Czym jest podział mitotyczny. Czego się nauczyliśmy? Z tej krótkiej analizy można zauważyć, że główną cechą mitozy w ogóle jest pojawienie się struktur wrzeciona rozszczepienia, które powstają w połączeniu ze strukturami różnych struktur.
Mitoza jest najczęstszą metodą podziału komórek eukariotycznych. Podczas mitozy genomy każdej z dwóch powstałych komórek są identyczne i pokrywają się z genomem oryginalnej komórki.
Mitoza to ostatni i zwykle najkrótszy etap. cykl komórkowy. Z jego zakończeniem koło życia komórki się kończą i zaczynają się cykle dwóch nowo powstałych.
Diagram ilustruje czas trwania etapów cyklu komórkowego. Litera M oznacza mitozę. Prędkość maksymalna mitozę obserwuje się w komórkach zarodkowych, najmniejsze - w tkankach o wysokim stopniu zróżnicowania, jeśli ich komórki w ogóle się dzielą.
Chociaż mitoza rozpatrywana jest niezależnie od interfazy, na którą składają się okresy G 1 , S i G 2 , przygotowanie do niej następuje właśnie w niej. przez większość ważny punkt to replikacja DNA zachodząca w okresie syntetycznym (S). Po replikacji każdy chromosom składa się z dwóch identycznych chromatyd. Są blisko siebie na całej swojej długości i są połączone w rejonie centromeru chromosomu.
W interfazie chromosomy znajdują się w jądrze i są plątaniną cienkich, bardzo długich włókien chromatyny, które są widoczne tylko pod mikroskopem elektronowym.
W mitozie wyróżnia się szereg następujących po sobie faz, które można również nazwać etapami lub okresami. W klasycznej uproszczonej wersji rozważań rozróżnia się cztery fazy. to profaza, metafaza, anafaza i telofaza. Często rozróżnia się więcej faz: prometafaza(między profazą a metafazą) preprofaza(charakterystyka komórek roślinnych, poprzedza profazę).
Innym procesem związanym z mitozą jest: cytokineza, który występuje głównie w okresie telofazy. Można powiedzieć, że cytokineza jest niejako część integralna telofazy lub oba procesy przebiegają równolegle. Cytokineza jest rozumiana jako podział cytoplazmy (ale nie jądra!) komórki macierzystej. Rozszczepienie jądrowe nazywa się kariokineza i poprzedza cytokinezę. Jednak podczas mitozy jako takiej nie dochodzi do podziału jądrowego, ponieważ najpierw rozpada się jedno - rodzicielskie, a następnie powstają dwa nowe - potomne.
Zdarzają się przypadki, w których występuje kariokineza, ale cytokineza nie. W takich przypadkach tworzą się komórki wielojądrowe.
Czas trwania samej mitozy i jej faz jest indywidualny i zależy od typu komórki. Zazwyczaj profaza i metafaza to najdłuższe okresy.
Średni czas trwania mitozy wynosi około dwóch godzin. Komórki zwierzęce zwykle dzielą się szybciej niż komórki roślinne.
Podczas podziału komórek eukariotycznych z konieczności powstaje dwubiegunowe wrzeciono rozszczepienia, składające się z mikrotubul i związanych z nimi białek. Dzięki niemu równy rozkład materiał dziedziczny między komórkami potomnymi.
Poniżej zostanie podany opis procesów zachodzących w komórce w różnych fazach mitozy. Przejście do każdej kolejnej fazy kontrolowane jest w komórce przez specjalne biochemiczne punkty kontrolne, w których „sprawdza się” czy wszystko niezbędne procesy zostały poprawnie wypełnione. Jeśli wystąpią błędy, podział może się zatrzymać lub nie. W tym drugim przypadku pojawiają się nieprawidłowe komórki.
Fazy mitozy
W profazie zachodzą następujące procesy (przeważnie równolegle):
Chromosomy kondensują
Jąderka znikają
Koperta jądrowa rozpada się
Powstają dwa bieguny wrzeciona
Mitoza zaczyna się od skrócenia chromosomów. Tworzące je pary chromatyd ulegają spiralizacji, w wyniku czego chromosomy ulegają znacznemu skróceniu i pogrubieniu. Pod koniec profazy można je zobaczyć pod mikroskopem świetlnym.
Jąderka znikają, ponieważ części chromosomów, które je tworzą (organizatory jąderkowe) są już w formie spiralnej, dlatego są nieaktywne i nie oddziałują ze sobą. Ponadto degradacji ulegają białka jąderkowe.
w komórkach zwierzęcych i niższe rośliny Centriole centrum komórki rozchodzą się wzdłuż biegunów komórki i wystają centra organizujące mikrotubule. Mimo że Wyższe rośliny nie ma centrioli, powstają również mikrotubule.
Krótkie (astralne) mikrotubule zaczynają odchodzić od każdego ośrodka organizacji. Powstaje struktura podobna do gwiazdy. Rośliny go nie produkują. Ich bieguny rozszczepienia są szersze, mikrotubule wyłaniają się nie z małego, ale ze stosunkowo dużego obszaru.
Rozpad otoczki jądrowej na małe wakuole oznacza koniec profazy.
Po prawej na mikrofotografii w zielonym mikrotubule są podświetlone, niebieskie - chromosomy, czerwone - centromery chromosomów.
Należy również zauważyć, że podczas profazy mitozy dochodzi do fragmentacji EPS, rozpada się on na małe wakuole; Aparat Golgiego rozkłada się na pojedyncze dyktjosomy.
Kluczowe procesy prometafazy są w większości sekwencyjne:
Chaotyczny układ i ruch chromosomów w cytoplazmie.
Podłączanie ich do mikrotubul.
Ruch chromosomów w płaszczyźnie równikowej komórki.
Chromosomy znajdują się w cytoplazmie, poruszają się losowo. Po dotarciu do biegunów jest bardziej prawdopodobne, że zwiążą się z dodatnim końcem mikrotubuli. Wreszcie nić jest przymocowana do kinetochoru.
Taka mikrotubula kinetochorowa zaczyna rosnąć, odsuwając chromosom od bieguna. W pewnym momencie do kinetochoru siostrzanej chromatydy przyczepiona zostaje kolejna mikrotubula, wyrastająca z drugiego bieguna podziału. Ona też zaczyna pchać chromosom, ale w przeciwnym kierunku. W rezultacie chromosom staje się równikiem.
Kinetochory to struktury białkowe w centromerach chromosomów. Każda chromatyda siostrzana ma swój własny kinetochor, który dojrzewa w profazie.
Oprócz mikrotubul astralnych i kinetochorowych są też takie, które przechodzą od jednego bieguna do drugiego, jakby rozrywając komórkę w kierunku prostopadłym do równika.
Znakiem początku metafazy jest położenie chromosomów wzdłuż równika, tak zwany metafaza lub równikowa, płyta. W metafazie wyraźnie widoczna jest liczba chromosomów, ich różnice oraz fakt, że składają się z dwóch siostrzanych chromatyd połączonych w centromerze.
Chromosomy są utrzymywane razem przez zrównoważone siły napięcia mikrotubul o różnych biegunach.
Siostrzane chromatydy rozdzielają się, każda poruszająca się w kierunku własnego bieguna.
Polacy oddalają się od siebie.
Anafaza to najkrótsza faza mitozy. Rozpoczyna się, gdy centromery chromosomów są podzielone na dwie części. W rezultacie każda chromatyda staje się niezależnym chromosomem i jest połączona z mikrotubulą jednego bieguna. Nici „ciągną” chromatydy do przeciwnych biegunów. W rzeczywistości mikrotubule są demontowane (depolimeryzowane), czyli skracane.
W anafazie komórek zwierzęcych poruszają się nie tylko chromosomy potomne, ale i same bieguny. Dzięki innym mikrotubulom są one rozsuwane, mikrotubule astralne przyczepiają się do błon, a także „ciągną”.
Chromosomy przestają się poruszać
Dekondensacja chromosomów
Pojawiają się jąderka
Koperta jądrowa zostaje przywrócona
Większość mikrotubul znika
Telofaza zaczyna się, gdy chromosomy przestają się poruszać, zatrzymując się na biegunach. Despiralizują, stają się długie i nitkowate.
Mikrotubule wrzeciona rozszczepienia są niszczone od biegunów do równika, czyli od ich ujemnych końców.
Otoczka jądrowa jest tworzona wokół chromosomów przez fuzję pęcherzyków błonowych, w których jądro matczyne i EPS rozpadły się w profazie. Każdy biegun ma swoje własne jądro potomne.
Gdy chromosomy ulegają despiralizacji, organi- zatory jąderkowe stają się aktywne i pojawiają się jąderka.
Wznowienie syntezy RNA.
Jeśli centriole nie są jeszcze sparowane na biegunach, to para jest uzupełniana w pobliżu każdego z nich. W ten sposób na każdym biegunie odtwarzane jest własne centrum komórki, które trafi do komórki potomnej.
Zazwyczaj telofaza kończy się podziałem cytoplazmy, czyli cytokinezą.
Cytokineza może rozpocząć się już w anafazie. Na początku cytokinezy organelle komórkowe są rozmieszczone stosunkowo równomiernie wzdłuż biegunów.
Podział cytoplazmy komórek roślinnych i zwierzęcych odbywa się na różne sposoby.
W komórkach zwierzęcych, ze względu na elastyczność, błona cytoplazmatyczna w równikowej części komórki zaczyna wybrzuszać się do wewnątrz. Powstaje bruzda, która ostatecznie się zamyka. Innymi słowy, komórka macierzysta dzieli się przez ligację.
W komórki roślinne w telofazie włókna wrzeciona nie znikają na równiku. Zbliżają się do błona cytoplazmatyczna, ich liczba wzrasta i tworzą się fragmoplast. Składa się z krótkich mikrotubul, mikrofilamentów, części EPS. Tu poruszają się rybosomy, mitochondria, kompleks Golgiego. Pęcherzyki Golgiego i ich zawartość na równiku tworzą środkową płytkę komórkową, ściany komórkowe i błonę komórek potomnych.
Znaczenie i funkcje mitozy
Dzięki mitozie zapewniona jest stabilność genetyczna: dokładne rozmnażanie materiału genetycznego w wielu pokoleniach. Jądra nowych komórek zawierają tyle chromosomów, ile zawiera komórka rodzicielska, a te chromosomy są dokładne kopie rodzicielskie (o ile oczywiście nie wystąpiły mutacje). Innymi słowy, komórki potomne są genetycznie identyczne z rodzicem.
Jednak mitoza spełnia również szereg innych ważnych funkcji:
wzrost organizm wielokomórkowy,
substytucja komórek różnych tkanek w organizmach wielokomórkowych,
u niektórych gatunków może wystąpić regeneracja części ciała.
Jest to proces ciągły, którego każdy etap niepostrzeżenie przechodzi w następny. Istnieją cztery etapy mitozy: profaza, metafaza, anafaza i telofaza (ryc. 1). Badanie mitozy koncentruje się na zachowaniu chromosomów.
Profaza . Na początku pierwszego etapu mitozy - profazy - komórki zachowują taki sam wygląd jak w interfazie, tylko jądro zauważalnie powiększa się, a pojawiają się w nim chromosomy. W tej fazie widać, że każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd, spiralnie skręconych względem siebie. Chromatydy skracają się i gęstnieją w wyniku procesu wewnętrznej spiralizacji. Zaczyna się ujawniać słabo zabarwiony i mniej skondensowany region chromosomu - centromer, który łączy dwie chromatydy i znajduje się w ściśle określonym miejscu w każdym chromosomie.
Podczas profazy jąderka stopniowo się rozpadają: błona jądrowa również ulega zniszczeniu, a chromosomy znajdują się w cytoplazmie. W późnej profazie (prometafazie) intensywnie formuje się aparat mitotyczny komórki. W tym czasie centriole dzieli się, a centriole potomne rozchodzą się na przeciwległe końce komórki. Cienkie włókna w postaci promieni odchodzą od każdej centrioli; włókna wrzeciona tworzą się między centriolami. Istnieją dwa rodzaje włókien: ciągnące włókna wrzeciona, przyczepione do centromerów chromosomów oraz włókna podtrzymujące, łączące bieguny komórki.
Gdy redukcja chromosomów osiąga maksymalny stopień, zamieniają się one w krótkie ciała w kształcie pręcików i przechodzą do płaszczyzny równikowej komórki.
metafaza . W metafazie chromosomy są całkowicie zlokalizowane w płaszczyźnie równikowej komórki, tworząc tak zwaną metafazę lub płytkę równikową. Centromer każdego chromosomu, który utrzymuje obie chromatydy razem, znajduje się ściśle w rejonie równika komórki, a ramiona chromosomów są rozciągnięte mniej więcej równolegle do nici wrzeciona.
W metafazie kształt i struktura każdego chromosomu są dobrze widoczne, tworzenie aparatu mitotycznego jest zakończone, a nitki ciągnące są przyczepione do centromerów. Pod koniec metafazy następuje równoczesny podział wszystkich chromosomów danej komórki (a chromatydy zamieniają się w dwa całkowicie oddzielne chromosomy potomne).
Anafaza. Natychmiast po podziale centromeru chromatydy odpychają się nawzajem i rozchodzą na przeciwległe bieguny komórki. Wszystkie chromatydy zaczynają jednocześnie poruszać się w kierunku biegunów. Centromery odgrywają ważną rolę w zorientowanym ruchu chromatyd. W anafazie chromatydy nazywane są chromosomami siostrzanymi.
Ruch chromosomów siostrzanych w anafazie następuje dzięki interakcji dwóch procesów: skurczu ciągnięcia i wydłużenia nici podtrzymujących wrzeciona mitotycznego.
Telofaza. Na początku telofazy ruch chromosomów siostrzanych kończy się i są one skoncentrowane na biegunach komórki w postaci zwartych formacji i skrzepów. Chromosomy despiralizują i tracą widoczną indywidualność. Wokół każdego jądra potomnego tworzy się otoczka jądrowa; jąderka są przywracane w takiej samej ilości, jak w komórce macierzystej. To kończy podział jądra (kariokineza), Ściana komórkowa. Równolegle z tworzeniem się jąder potomnych w telofazie, cała zawartość pierwotnej komórki macierzystej zostaje oddzielona, czyli cytokineza.
Kiedy komórka się dzieli, na jej powierzchni w pobliżu równika pojawia się zwężenie lub rowek. Stopniowo pogłębia się i dzieli cytoplazmę na
dwie komórki potomne, każda z jądrem.
W procesie mitozy z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne, zawierające ten sam zestaw chromosomów, co komórka pierwotna.
Rysunek 1. Schemat mitozy
Biologiczne znaczenie mitozy . Główny znaczenie biologiczne Mitoza polega na dokładnym rozmieszczeniu chromosomów między dwiema komórkami potomnymi. Regularny i uporządkowany proces mitotyczny zapewnia transfer informacji genetycznej do każdego jądra potomnego. W rezultacie każda komórka potomna zawiera informację genetyczną o wszystkich cechach organizmu.
Mejoza to specjalny podział jądra, który kończy się utworzeniem tetrady, czyli cztery komórki z haploidalnym zestawem chromosomów. Komórki płciowe dzielą się przez mejozę.
Mejoza składa się z dwóch podziałów komórkowych, w których liczba chromosomów jest zmniejszona o połowę, tak że gamety otrzymują o połowę mniej chromosomów niż reszta komórek w ciele. Kiedy dwie gamety łączą się podczas zapłodnienia, przywracana jest normalna liczba chromosomów. Spadek liczby chromosomów podczas mejozy nie następuje losowo, ale całkiem naturalnie: członkowie każdej pary chromosomów rozchodzą się do różnych komórek potomnych. W rezultacie każda gameta zawiera jeden chromosom z każdej pary. Odbywa się to poprzez łączenie parami podobnych lub homologicznych chromosomów (są identyczne pod względem wielkości i kształtu oraz zawierają podobne geny) i późniejszej dywergencji członków pary, z których każdy trafia do jednego z biegunów. Podczas konwergencji chromosomów homologicznych może wystąpić skrzyżowanie, tj. wzajemna wymiana genów między homologicznymi chromosomami, co zwiększa poziom kombinacyjnej zmienności.
W mejozie zachodzi szereg procesów ważnych w dziedziczeniu cech: 1) redukcja - zmniejszenie o połowę liczby chromosomów w komórkach; 2) koniugacja chromosomów homologicznych; 3) przejście; 4) losowa segregacja chromosomów do komórek.
Mejoza składa się z dwóch następujących po sobie podziałów: pierwszy, który powoduje powstanie jądra z haploidalnym zestawem chromosomów, nazywa się redukcją; drugi podział nazywa się równaniem i przebiega zgodnie z rodzajem mitozy. W każdym z nich wyróżnia się profazę, metafazę, anafazę i telofazę (ryc. 2). Fazy pierwszego podziału są zwykle oznaczane liczbą Ι, druga - P. Pomiędzy podziałami Ι i P komórka znajduje się w stanie interkinezy (łac. inter - między + gr. kinesis - ruch). W przeciwieństwie do interfazy, DNA nie ulega ponownej (du) replikacji w interkinezie, a materiał chromosomowy nie jest duplikowany.
Rysunek 2. Schemat mejozy
Podział redukcji
Profaza Ι
Faza mejozy, podczas której zachodzą złożone przekształcenia strukturalne materiału chromosomalnego. Jest dłuższa i składa się z kilku następujących po sobie etapów, z których każdy ma swoje charakterystyczne właściwości:
- leptotena - stadium leptonemy (połączenie nici). Poszczególne nici - chromosomy - nazywane są monowalentami. Chromosomy w mejozie są dłuższe i cieńsze niż chromosomy w najwcześniejszym stadium mitozy;
- zygotene - etap zygonemy (połączenie nici). Istnieje sprzężenie lub synapsa (połączenie parami) chromosomów homologicznych, a proces ten zachodzi nie tylko między chromosomami homologicznymi, ale między dokładnie odpowiadającymi indywidualnymi punktami homologów. W wyniku koniugacji powstają biwalenty (kompleksy parami homologicznych chromosomów połączone parami), których liczba odpowiada haploidalnemu zestawowi chromosomów.
Synapsis przeprowadza się z końców chromosomów, dlatego miejsca lokalizacji homologicznych genów w jednym lub drugim chromosomie pokrywają się. Ponieważ chromosomy są podwojone, w biwalentnym są cztery chromatydy, z których każda ostatecznie okazuje się chromosomem.
- pachyten - stadium pachinema (grube włókna). Zwiększa się rozmiar jądra i jąderka, dwuwartościowe skracają się i gęstnieją. Połączenie homologów staje się tak bliskie, że już trudno jest odróżnić dwa oddzielne chromosomy. Na tym etapie dochodzi do krzyżowania lub krzyżowania się chromosomów;
- diploten - etap diplonema (podwójne nici), czyli etap czterech chromatyd. Każdy z homologicznych chromosomów biwalentnego dzieli się na dwie chromatydy, tak że biwalentny zawiera cztery chromatydy. Chociaż tetrady chromatyd w niektórych miejscach oddalają się od siebie, w innych są w bliskim kontakcie. W tym przypadku chromatydy różnych chromosomów tworzą figury w kształcie litery X, zwane chiazmami. Obecność chiazmy łączy monowalenty razem.
Równolegle z ciągłym skracaniem i odpowiednio pogrubieniem chromosomów biwalentnych następuje ich wzajemne odpychanie - rozbieżność. Połączenie zachowane jest tylko w płaszczyźnie przecięcia – w skrzyżowaniach. Wymiana regionów homologicznych chromatyd jest zakończona;
- diakineza charakteryzuje się maksymalnym skróceniem chromosomów diplotenowych. Dwuwartościowe chromosomy homologiczne trafiają na obrzeża jądra, więc łatwo je policzyć. Otoczka jądrowa jest rozdrobniona, jąderka znikają. To kończy profazę 1.
Metafaza
- zaczyna się od zniknięcia koperty jądrowej. Tworzenie wrzeciona mitotycznego jest zakończone, biwalenty znajdują się w cytoplazmie w płaszczyźnie równikowej. Centromery chromosomowe przyczepiają się do ciągnących włókien wrzeciona mitotycznego, ale nie dzielą się.
Anafaza
- wyróżnia się całkowitym zakończeniem związku chromosomów homologicznych, ich odpychaniem się od siebie i rozbieżnością do różnych biegunów.
Zauważ, że podczas mitozy chromosomy z pojedynczą chromatydą rozdzieliły się na bieguny, z których każdy składa się z dwóch chromatyd.
Jest więc anafazą, że następuje redukcja – zachowanie liczby chromosomów.
Telofaza Ι
- jest bardzo krótkotrwały i słabo odizolowany od poprzedniej fazy. Telofaza 1 wytwarza dwa jądra potomne.
Interkineza
Jest to krótki stan spoczynku między 1 a 2 dywizjami. Chromosomy są słabo despiralizowane, replikacja DNA nie zachodzi, ponieważ każdy chromosom składa się już z dwóch chromatyd. Po interkinezie rozpoczyna się drugi podział.
Drugi podział zachodzi w obu komórkach potomnych w taki sam sposób jak w mitozie.
Profaza P
W jądrach komórek wyraźnie manifestują się chromosomy, z których każdy składa się z dwóch chromatyd połączonych centromerem. Wyglądają jak dość cienkie włókna znajdujące się na obwodzie jądra. Pod koniec profazy P następuje fragmentacja otoczki jądrowej.
Metafaza P
W każdej komórce zakończone jest tworzenie wrzeciona podziału. Chromosomy znajdują się wzdłuż równika. Filamenty wrzeciona są przyłączone do centromerów chromosomów.
Anafaza P
Centromery dzielą się, a chromatydy zwykle szybko przemieszczają się na przeciwległe bieguny komórki.
Telofaza P
Chromosomy siostrzane koncentrują się na biegunach komórki i ulegają despiralizacji. Powstaje jądro i błona komórkowa. Mejoza kończy się powstaniem czterech komórek z haploidalnym zestawem chromosomów.
Biologiczne znaczenie mejozy
Podobnie jak mitoza, mejoza zapewnia precyzyjną dystrybucję materiału genetycznego do komórek potomnych. Ale w przeciwieństwie do mitozy, mejoza jest sposobem na zwiększenie poziomu kombinacyjnej zmienności, co tłumaczy się dwoma przyczynami: 1) istnieje wolna, oparta na przypadku, kombinacja chromosomów w komórkach; 2) przejście, prowadzące do pojawienia się nowych kombinacji genów w chromosomach.
W każdym kolejnym pokoleniu dzielących się komórek, w wyniku działania tych przyczyn, powstają nowe kombinacje genów w gametach, a podczas rozmnażania zwierząt nowe kombinacje genów rodzicielskich u ich potomstwa. Za każdym razem otwiera to nowe możliwości działania selekcji i tworzenia odmiennych genetycznie form, które pozwalają grupie zwierząt na egzystencję w zmiennych warunkach środowiskowych.
Tak więc mejoza okazuje się środkiem adaptacji genetycznej, który zwiększa wiarygodność istnienia osobników w pokoleniach.
Czas od jednego do drugiego. Odbywa się w dwóch następujących po sobie etapach - interfaza i sam podział. Czas trwania tego procesu jest różny i zależy od rodzaju komórek.
Interfaza to okres pomiędzy dwoma podziałami komórkowymi, czas od ostatniego podziału do śmierci komórki lub utraty zdolności do podziału.
W tym okresie komórka rośnie i podwaja swoje DNA, a także mitochondria i plastydy. W interfazie inne związki organiczne. Proces syntezy przebiega najintensywniej w okresie syntezy interfazy. W tym czasie chromatydy jądrowe podwajają się, akumulowana jest energia, która zostanie wykorzystana podczas podziału. Wzrasta również liczba organelli komórkowych i centrioli.
Interfaza zajmuje prawie 90% cyklu komórkowego. Po nim następuje mitoza, która jest główną metodą podziału komórek u eukariontów (organizmów, których komórki zawierają uformowane jądro).
Podczas mitozy chromosomy są zagęszczane, a także powstaje specjalny aparat, który jest odpowiedzialny za równomierny rozkład informacje dziedziczne między komórkami, które powstają w wyniku tego procesu.
Przechodzi przez kilka etapów. Scharakteryzowano etapy mitozy indywidualne cechy i pewien czas trwania.
Fazy mitozy
Podczas mitotycznego podziału komórki przechodzą odpowiednie fazy mitozy: profaza, potem metafaza, anafaza, ostatnia to telofaza.
Fazy mitozy charakteryzują się następującymi cechami:
Jakie jest biologiczne znaczenie procesu mitozy?
Fazy mitozy przyczyniają się do dokładnego przekazywania informacji dziedzicznych do komórek potomnych, niezależnie od liczby podziałów. Jednocześnie każdy z nich otrzymuje 1 chromatydę, co pomaga utrzymać stałość liczby chromosomów we wszystkich komórkach powstałych w wyniku podziału. To właśnie mitoza zapewnia transfer stabilnego zestawu materiału genetycznego.
1. Zdefiniuj życie i cykle mitotyczne komórki.
Koło życia- przedział czasu od momentu pojawienia się komórki w wyniku podziału do jej śmierci lub do następnego podziału.
Cykl mitotyczny- zestaw kolejnych i powiązane ze sobą procesy podczas przygotowania komórki do podziału, a także podczas samej mitozy.
2. Odpowiedz, czym różni się pojęcie „mitozy” od pojęcia „cyklu mitotycznego”.
Cykl mitotyczny obejmuje samą mitozę i etapy przygotowania komórki do podziału, podczas gdy mitoza to tylko podział komórki.
3. Wymień okresy cyklu mitotycznego.
1. okres przygotowania do syntezy DNA (G1)
2. Okres syntezy DNA (S)
3. okres przygotowania do podziału komórek (G2)
4. Rozwiń biologiczne znaczenie mitozy.
Podczas mitozy komórki potomne otrzymują diploidalny zestaw chromosomów identycznych z komórką macierzystą. Niezmienność budowy i prawidłowe funkcjonowanie narządów byłyby niemożliwe bez zachowania tego samego zestawu materiału genetycznego w pokoleniach komórek. Mitoza zapewnia rozwój zarodkowy, wzrost, naprawa tkanek po uszkodzeniu, zachowanie integralności strukturalnej tkanek przy stałej utracie komórek w trakcie ich funkcjonowania.
5. Wskaż fazy mitozy i wykonaj schematyczne rysunki odzwierciedlające zdarzenia zachodzące w komórce w określonej fazie mitozy. Wypełnij tabelę.
Nazwa fazy mitozy Rysunek schematyczny 1. Profaza 2. Metafaza 3. Anafaza 4. Telofaza W komórce roślinnej
Istnieją dwa sposoby podziału: 1) najczęstszy, całkowity podział - mitoza (nie podział bezpośredni) i 2) amitoza (podział bezpośredni). Podczas podziału mitotycznego dochodzi do przebudowy cytoplazmy, zniszczenia otoczki jądrowej i identyfikacji chromosomów. W życiu komórki występuje sam okres mitozy i przerwa między podziałami, która nazywana jest interfazą. Jednak okres interfazy (niedzielących się komórek) w swojej istocie może być inny. W niektórych przypadkach podczas interfazy komórka funkcjonuje i jednocześnie przygotowuje się do kolejnego podziału. W innych przypadkach komórki wchodzą w interfazę, funkcję, ale nie przygotowują się już do podziału. Jako część złożonego organizmu wielokomórkowego istnieje wiele grup komórek, które utraciły zdolność do podziału. Należą do nich m.in. komórki nerwowe. Przygotowanie komórek do mitozy następuje w interfazie. Aby wyobrazić sobie główne cechy tego procesu, pamiętaj o budowie jądra komórkowego.
Komórki cebuli w różnych fazach cyklu komórkowego
Podstawowy jednostka strukturalna jądra to chromosomy złożone z DNA i białka. W jądrach żywych niedzielących się komórek z reguły poszczególne chromosomy są nie do odróżnienia, ale większość chromatyny, która znajduje się na barwionych preparatach w postaci cienkich włókien lub ziaren o różnych rozmiarach, odpowiada chromosomom. W niektórych komórkach poszczególne chromosomy są również wyraźnie widoczne w jądrze międzyfazowym, na przykład w szybko dzielących się komórkach rozwijającego się zapłodnionego jaja oraz w jądrach niektórych pierwotniaków. W różne okresy Podczas życia komórki chromosomy przechodzą cykliczne zmiany, które można prześledzić od jednego podziału do drugiego. Chromosomy podczas mitozy to wydłużone gęste ciała, wzdłuż których można rozróżnić dwie nici - chromatydy zawierające DNA, które są wynikiem podwojenia chromosomów. Każdy chromosom ma pierwotne zwężenie lub centromer. Ta zwężona część chromosomu może znajdować się w środku lub bliżej jednego z końców, ale dla każdego konkretnego chromosomu jego miejsce jest ściśle stałe. Podczas mitozy chromosomy i chromatydy są ciasno zwiniętymi spiralnymi włóknami (stan spiralny lub skondensowany). W jądrze międzyfazowym chromosomy są silnie wydłużone, czyli despiralizowane, przez co stają się trudne do odróżnienia. W konsekwencji cykl zmian chromosomowych polega na spiralizacji, kiedy skracają się, gęstnieją i stają się dobrze rozróżnialne, oraz na despiralizacji, kiedy są silnie wydłużone, splecione ze sobą i wtedy nie da się odróżnić każdego z osobna. Spiralizacja i despiralizacja są związane z aktywnością DNA, ponieważ działa on tylko w stanie despiralizacji. Uwalnianie informacji, tworzenie RNA na DNA w stanie spiralnym, czyli podczas mitozy, zatrzymuje się. O obecności chromosomów w jądrze komórki niepodzielnej świadczy również stała ilość DNA, liczba chromosomów oraz zachowanie ich indywidualności od podziału do podziału.
Przygotowanie komórki do mitozy. Podczas interfazy zachodzi szereg procesów umożliwiających mitozę. Wymieńmy najważniejsze z nich: 1) centriole są podwojone, 2) chromosomy są podwojone, tj. ilość DNA i białek chromosomalnych, 3) syntetyzowane są białka, z których zbudowane jest wrzeciono achromatyny, 4) gromadzona jest energia w postaci ATP, która jest zużywana podczas podziału, 5) kończy się wzrost komórek. Ogromne znaczenie w przygotowaniu komórki do mitozy ma synteza DNA i duplikacja chromosomów. Podwojenie chromosomów wiąże się przede wszystkim z syntezą DNA i jednoczesną syntezą białek chromosomowych. Proces podwojenia trwa 6-10 godzin i trwa Środkowa cześć interfazy. Duplikacja chromosomów przebiega w taki sposób, że każda stara pojedyncza nić DNA buduje dla siebie drugą. Proces ten jest ściśle uporządkowany i zaczyna się w kilku punktach i obejmuje cały chromosom.
Mitoza
Mitoza to uniwersalna metoda podziału komórek u roślin i zwierząt, której główną istotą jest dokładne rozmieszczenie zduplikowanych chromosomów między obie powstałe komórki potomne. Przygotowanie komórki do podziału, jak widzimy, zajmuje znaczną część interfazy, a mitoza rozpoczyna się dopiero po całkowitym przygotowaniu w jądrze i cytoplazmie. Cały proces podzielony jest na cztery fazy. W pierwszym z nich - profazie - centriole dzielą się i zaczynają rozchodzić w przeciwnych kierunkach. Wokół nich z cytoplazmy powstają włókna achromatyny, które wraz z centriolami tworzą wrzeciono achromatyny. Kiedy rozbieżność centrioli się kończy, cała komórka jest biegunowa, obie centriole znajdują się na przeciwległych biegunach, a płaszczyznę środkową można nazwać równikiem. Włókna wrzeciona achromatyny zbiegają się w centriolach i są szeroko rozłożone na równiku, przypominając kształtem wrzeciono. Równolegle z tworzeniem się wrzeciona w cytoplazmie jądro zaczyna pęcznieć i wyraźnie wyróżnia się w nim kula pogrubionych nici - chromosomów. Podczas profazy chromosomy spiralizują się, skracają i zagęszczają. Profaza kończy się rozpuszczeniem otoczki jądrowej i okazuje się, że chromosomy leżą w cytoplazmie. W tej chwili widać, że wszystkie chromosomy są już podwójne. Potem przychodzi druga faza - metafaza. Chromosomy, początkowo ułożone losowo, zaczynają przesuwać się w kierunku równika. Wszystkie z nich znajdują się zwykle w tej samej płaszczyźnie, w równej odległości od centrioli. W tym czasie część nici wrzeciona jest przyczepiona do chromosomów, podczas gdy druga ich część wciąż rozciąga się nieprzerwanie od jednej centrioli do drugiej - są to nici podtrzymujące. Ciągnące lub chromosomalne nici są przyczepione do centromerów (pierwotne zwężenie chromosomów), ale należy pamiętać, że zarówno chromosomy, jak i centromery są już podwójne. Nici ciągnące z biegunów są przyczepione do tych chromosomów, które są bliżej nich. Następuje krótka przerwa. to Środkowa część mitoza, po której rozpoczyna się trzecia faza - anafaza. Podczas anafazy ciągnące włókna wrzeciona zaczynają się kurczyć, rozciągając chromosomy na różne bieguny. W tym przypadku chromosomy zachowują się biernie, zginając się jak szpilka do włosów, przesuwają się do przodu przez centromery, za które ciągnie je wrzeciono. Na początku anafazy zmniejsza się lepkość cytoplazmy, co przyczynia się do szybkiego ruchu chromosomów. W konsekwencji nici wrzeciona zapewniają dokładną dywergencję chromosomów (podwojenie nawet w interfazie) do różnych biegunów komórki. Mitoza zakończona ostatni etap- telofaza. Chromosomy zbliżające się do biegunów są ze sobą ściśle powiązane. Jednocześnie rozpoczyna się ich rozciąganie (despiralizacja) i niemożliwe staje się rozróżnienie poszczególnych chromosomów. Stopniowo z cytoplazmy tworzy się otoczka jądrowa, jądro pęcznieje, pojawia się jąderko i przywracana jest poprzednia struktura interfazy.
