Rodzaje podziałów komórkowych

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

Zalicza się tu dwa rodzaje podziału komórkowego. Są to:

  • Mitoza - podział jądra komórkowego w wyniku, którego powstają komórki potomne identyczne, jak komórka macierzysta. Zachodzi w komórkach somatycznych (komórkach ciała). Jest odpowiedzialna za wzrost i rozwój organizmu (mitoza roślin lądowych przyczynia się do powstawania zarodników). Mitoza j e s t p o d s t a w ą r o z m n a ż a n i a b e z p ł c i o w e g o, wzrostu i regeneracji organizmu.
  • Mejoza - to inaczej podział redukcyjny, którego efektem jest powstawanie komórek potomnych, różniących się ilością materiału genetycznego i składem genetycznym od komórki macierzystej. U zwierząt i człowieka prowadzi do powstania gamet, a zachodzi w ich komórkach macierzystych, czyli w gonadach. Taki podział mejotyczny zachodzi również na sporoficie roślin lądowych w wyniku, którego powstają zarodniki o zredukowanej liczbie materiału genetycznego. Z zarodniki następnie rozwijają się gametofity, na których w drodze mitozy powstają gamety. Mejoza j e s t p o d s t a w ą r o z m n a ż a n i a p ł c i o w e g o.

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.

Fazy cyklu komórkowego

Fazy te odnoszą się do zmian ilości DNA w komórce. Cykl komórkowy składa się z interfazy, czyli przerwy pomiędzy kolejnymi dwoma podziałami oraz z podziału jądra komórkowego i całej komórki. Cykl komórkowy przeciętnie trwa około 20 godzin, z czego 19 godzin przypada na interfazę, a zaledwie 1 godzina na podział jądra komórkowego.

Elementy składowe cyklu komórkowego:

  • Interfaza G1:
      • przerwa w syntezie DNA,
      • despiralizacja chromosomów,
      • synteza składników błony enzymów,
      • w tej fazie następuje zatrzymanie w komórkach już nie dzielących się.
    • Synteza DNA (S):
      • podwojenie DNA,
      • zmiany morfologiczne jądra i komórki.
  • Interfaza G2:
    • przygotowanie do budowy wrzeciona podziałowego i do podziału jądra i komórki.

Mitoza

Warunkiem zajścia podziału mitotycznego jest synteza DNA (w fazie S), gdzie na bazie istniejącego DNA syntetyzowana jest druga jego część Powstają komórki potomne zawierające taki sam materiał genetyczny i taką samą jego ilość. Ale żeby komórki potomne mogły otrzymywać taką samą ilość materiału genetycznego, w komórce macierzystej musi on ulec podwojeniu. Takie podwojenie materiału genetycznego to repikacja.

Materiał genetyczny musi zmienić swoją strukturę przestrzenną. 2n chromosomów = 2n chromatyny. Komórki potomne muszą zawierać tyle materiału genetycznego ile ma zygota. Ilość chromatyny musi ulec podwojeniu do 4c. 4c w czasie trwania faz, despiralizuje się do postaci chromosomów.

  • 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.

Mejoza

Jest podstawa rozmnażania płciowego, w wyniku którego powstają gamety (komórki żeńskie i komórki męskie). Aby zapobiec zwielokrotnianiu materiału genetycznego zachodzi proces redukcji. U zwierząt i człowieka proces ten zachodzi w gonadach, u roślin redukcja odbywa się w sporangiach (zarodniach). W wyniku mejozy powstają zarodniki zawierające 1n materiału genetycznego.

  • Rodzaje podziału mejotycznego:
    • redukcyjny,
    • wyrównawczy.

W wyniku pierwszego podziału, redukcyjnego powstają dwie komórki potomne zawierające połowę mniej chromosomów - 1n. Każdy chromosom składa się z podwójnej ilości DNA (chromatyd, po 2c). Każda z komórek przechodzi następny podział - wyrównawczy, celem zredukowania ilości DNA. Każda z powstałych komórek jest komórką macierzystą dla komórek ostatecznych, zawierających 1c i 1n.

Z pojedynczych komórek nie rozwinie się organizm, ponieważ ilość materiału genetycznego nie wystarczy do przekazania cech. Musi go być dwa razy więcej. Dzieje się to podczas zapłodnienia - łączenia się gamet w wyniku, którego powstaje zygota.

  • 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.