli okresu pomiędzy podziałami

2. mitozy.

1) Interfaza

Faza G₁ (ang. Gap - przerwa)

• intensywna synteza RNA

• intensywna synteza białek

• zwiększenie masy i objętości komórek.

Faza S (ang. Synthesis)

• synteza DNA (proces replikacji DNA)

• synteza białek histonowych regulujących konformację chromatyny

Faza G₂ (ang. Gap - przerwa)

• wzrost komórki i przygotowanie komórki do podziału

• synteza białek wrzeciona podziałowego

• synteza składników błon

• podział mitochondriów

2) Mitoza

• kulminacyjny punkt cyklu komórkowego

• podział w wyniku którego z jednej komórki wyjściowej powstają dwie komórki potomne, zawierające taką samą liczbę chromosomów, jak komórka wyjściowa.

Podziały mitotyczne są charakterystyczne dla komórek somatycznych, warunkują wzrost organizmu, procesy regeneracji, rozmnażanie bezpłciowe np. drożdży, eugleny zielonej.

Na podział komórki składa się:

1) podział jądra (kariokineza) - 4 fazy (profaza, metafaza, anafaza
i telofaza)

2) podział cytoplazmy (cytokineza) - rozpoczyna się wytworzeniem pierścienia kurczliwego (nagromadzenie filamentów aktynowych
i miozynowych pod błoną komórkową), na równiku komórki,
prostopadle do długiej osi wrzeciona podziałowego; obkurczanie pierścienia kurczliwego prowadzi do powstania bruzdy podziałowej, która pogłębiając się rozdziela cytoplazmę.

Profaza

• kondensacja chromatyny, wyodrębniają się chromosomy

• ujawnia się struktura chromosomu

Każdy chromosom dzieli się wzdłuż na dwie połówki, zwane chromatydami. Chromatydy połączone są ze sobą w jednym miejscu, zwanym przewężeniem pierwotnym (centromerem). Centromer dzieli chromosom na dwa ramiona, równej lub nierównej długości. Niektóre chromosomy mają jeszcze dodatkowe przewężenie tzw. przewężenie wtórne.

• zanika błona jądrowa

• zanika jąderko

• tworzą się włókna wrzeciona podziałowego.

Metafaza

• chromosomy podzielone na dwie chromatydy, ustawiają się
  w płaszczyźnie równikowej wrzeciona podziałowego

• ostatecznie formuje się wrzeciono podziałowe.

Włókna wrzeciona podziałowego jednym końcem skupiają się na biegunie komórki, drugim przyczepiają się do centromerów chromosomów.

Anafaza

• podział centromerów

• rozdzielenie kinetochorów

• rozdzielenie chromatyd poszczególnych chromosomów
  w wyniku działania włókien wrzeciona podziałowego

• rozdzielone chromatydy przemieszczają się do przeciwległych biegunów komórki.

Telofaza

• chromatydy osiągają bieguny komórki

• dekondensacja chromosomów (chromosomy potomne ulegają despiralizacji - rozkręcają się w długie i cienkie nici)

• zanika wrzeciono podziałowe

• tworzą się nowe jądra komórkowe, błony jądrowe oraz jąderka

• poziom DNA wynosi 2c

• dobiega końca cytokineza.

W wyniku kariokinezy i cytokinezy z 1 diploidalnej komórki wyjściowej (2n) powstają w następstwie mitozy 2 diploidalne (2n) komórki potomne. Każda z komórek potomnych zawiera taką samą liczbę chromosomów oraz taką samą informację genetyczną jak komórka wyjściowa.

Mejoza

• podczas mejozy następuje redukcja liczby chromosomów

• w wyniku podziału mejotycznego diploidalnych komórek macierzystych powstają haploidalne zarodniki oraz haploidalne gamety (plemniki i komórki jajowe).

Wyróżniamy:

1) I podział mejotyczny, zwany redukcyjnym

2) II podział mejotyczny, o przebiegu podobnym do mitozy.

W obydwu podziałach (I i II) występuje profaza, metafaza, anafaza
i telofaza.

I podział mejotyczny

Profaza I

Składa się z 5 stadiów (leptoten, zygoten, pachyten, diploten, diakineza).

Leptoten

• zanika jąderko

• kondensacja chromatyny, pojawiają się chromosomy.

Zygoten

• chromosomy homologiczne tworzą pary.

Pachyten

• podział podłużny chromosomów na dwie chromatydy (każda para chromosomów homologicznych nazywana jest biwalentem;
  w związku z tym, iż każdy chromosom homologiczny zbudowany jest z dwóch siostrzanych chromatyd, słuszniej byłoby określać parę chromosomów homologicznych jako tetradę)

• zjawisko crossing-over (wymiana odcinków niesiostrzanych chromatyd chromosomów homologicznych) prowadzące do rekombinacji informacji genetycznej, w wyniku czego poszczególne osobniki różnią się między sobą; miejsce, gdzie zachodzi crossing-over, tworzy chiazmę.

Diploten

• rozpoczyna się proces rozdzielania chromosomów (pary chromatyd siostrzanych rozchodzą się).

Diakineza

• zanika błona jądrowa

• tworzenie się włókien wrzeciona podziałowego.

Metafaza I

• chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona podziałowego

• włókna wrzeciona podziałowego organizują się jednym końcem
  przy biegunach komórki, drugim przyczepiają się do centromerów chromosomów.

Anafaza I

• przemieszczenie chromosomów do przeciwległych biegunów komórki

• redukcja liczby chromosomów.

Telofaza I

• chromosomy osiągają przeciwległe bieguny komórki

• liczba chromosomów w komórkach potomnych jest o połowę mniejsza, niż w komórce wyjściowej; każda z dwóch komórek potomnych zawiera haploidalną liczbę chromosomów z diploidalną ilością DNA.

Komórka wchodzi w drugi etap mejozy.

II podział mejotyczny

Profaza II

• zanika błona jądrowa

• zanika jąderko

• powstaje wrzeciono podziałowe.

Metafaza II

• chromosomy podzielone na dwie chromatydy ustawiają się
  w płaszczyźnie równikowej wrzeciona podziałowego.

Anafaza II

• chromatydy rozchodzą się do przeciwległych biegunów komórki (późniejsze chromosomy potomne)

• rozpoczyna się proces cytokinezy.

Telofaza II

• powstają 4 komórki potomne o haploidalnej liczbie chromosomów

• zakończenie procesu cytokinezy, powstanie błony komórkowej
  (u zwierząt) lub błony komórkowej i ściany komórkowej (u roślin).

W wyniku kariokinezy i cytokinezy z 1 diploidalnej komórki wyjściowej (2n) powstają w następstwie mejozy 4 haploidalne (1n) komórki potomne (zarodniki lub gamety).

Diploidalna (2n) liczba chromosomów człowieka wynosi 46, z czego
44 to chromosomy somatyczne (autosomy, allosomy), a 2 to chromosomy płciowe (heterochromosomy) - XX u kobiet,
XY u mężczyzn.

Komórki somatyczne są diploidalne.

Komórki jajowe i plemniki są haploidalne.

Podziałowi mejotycznemu podlegają spermatocyty I i II rzędu oraz oocyty I i II rzędu.

Spermatogeneza

Oogeneza

Nowotwory złośliwe

• znane od starożytności

• w XX w. stały się plagą ludzkości

• są drugą, po chorobach układu krążenia, przyczyną zgonów

• obserwowany wzrost zachorowań na nowotwory związany jest
  ze starzeniem się społeczeństwa oraz oddziaływaniem licznych związków rakotwórczych w otoczeniu człowieka

• nowotwór złośliwy to populacja zmienionych komórek somatycznych w organizmie wielokomórkowym

• niekontrolowane i nadmierne podziały nienormalnych odmian własnych komórek organizmu oraz zdolność do tworzenia przerzutów do tkanek i narządów odległych od pierwotnego ogniska nowotworowego.

Czynniki uczestniczące w powstawaniu nowotworów złośliwych:

• palenie tytoniu (nowotwory złośliwe płuc, jamy ustnej, gardła, krtani i przełyku)

• nadużywanie alkoholu (nowotwory złośliwe wątroby i trzustki)

• nieodpowiednia dieta (dieta bogata w tłuszcze zwiększa ryzyko wystąpienia nowotworów złośliwych jelita grubego i piersi)

• brak aktywności fizycznej

• otyłość

• czynniki zawodowe (narażenie na związki rakotwórcze w miejscu pracy, np. wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne)

• promieniowanie ultrafioletowe (czerniaki)

• czynniki zakaźne (HBV i HCV - nowotwory wątroby, HPV - nowotwory szyjki macicy, Helicobacter pylori - rak żołądka)

• czynniki związane z rozrodczością (późny wiek pierwszego porodu, wczesny wiek pierwszej miesiączki, późny wiek menopauzy i brak dzieci zwiększają ryzyko nowotworów piersi; brak dzieci zwiększa ryzyko raka jajnika)

• uwarunkowania genetyczne (choroby nowotworowe w rodzinie).

Zapobieganie chorobom nowotworowym:

• profilaktyka zdrowotna

• działanie ochronne diety (witamina C, karotenoidy, związki polifenolowe)

• aktywność fizyczna

• niepalenie papierosów.

Podział czynników rakotwórczych:

• fizyczne

• chemiczne

• biologiczne

Etapy transformacji nowotworowej:

• inicjacja

• promocja

• progresja

• inwazja

W leczeniu chorób nowotworowych wykorzystuje się środki farmakologiczne powodujące zatrzymanie komórek nowotworowych
w określonej fazie cyklu komórkowego. Przykład: w leczeniu raka trzustki stosowany jest 5-fluorouracyl, który wywołuje blok G₁-S, czyli zahamowanie przechodzenia komórek z fazy G₁ do fazy S.

ZADANIA

ZADANIE 1

Z ilu komórek będzie składał się zarodek po 4 podziałach mitotycznych od momentu zapłodnienia?

....................................................................................................................

ZADANIE 2

Dlaczego w procesie oogenezy z 1 komórki macierzystej powstaje
1 komórka jajowa, a w procesie spermatogenezy z 1 komórki macierzystej powstają 4 plemniki?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

ZADANIE 3

Spośród wymienionych poniżej, komórkami o haploidalnej liczbie chromosomów są:

1. oogonium i spermatocyt I rzędu

2. spermatogonium i oocyt II rzędu

3. komórka jajowa i plemnik

4. spermatocyt I i II rzędu

5. oocyt I rzędu i polocyt (ciałko kierunkowe) I rzędu.

ZADANIE 4

Typ podziału komórkowego	Liczba chromosomów w interfazie	Liczba chromosomów w każdej komórce potomnej
Mitoza	40
Mejoza		20

ZADANIE 5

1. Zaznacz na Rycinie interfazę.

2. Zaznacz na Rycinie: fazę interfazy, w której zachodzi synteza RNA (A) oraz fazę, w której zachodzi podział mitochondriów (B).

3. Podaj przykład wykorzystania znajomości cyklu komórkowego
   w leczeniu chorób nowotworowych.

…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………

ZADANIE 6

Przyporządkuj właściwy opis poszczególnym rodzajom nowotworów podanych w tabeli.

1. Nowotwór siatkówki.

2. Nowotwór prowadzący do objawów klinicznych związanych
z nadmiarem somatostatyny, hamującej wydzielanie insuliny.

3. Nowotwór łagodny z komórek tłuszczowych (tłuszczak).

4. Nowotwór wywodzący się z komórek wytwarzających melaninę.

5. Nowotwór złośliwy tkanki kostnej.

6. Nowotwór złośliwy wątroby wywodzący się z hepatocytów.

7. Nerwiak zarodkowy współczulny.

Rodzaj nowotworu	nr
Hepatoma
Lipoma
Melanoma	GGG
Neuroblastoma
Osteosarcoma
Retinoblastoma
Somatostatinoma

ZADANIE 7

Przykładem komórek dzielących się często w ciągu całego życia człowieka są ………………………………………………………………….

....................................................................................................................

....................................................................................................................

ZADANIE 8

Napisz wzór kariotypu:

• komórek somatycznych kobiety (1)

• komórek somatycznych mężczyzny (2)

• komórek rozrodczych kobiety (3)

• komórek rozrodczych mężczyzny (4).

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

---