Κάθε κύτταρο ξεκινά τη ζωή του όταν χωρίζεται από το μητρικό κύτταρο και τελειώνει την ύπαρξή του, επιτρέποντας στα θυγατρικά του κύτταρα να εμφανιστούν. Η φύση παρέχει περισσότερους από έναν τρόπους για τη διαίρεση του πυρήνα τους, ανάλογα με τη δομή τους.
Μέθοδοι κυτταρικής διαίρεσης
Η πυρηνική διαίρεση εξαρτάται από τον τύπο κυττάρου:
- Δυαδική σχάση (βρίσκεται σε προκαρυώτες).
- Αμίτωση (άμεση διαίρεση).
- Μίτωση (βρίσκεται σε ευκαρυώτες).
- Μεΐωση (σχεδιασμένο για τη διαίρεση των γεννητικών κυττάρων).
Οι τύποι πυρηνικής διαίρεσης καθορίζονται από τη φύση και αντιστοιχούν στη δομή του κυττάρου και στη λειτουργία που εκτελεί στον μακροοργανισμό ή στον εαυτό του.
Δυαδική σχάση
Αυτός ο τύπος είναι πιο κοινός στα προκαρυωτικά κύτταρα. Συνίσταται στον διπλασιασμό του κυκλικού μορίου DNA. Η δυαδική σχάση του πυρήνα ονομάζεται έτσι επειδή δύο θυγατρικά κύτταρα ίδιου μεγέθους εμφανίζονται από το μητρικό κύτταρο.
Αφού το γενετικό υλικό (μόριο DNA ή RNA) παρασκευαστεί με κατάλληλο τρόπο, δηλαδή διπλασιαστεί, ξεκινά από το κυτταρικό τοίχωμασχηματίζεται ένα εγκάρσιο διάφραγμα, το οποίο σταδιακά στενεύει και διαιρεί το κυτταρόπλασμα του κυττάρου σε δύο περίπου ίδια μέρη.
Η δεύτερη διαδικασία σχάσης ονομάζεται εκκολαπτόμενη ή ανομοιόμορφη δυαδική σχάση. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται μια προεξοχή στη θέση του κυτταρικού τοιχώματος, η οποία σταδιακά μεγαλώνει. Αφού το μέγεθος του «νεφρού» και του μητρικού κυττάρου εξισωθούν, θα διαχωριστούν. Και ένα τμήμα του κυτταρικού τοιχώματος συντίθεται ξανά.
Αμίτωση
Αυτή η πυρηνική διαίρεση είναι παρόμοια με αυτή που περιγράφηκε παραπάνω, με τη διαφορά ότι δεν υπάρχει διπλασιασμός γενετικού υλικού. Αυτή η μέθοδος περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον βιολόγο Remak. Αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται σε παθολογικά αλλοιωμένα κύτταρα (εκφυλισμός όγκου) και αποτελεί επίσης φυσιολογικό κανόνα για τον ιστό του ήπατος, τον χόνδρο και τον κερατοειδή.
Η διαδικασία της πυρηνικής διαίρεσης ονομάζεται αμίτωση, επειδή το κύτταρο διατηρεί τις λειτουργίες του και δεν τις χάνει, όπως κατά τη μίτωση. Αυτό εξηγεί τις παθολογικές ιδιότητες που είναι εγγενείς στα κύτταρα με αυτή τη μέθοδο διαίρεσης. Επιπλέον, η άμεση πυρηνική διαίρεση λαμβάνει χώρα χωρίς άτρακτο σχάσης, έτσι η χρωματίνη στα θυγατρικά κύτταρα κατανέμεται άνισα. Στη συνέχεια, τέτοια κύτταρα δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν τον μιτωτικό κύκλο. Μερικές φορές, η αμίτωση έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό πολυπύρηνων κυττάρων.
Μίτωση
Πρόκειται για έμμεση πυρηνική σχάση. Βρίσκεται συχνότερα σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Η κύρια διαφορά μεταξύ αυτής της διαδικασίας είναι ότι τα θυγατρικά κύτταρα και το μητρικό κύτταρο περιέχουν τον ίδιο αριθμό χρωμοσωμάτων. Εκ τούτουΟ απαιτούμενος αριθμός κυττάρων διατηρείται στο σώμα και είναι επίσης δυνατές οι διαδικασίες αναγέννησης και ανάπτυξης. Ο Flemming ήταν ο πρώτος που περιέγραψε τη μίτωση σε ένα ζωικό κύτταρο.
Η διαδικασία της πυρηνικής διαίρεσης σε αυτή την περίπτωση χωρίζεται σε μεσοφάση και απευθείας μίτωση. Η ενδιάμεση φάση είναι η κατάσταση ηρεμίας του κυττάρου μεταξύ των διαιρέσεων. Μπορεί να χωριστεί σε διάφορες φάσεις:
1. Προσυνθετική περίοδος - το κύτταρο μεγαλώνει, πρωτεΐνες και υδατάνθρακες συσσωρεύονται σε αυτό, ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη) συντίθεται ενεργά.
2. Συνθετική περίοδος - Το γενετικό υλικό διπλασιάζεται.
3. Μετασυνθετική περίοδος - τα κυτταρικά στοιχεία διπλασιάζονται, εμφανίζονται πρωτεΐνες που συνθέτουν την άτρακτο διαίρεσης.
Φάσεις μίτωσης
Η διαίρεση του πυρήνα ενός ευκαρυωτικού κυττάρου είναι μια διαδικασία που απαιτεί το σχηματισμό ενός επιπλέον οργανιδίου - του κεντροσώματος. Βρίσκεται δίπλα στον πυρήνα και η κύρια λειτουργία του είναι ο σχηματισμός ενός νέου οργανιδίου - της ατράκτου διαίρεσης. Αυτή η δομή βοηθά στην ομοιόμορφη κατανομή των χρωμοσωμάτων μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων.
Υπάρχουν τέσσερις φάσεις της μίτωσης:
1. Πρόφαση: Η χρωματίνη στον πυρήνα συμπυκνώνεται σε χρωματίδες, οι οποίες συγκεντρώνονται κοντά στο κεντρομερίδιο για να σχηματίσουν χρωμοσώματα σε ζεύγη. Οι πυρήνες αποσυντίθενται και τα κεντρόλια μετακινούνται στους πόλους του κυττάρου. Σχηματίζεται ένας άξονας σχάσης.
2. Μεταφάση: Τα χρωμοσώματα ευθυγραμμίζονται σε μια γραμμή μέσω του κέντρου του κυττάρου, σχηματίζοντας την πλάκα μετάφασης.
3. Ανάφαση: Οι χρωματίδες μετακινούνται από το κέντρο του κυττάρου στους πόλους και στη συνέχεια το κεντρομερίδιο χωρίζεται στα δύο. Τέτοιοςη κίνηση είναι δυνατή λόγω της ατράκτου διαίρεσης, τα νήματα της οποίας συστέλλονται και τεντώνουν τα χρωμοσώματα σε διαφορετικές κατευθύνσεις.
4. Τελόφαση: Σχηματίζονται θυγατρικοί πυρήνες. Οι χρωματίδες μετατρέπονται ξανά σε χρωματίνη, σχηματίζεται ο πυρήνας και σε αυτόν - οι πυρήνες. Όλα τελειώνουν με τη διαίρεση του κυτταροπλάσματος και το σχηματισμό ενός κυτταρικού τοιχώματος.
Ενδομίτωση
Η αύξηση του γενετικού υλικού που δεν περιλαμβάνει πυρηνική διαίρεση ονομάζεται ενδομίτωση. Βρίσκεται σε φυτικά και ζωικά κύτταρα. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει καταστροφή του κυτταροπλάσματος και του κελύφους του πυρήνα, αλλά η χρωματίνη μετατρέπεται σε χρωμοσώματα και μετά αποσπείρεται ξανά.
Αυτή η διαδικασία παράγει πολυπλοειδείς πυρήνες με αυξημένη περιεκτικότητα σε DNA. Παρόμοιο συμβαίνει σε κύτταρα που σχηματίζουν αποικίες του κόκκινου μυελού των οστών. Επιπλέον, υπάρχουν περιπτώσεις όπου τα μόρια του DNA διπλασιάζονται σε μέγεθος, ενώ ο αριθμός των χρωμοσωμάτων παραμένει ο ίδιος. Ονομάζονται πολυτένιο και μπορούν να βρεθούν σε κύτταρα εντόμων.
Έννοια της μίτωσης
Η μιτωτική πυρηνική διαίρεση είναι ένας τρόπος να διατηρηθεί ένα σταθερό σύνολο χρωμοσωμάτων. Τα θυγατρικά κύτταρα έχουν το ίδιο σύνολο γονιδίων με τη μητέρα και όλα τα χαρακτηριστικά που είναι εγγενή σε αυτό. Απαιτείται μίτωση για:
- ανάπτυξη και ανάπτυξη ενός πολυκύτταρου οργανισμού (από τη σύντηξη γεννητικών κυττάρων), - μετακίνηση κυττάρων από τα κατώτερα στρώματα προς τα ανώτερα, καθώς και αντικατάσταση των κυττάρων του αίματος (ερυθροκύτταρα, λευκοκύτταρα, αιμοπετάλια), - αποκατάσταση κατεστραμμένων ιστών (σε ορισμένα ζώα, η ικανότητα αναγέννησης είναιαπαραίτητη προϋπόθεση για την επιβίωση, όπως αστερίες ή σαύρες);
- ασεξουαλική αναπαραγωγή φυτών και ορισμένων ζώων (ασπόνδυλα).
Meiosis
Ο μηχανισμός της πυρηνικής διαίρεσης των γεννητικών κυττάρων είναι κάπως διαφορετικός από τον σωματικό. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνονται κύτταρα που έχουν τις μισές γενετικές πληροφορίες από τους προκατόχους τους. Αυτό είναι απαραίτητο για να διατηρηθεί ένας σταθερός αριθμός χρωμοσωμάτων σε κάθε κύτταρο του σώματος.
Μείωση λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια:
- στάδιο μείωσης;
- στάδιο εξίσωσης.
Η σωστή πορεία αυτής της διαδικασίας είναι δυνατή μόνο σε κύτταρα με ομοιόμορφο σύνολο χρωμοσωμάτων (διπλοειδές, τετραπλοειδές, εξαπροειδές κ.λπ.). Φυσικά, παραμένει πιθανό να υποστεί μείωση σε κύτταρα με περίεργο σύνολο χρωμοσωμάτων, αλλά τότε ο απόγονος μπορεί να μην είναι βιώσιμος.
Αυτός ο μηχανισμός είναι που διασφαλίζει τη στειρότητα στους γάμους μεταξύ των ειδών. Δεδομένου ότι τα σεξουαλικά κύτταρα περιέχουν διαφορετικά σύνολα χρωμοσωμάτων, αυτό καθιστά δύσκολη τη συγχώνευσή τους και την παραγωγή βιώσιμων ή γόνιμων απογόνων.
Πρώτη διαίρεση της μείωσης
Το όνομα των φάσεων επαναλαμβάνει αυτές στη μίτωση: πρόφαση, μετάφαση, ανάφαση, τελόφαση. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες σημαντικές διαφορές.
1. Πρόφαση: ένα διπλό σύνολο χρωμοσωμάτων εκτελεί μια σειρά μετασχηματισμών, περνώντας από πέντε στάδια (λεπτοτένιο, ζυγοτένιο, παχυτένιο, διπλοτένιο, διακινησία). Όλα αυτά συμβαίνουν χάρη στη σύζευξη και τη διασταύρωση.
Σύζευξη είναι η συνένωση ομόλογων χρωμοσωμάτων. Σε λεπτότενιο μεταξύ τους σχηματίζονταιλεπτές κλωστές, στη συνέχεια στο ζυγωτό, τα χρωμοσώματα συνδέονται σε ζεύγη και ως αποτέλεσμα, προκύπτουν δομές τεσσάρων χρωματίδων.
Crossingover είναι η διαδικασία διασταυρούμενης ανταλλαγής τμημάτων χρωματιδών μεταξύ αδελφών ή ομόλογων χρωμοσωμάτων. Αυτό συμβαίνει στο στάδιο του παχυτενίου. Σχηματίζονται διασταυρώσεις (χιασμάτων) χρωμοσωμάτων. Ένα άτομο μπορεί να έχει από τριάντα πέντε έως εξήντα έξι τέτοιες ανταλλαγές. Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι η γενετική ετερογένεια του υλικού που προκύπτει ή η μεταβλητότητα των γεννητικών κυττάρων.
Όταν έρχεται το στάδιο του διπλοτενίου, τα σύμπλοκα τεσσάρων χρωματιδών διασπώνται και τα αδελφά χρωμοσώματα απωθούνται το ένα το άλλο. Η διακίνηση ολοκληρώνει τη μετάβαση από την πρόφαση στη μετάφαση.
2. Μεταφάση: Τα χρωμοσώματα ευθυγραμμίζονται κοντά στον ισημερινό του κυττάρου.
3. Ανάφαση: Τα χρωμοσώματα, που εξακολουθούν να αποτελούνται από δύο χρωματίδες, απομακρύνονται προς τους πόλους του κυττάρου.
4. Τελόφαση: Η άτρακτος διασπάται, με αποτέλεσμα δύο απλοειδή κύτταρα με διπλάσια ποσότητα DNA.
Δεύτερη διαίρεση μείωσης
Αυτή η διαδικασία ονομάζεται επίσης "μίτωση της μείωσης". Τη στιγμή μεταξύ δύο φάσεων, ο διπλασιασμός του DNA δεν συμβαίνει και το κύτταρο εισέρχεται στη δεύτερη προφάση με το ίδιο σύνολο χρωμοσωμάτων που είχε αφήσει μετά την τελόφαση 1.
1. Πρόφαση: τα χρωμοσώματα συμπυκνώνονται, το κυτταρικό κέντρο χωρίζεται (τα υπολείμματά του αποκλίνουν προς τους πόλους του κυττάρου), ο πυρηνικός φάκελος καταστρέφεται και σχηματίζεται μια άτρακτος διαίρεσης, που βρίσκεται κάθετα στην άτρακτο από την πρώτη διαίρεση.
2. Μεταφάση: τα χρωμοσώματα βρίσκονται στον ισημερινό, σχηματίζονταιπλάκα μετάφασης.
3. Ανάφαση: Τα χρωμοσώματα χωρίζονται σε χρωματίδες, οι οποίες απομακρύνονται.
4. Τελόφαση: ένας πυρήνας σχηματίζεται στα θυγατρικά κύτταρα, οι χρωματίδες απελευθερώνονται σε χρωματίνη.
Στο τέλος της δεύτερης φάσης, από ένα γονικό κύτταρο, έχουμε τέσσερα θυγατρικά κύτταρα με μισό σύνολο χρωμοσωμάτων. Εάν η μείωση εμφανίζεται σε συνδυασμό με τη γαμετογένεση (δηλαδή τον σχηματισμό γεννητικών κυττάρων), τότε η διαίρεση είναι απότομη, ανομοιόμορφη και σχηματίζεται ένα κύτταρο με ένα απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων και τρία αναγωγικά σώματα που δεν φέρουν τις απαραίτητες γενετικές πληροφορίες. Είναι απαραίτητες έτσι ώστε μόνο το ήμισυ του γενετικού υλικού του γονικού κυττάρου να διατηρείται στο ωάριο και στο σπέρμα. Επιπλέον, αυτή η μορφή πυρηνικής διαίρεσης εξασφαλίζει την εμφάνιση νέων συνδυασμών γονιδίων, καθώς και την κληρονομικότητα καθαρών αλληλόμορφων.
Στα πρωτόζωα, υπάρχει μια παραλλαγή της μείωσης, όταν συμβαίνει μόνο μία διαίρεση στην πρώτη φάση και στη δεύτερη υπάρχει μια διασταύρωση. Οι επιστήμονες προτείνουν ότι αυτή η μορφή είναι ένας εξελικτικός πρόδρομος της φυσιολογικής μείωσης σε πολυκύτταρους οργανισμούς. Μπορεί να υπάρχουν άλλοι τρόποι πυρηνικής σχάσης που οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμη.
