Čo je mitotické delenie. Čo sme sa naučili? Z tejto krátkej úvahy je vidieť, že hlavnou črtou mitózy vo všeobecnosti je vznik štruktúr štiepneho vretienka, ktoré sa vytvárajú v spojení so štruktúrami rôznych štruktúr.
Mitóza je najbežnejšou metódou delenia eukaryotických buniek. Počas mitózy sú genómy každej z dvoch výsledných buniek navzájom identické a zhodujú sa s genómom pôvodnej bunky.
Mitóza je poslednou a zvyčajne najkratšou časovou fázou. bunkový cyklus. S jeho koncom životný cyklus bunky končí a začínajú cykly dvoch novovzniknutých.
Diagram znázorňuje trvanie fáz bunkového cyklu. Písmeno M znamená mitózu. Najvyššia rýchlosť mitóza sa pozoruje v zárodočných bunkách, najmenší - v tkanivách s vysokým stupňom diferenciácie, ak sa ich bunky vôbec delia.
Hoci sa mitóza zvažuje nezávisle od interfázy, ktorá pozostáva z periód G 1, S a G 2, príprava na ňu prebieha práve v nej. najviac dôležitý bod je replikácia DNA vyskytujúca sa v syntetickom (S) období. Po replikácii sa každý chromozóm skladá z dvoch identických chromatidov. Sú blízko seba po celej dĺžke a sú spojené v oblasti centroméry chromozómu.
V interfáze sú chromozómy umiestnené v jadre a sú spleťou tenkých, veľmi dlhých chromatínových filamentov, ktoré sú viditeľné iba pod elektrónovým mikroskopom.
Pri mitóze sa rozlišuje množstvo po sebe nasledujúcich fáz, ktoré možno nazvať aj štádiami alebo periódami. V klasickej zjednodušenej verzii úvahy sa rozlišujú štyri fázy. to profáza, metafáza, anafáza a telofáza. Často sa rozlišuje viac fáz: prometafázy(medzi profázou a metafázou) predprofáza(charakteristické pre rastlinné bunky, predchádza profáze).
Ďalší proces spojený s mitózou je cytokinéza, ktorá sa vyskytuje najmä v období telofázy. Dá sa povedať, že cytokinéza je takpovediac neoddeliteľnou súčasťou telofáza, alebo oba procesy prebiehajú paralelne. Cytokinéza sa chápe ako delenie cytoplazmy (nie však jadra!) rodičovskej bunky. Jadrové štiepenie sa nazýva karyokinéza a predchádza cytokinéze. Pri mitóze ako takej však k jadrovému deleniu nedochádza, pretože najskôr sa rozpadne jedno - materské, potom vznikajú dve nové - dcérske.
Existujú prípady, kedy karyokinéza nastane, ale cytokinéza nie. V takýchto prípadoch sa vytvárajú viacjadrové bunky.
Trvanie samotnej mitózy a jej fáz je individuálne a závisí od typu bunky. Profáza a metafáza sú zvyčajne najdlhšie obdobia.
Priemerná dĺžka trvania mitózy je asi dve hodiny. Živočíšne bunky sa zvyčajne delia rýchlejšie ako rastlinné.
Počas delenia eukaryotických buniek sa nevyhnutne vytvára bipolárne štiepne vreteno pozostávajúce z mikrotubulov a s nimi spojených proteínov. Vďaka nemu, rovnomerné rozdelenie dedičný materiál medzi dcérskymi bunkami.
Nižšie bude uvedený popis procesov, ktoré sa vyskytujú v bunke v rôznych fázach mitózy. Prechod do každej ďalšej fázy je v bunke kontrolovaný špeciálnymi biochemickými kontrolnými bodmi, v ktorých sa „kontroluje“, či všetko potrebné procesy boli správne dokončené. Ak sa vyskytnú chyby, rozdelenie sa môže alebo nemusí zastaviť. V druhom prípade sa objavia abnormálne bunky.
Fázy mitózy
V profáze prebiehajú tieto procesy (väčšinou paralelne):
Chromozómy kondenzujú
Jadierka zmiznú
Jadrový obal sa rozpadá
Sú vytvorené dva póly vretena
Mitóza začína skrátením chromozómov. Páry chromatidov, ktoré ich tvoria, sa špirálovito rozvinú, v dôsledku čoho sa chromozómy značne skracujú a zhrubnú. Na konci profázy ich možno vidieť pod svetelným mikroskopom.
Jadierka miznú, pretože časti chromozómov, ktoré ich tvoria (nukleárne organizátory), sú už v špirálovitej forme, preto sú neaktívne a navzájom neinteragujú. Okrem toho sa degradujú nukleárne proteíny.
v živočíšnych bunkách a nižšie rastliny centrioly bunkového centra sa rozchádzajú pozdĺž pólov bunky a vyčnievajú centrá na organizovanie mikrotubulov. Hoci vyššie rastliny nie sú centrioly, tvoria sa aj mikrotubuly.
Krátke (astrálne) mikrotubuly sa začínajú rozchádzať z každého centra organizácie. Vzniká štruktúra podobná hviezde. Rastliny ho neprodukujú. Ich štiepne póly sú širšie, mikrotubuly vystupujú nie z malej, ale z pomerne širokej oblasti.
Rozpad jadrového obalu na malé vakuoly znamená koniec profázy.
Vpravo na mikrofotografii v zelenej farbe mikrotubuly sú zvýraznené, modrá - chromozómy, červená - centroméry chromozómov.
Treba tiež poznamenať, že počas profázy mitózy dochádza k fragmentácii EPS, ktorá sa rozpadá na malé vakuoly; Golgiho aparát sa rozpadá na jednotlivé diktyozómy.
Kľúčové procesy prometafázy sú väčšinou sekvenčné:
Chaotické usporiadanie a pohyb chromozómov v cytoplazme.
Ich pripojenie k mikrotubulom.
Pohyb chromozómov v ekvatoriálnej rovine bunky.
Chromozómy sú v cytoplazme, pohybujú sa náhodne. Keď sú na póloch, je pravdepodobnejšie, že sa naviažu na plus koniec mikrotubulu. Nakoniec sa niť pripevní na kinetochore.
Začne rásť taký kinetochorový mikrotubul, ktorý posunie chromozóm od pólu. V určitom bode sa na kinetochore sesterskej chromatidy pripojí ďalší mikrotubul, ktorý vyrastá z druhého pólu delenia. Tiež začne tlačiť chromozóm, ale v opačnom smere. Výsledkom je, že chromozóm sa nachádza na rovníku.
Kinetochory sú proteínové štruktúry na centroméroch chromozómov. Každá sesterská chromatída má svoj vlastný kinetochór, ktorý dozrieva v profáze.
Okrem astrálnych a kinetochorových mikrotubulov existujú také, ktoré prechádzajú od jedného pólu k druhému, akoby praskli bunku v smere kolmom na rovník.
Znakom začiatku metafázy je umiestnenie chromozómov pozdĺž rovníka, takzvaný metafázová alebo rovníková platňa. V metafáze je jasne viditeľný počet chromozómov, ich rozdiely a skutočnosť, že pozostávajú z dvoch sesterských chromatíd spojených v centromére.
Chromozómy sú držané pohromade vyváženými napínacími silami mikrotubulov rôznych pólov.
Sesterské chromatidy sa oddelia, každá sa pohybuje smerom k svojmu pólu.
Póly sa od seba vzďaľujú.
Anafáza je najkratšia fáza mitózy. Začína, keď sú centroméry chromozómov rozdelené na dve časti. Výsledkom je, že každá chromatida sa stáva nezávislým chromozómom a je pripojená k mikrotubulu jedného pólu. Nite "ťahajú" chromatidy k opačným pólom. V skutočnosti sa mikrotubuly rozoberú (depolymerizujú), teda skracujú.
V anafáze živočíšnych buniek sa pohybujú nielen dcérske chromozómy, ale aj samotné póly. Vplyvom iných mikrotubulov sa od seba odtláčajú, astrálne mikrotubuly sa prichytávajú k membránam a tiež „ťahajú“.
Chromozómy sa prestávajú pohybovať
Chromozómy dekondenzujú
Objavujú sa jadierka
Jadrový obal je obnovený
Väčšina mikrotubulov zmizne
Telofáza začína, keď sa chromozómy prestanú pohybovať a zastavia sa na póloch. Despiralizujú sa, stávajú sa dlhými a nitkovitými.
Mikrotubuly štiepneho vretena sú zničené od pólov k rovníku, teda od ich mínusových koncov.
Okolo chromozómov sa zlúčením membránových vezikúl vytvorí jadrový obal, do ktorého sa profázne rozpadli materské jadro a EPS. Každý pól má svoje dcérske jadro.
Keď sa chromozómy despiralizujú, nukleárne organizátory sa aktivujú a objavia sa jadierka.
Syntéza RNA sa obnoví.
Ak centrioly ešte nie sú spárované na póloch, potom je pár dokončený v blízkosti každého z nich. Na každom póle sa teda znovu vytvorí jeho vlastné bunkové centrum, ktoré pôjde do dcérskej bunky.
Typicky sa telofáza končí rozdelením cytoplazmy, t.j. cytokinézou.
Cytokinéza môže začať už v anafáze. Na začiatku cytokinézy sú bunkové organely rozdelené pomerne rovnomerne pozdĺž pólov.
Rozdelenie cytoplazmy rastlinných a živočíšnych buniek prebieha rôznymi spôsobmi.
V živočíšnych bunkách sa v dôsledku elasticity cytoplazmatická membrána v rovníkovej časti bunky začína vydúvať smerom dovnútra. Vytvorí sa brázda, ktorá sa nakoniec uzavrie. Inými slovami, materská bunka sa delí ligáciou.
AT rastlinné bunky v telofáze vretenové vlákna na rovníku nezanikajú. Približujú sa k cytoplazmatická membrána, ich počet sa zvyšuje a tvoria sa fragmoplast. Skladá sa z krátkych mikrotubulov, mikrofilamentov, častí EPS. Pohybujú sa tu ribozómy, mitochondrie, Golgiho komplex. Golgiho vezikuly a ich obsah na rovníku tvoria strednú bunkovú platňu, bunkové steny a membránu dcérskych buniek.
Význam a funkcie mitózy
Vďaka mitóze je zabezpečená genetická stabilita: presná reprodukcia genetického materiálu v niekoľkých generáciách. Jadrá nových buniek obsahujú toľko chromozómov, koľko ich obsahovala rodičovská bunka, a tieto chromozómy sú presné kópie rodičovský (pokiaľ, samozrejme, nedošlo k mutáciám). Inými slovami, dcérske bunky sú geneticky identické s rodičovskými.
Avšak mitóza vykonáva aj množstvo ďalších dôležitých funkcií:
rast mnohobunkový organizmus,
substitúcia buniek rôznych tkanív v mnohobunkových organizmoch,
u niektorých druhov môže dôjsť k regenerácii častí tela.
Je to nepretržitý proces, ktorého každá etapa po ňom nenápadne prechádza do ďalšej. Existujú štyri štádiá mitózy: profáza, metafáza, anafáza a telofáza (obr. 1). Štúdium mitózy sa zameriava na správanie chromozómov.
Profáza . Na začiatku prvej fázy mitózy - profázy - si bunky zachovávajú rovnaký vzhľad ako v interfáze, iba jadro sa výrazne zväčšuje a objavujú sa v ňom chromozómy. V tejto fáze je vidieť, že každý chromozóm pozostáva z dvoch chromatidov, špirálovito stočených voči sebe. Chromatidy sa skracujú a hrubnú v dôsledku procesu vnútornej špirály. Začína sa odhaľovať slabo sfarbená a menej zhustená oblasť chromozómu – centroméra, ktorá spája dve chromatidy a nachádza sa na presne definovanom mieste v každom chromozóme.
Počas profázy sa jadierka postupne rozpadajú: jadrová membrána je tiež zničená a chromozómy sú v cytoplazme. V neskorej profáze (prometafáze) sa intenzívne tvorí mitotický aparát bunky. V tomto čase sa centrioly delia a dcérske centrioly sa rozchádzajú na opačné konce bunky. Z každého centriolu odchádzajú tenké vlákna vo forme lúčov; medzi centrioly vznikajú vretenové vlákna. Existujú dva typy vlákien: ťažné vlákna vretena, pripojené k centromérom chromozómov, a podporné vlákna, ktoré spájajú póly bunky.
Keď redukcia chromozómov dosiahne svoj maximálny stupeň, zmenia sa na krátke tyčinkovité telieska a smerujú k rovníkovej rovine bunky.
metafáza . V metafáze sú chromozómy úplne umiestnené v rovníkovej rovine bunky a tvoria takzvanú metafázu alebo rovníkovú platňu. Centroméra každého chromozómu, ktorá drží obe chromatidy pohromade, sa nachádza striktne v oblasti rovníka bunky a ramená chromozómov sú predĺžené viac-menej rovnobežne so závitmi vretienka.
V metafáze je dobre odhalený tvar a štruktúra každého chromozómu, je dokončená tvorba mitotického aparátu a ťažné vlákna sú pripevnené k centromérom. Na konci metafázy dochádza k súčasnému deleniu všetkých chromozómov danej bunky (a chromatidy sa menia na dva úplne samostatné dcérske chromozómy).
Anaphase. Ihneď po rozdelení centroméry sa chromatidy navzájom odpudzujú a rozchádzajú sa k opačným pólom bunky. Všetky chromatidy sa začnú pohybovať smerom k pólom súčasne. Centroméry hrajú dôležitú úlohu v orientovanom pohybe chromatidov. V anafáze sa chromatidy nazývajú sesterské chromozómy.
Pohyb sesterských chromozómov v anafáze nastáva v dôsledku interakcie dvoch procesov: kontrakcie ťahania a predlžovania podporných závitov mitotického vretienka.
Telofáza. Na začiatku telofázy sa pohyb sesterských chromozómov končí a sú sústredené na póloch bunky vo forme kompaktných útvarov a zrazenín. Chromozómy sa despiralizujú a strácajú svoju viditeľnú individualitu. Okolo každého dcérskeho jadra sa vytvorí jadrový obal; jadierka sa obnovia v rovnakom množstve, ako boli v materskej bunke. Tým sa dokončí rozdelenie jadra (karyokinéza), bunková stena. Súčasne s tvorbou dcérskych jadier v telofáze dochádza k separácii celého obsahu pôvodnej materskej bunky, čiže k cytokinéze.
Keď sa bunka delí, na jej povrchu v blízkosti rovníka sa objaví zúženie alebo drážka. Postupne sa prehlbuje a rozdeľuje cytoplazmu na
dve dcérske bunky, každá s jadrom.
V procese mitózy vznikajú z jednej materskej bunky dve dcérske bunky, ktoré obsahujú rovnakú sadu chromozómov ako pôvodná bunka.
Obrázok 1. Schéma mitózy
Biologický význam mitózy . Hlavné biologický význam Mitóza spočíva v presnej distribúcii chromozómov medzi dve dcérske bunky. Pravidelný a usporiadaný mitotický proces zabezpečuje prenos genetickej informácie do každého z dcérskych jadier. Výsledkom je, že každá dcérska bunka obsahuje genetickú informáciu o všetkých charakteristikách organizmu.
Meióza je špeciálne delenie jadra, ktoré končí vytvorením tetrády, t.j. štyri bunky s haploidnou sadou chromozómov. Pohlavné bunky sa delia meiózou.
Meióza pozostáva z dvoch bunkových delení, pri ktorých sa počet chromozómov zníži na polovicu, takže gaméty dostanú polovicu chromozómov ako zvyšok buniek v tele. Keď sa dve gaméty spoja pri oplodnení, obnoví sa normálny počet chromozómov. K poklesu počtu chromozómov počas meiózy nedochádza náhodne, ale celkom prirodzene: členovia každého páru chromozómov sa rozchádzajú do rôznych dcérskych buniek. Výsledkom je, že každá gaméta obsahuje jeden chromozóm z každého páru. Toto sa uskutočňuje párovým spojením podobných alebo homológnych chromozómov (sú identické vo veľkosti a tvare a obsahujú podobné gény) a následnou divergenciou členov páru, z ktorých každý smeruje k jednému z pólov. Pri konvergencii homológnych chromozómov môže dôjsť k prekríženiu, t.j. vzájomná výmena génov medzi homológnymi chromozómami, čím sa zvyšuje úroveň kombinovanej variability.
Pri meióze dochádza k niekoľkým procesom, ktoré sú dôležité pri dedení znakov: 1) redukcia – zníženie počtu chromozómov v bunkách na polovicu; 2) konjugácia homológnych chromozómov; 3) prechod; 4) náhodná segregácia chromozómov do buniek.
Meióza pozostáva z dvoch po sebe nasledujúcich delení: prvé, ktorého výsledkom je vytvorenie jadra s haploidnou sadou chromozómov, sa nazýva redukcia; druhé delenie sa nazýva rovnicové a prebieha podľa typu mitózy. V každom z nich sa rozlišuje profáza, metafáza, anafáza a telofáza (obr. 2). Fázy prvého delenia sa zvyčajne označujú číslom Ι, druhé - P. Medzi deleniami Ι a P je bunka v stave interkinézy (lat. inter - medzi + gr. kinesis - pohyb). Na rozdiel od interfázy sa DNA nereplikuje v interkinéze a chromozómový materiál sa neduplikuje.
Obrázok 2. Schéma meiózy
Redukčné delenie
Profáza Ι
Fáza meiózy, počas ktorej dochádza k zložitým štrukturálnym transformáciám chromozomálneho materiálu. Je dlhší a pozostáva z niekoľkých po sebe nasledujúcich etáp, z ktorých každá má svoje charakteristické vlastnosti:
- leptotena - štádium leptonému (spájanie závitov). Jednotlivé vlákna – chromozómy – sa nazývajú monovalentné. Chromozómy v meióze sú dlhšie a tenšie ako chromozómy v najskoršom štádiu mitózy;
- zygotén - štádium zygonému (spojenie závitov). Existuje konjugácia alebo synapsia (spojenie v pároch) homológnych chromozómov a tento proces sa neuskutočňuje len medzi homológnymi chromozómami, ale medzi presne zodpovedajúcimi jednotlivými bodmi homológov. V dôsledku konjugácie vznikajú bivalenty (komplexy párovo homológnych chromozómov spojených do párov), ktorých počet zodpovedá haploidnej sade chromozómov.
Synapsia sa uskutočňuje z koncov chromozómov, preto sa miesta lokalizácie homológnych génov v jednom alebo inom chromozóme zhodujú. Keďže chromozómy sú zdvojené, v bivalente sú štyri chromatidy, z ktorých každá sa nakoniec ukáže ako chromozóm.
- pachytén - štádium pachinému (hrubé vlákna). Veľkosť jadra a jadierka sa zväčšuje, bivalenty sa skracujú a zahusťujú. Spojenie homológov sa stáva tak blízko, že je už ťažké rozlíšiť dva samostatné chromozómy. V tomto štádiu nastáva prekríženie alebo kríženie chromozómov;
- diplotén - štádium diplonémy (dvojvláknové), alebo štádium štyroch chromatidov. Každý z homológnych chromozómov dvojmocného sa rozdelí na dve chromatidy, takže dvojmocný obsahuje štyri chromatidy. Hoci sa tetrády chromatíd niekde od seba vzďaľujú, inde sú v tesnom kontakte. V tomto prípade tvoria chromatidy rôznych chromozómov obrazce v tvare X, nazývané chiazmy. Prítomnosť chiazmy drží monovalenty pohromade.
Súčasne s pokračujúcim skracovaním a podľa toho aj zahusťovaním chromozómov bivalentu dochádza k ich vzájomnému odpudzovaniu - divergencii. Spojenie je zachované len v rovine priesečníka – v chiazmách. Výmena homológnych oblastí chromatidov je dokončená;
- diakinéza je charakterizovaná maximálnym skrátením diplotenových chromozómov. Bivalenty homológnych chromozómov idú na perifériu jadra, takže sa dajú ľahko spočítať. Jadrový obal je fragmentovaný, jadierka miznú. Týmto sa dokončí profáza 1.
Metafáza Ι
- začína zmiznutím jadrového obalu. Tvorba mitotického vretienka je dokončená, bivalenty sa nachádzajú v cytoplazme v rovníkovej rovine. Centroméry chromozómov sa pripájajú k ťažným vláknam mitotického vretienka, ale nedelia sa.
Anafáza Ι
- vyznačuje sa úplným ukončením vzťahu homológnych chromozómov, ich vzájomným odpudzovaním a divergenciou k rôznym pólom.
Všimnite si, že počas mitózy sa jednochromatidové chromozómy divergovali k pólom, z ktorých každý pozostáva z dvoch chromatidov.
V anafáze teda dochádza k redukcii – zachovaniu počtu chromozómov.
Telofáza Ι
- je veľmi krátkodobá a slabo izolovaná od predchádzajúcej fázy. Telofáza 1 produkuje dve dcérske jadrá.
Interkinéza
Toto je krátky pokojový stav medzi 1 a 2 deleniami. Chromozómy sú slabo despiralizované, replikácia DNA nenastáva, keďže každý chromozóm už pozostáva z dvoch chromatidov. Po interkinéze začína druhé delenie.
Druhé delenie prebieha v oboch dcérskych bunkách rovnakým spôsobom ako pri mitóze.
Profáza P
V jadrách buniek sa zreteľne prejavujú chromozómy, z ktorých každý pozostáva z dvoch chromatíd spojených centromérou. Vyzerajú ako pomerne tenké vlákna umiestnené pozdĺž periférie jadra. Na konci profázy P sa jadrový obal fragmentuje.
Metafáza P
V každej bunke je dokončená tvorba deliaceho vretena. Chromozómy sa nachádzajú pozdĺž rovníka. Vretenové vlákna sú pripojené k centromérom chromozómov.
Anaphase P
Centroméry sa delia a chromatidy sa zvyčajne rýchlo pohybujú k opačným pólom bunky.
Telofáza P
Sesterské chromozómy sa koncentrujú na póloch bunky a despiralizujú sa. Vytvára sa jadro a bunková membrána. Meióza končí vytvorením štyroch buniek s haploidnou sadou chromozómov.
Biologický význam meiózy
Podobne ako mitóza, aj meióza zabezpečuje presnú distribúciu genetického materiálu do dcérskych buniek. Ale na rozdiel od mitózy je meióza prostriedkom na zvýšenie úrovne kombinovanej variability, čo sa vysvetľuje dvoma dôvodmi: 1) existuje voľná, náhodne, kombinácia chromozómov v bunkách; 2) kríženie, čo vedie k vzniku nových kombinácií génov v chromozómoch.
V každej ďalšej generácii deliacich sa buniek v dôsledku pôsobenia týchto príčin vznikajú nové kombinácie génov v gamétach a pri rozmnožovaní živočíchov nové kombinácie rodičovských génov u ich potomkov. To zakaždým otvára nové možnosti pre pôsobenie selekcie a vytváranie geneticky odlišných foriem, čo umožňuje existenciu skupiny zvierat v premenlivých podmienkach prostredia.
Meióza sa teda ukazuje ako prostriedok genetickej adaptácie, ktorý zvyšuje spoľahlivosť existencie jedincov v generáciách.
Čas od jedného k druhému. Prebieha v dvoch po sebe nasledujúcich etapách – medzifáza a samotné delenie. Trvanie tohto procesu je rôzne a závisí od typu buniek.
Interfáza je obdobie medzi dvoma bunkovými deleniami, čas od posledného delenia po bunkovú smrť alebo stratu schopnosti deliť sa.
Počas tohto obdobia bunka rastie a zdvojnásobuje svoju DNA, ako aj mitochondrie a plastidy. V medzifáze iné Organické zlúčeniny. Proces syntézy je najintenzívnejší v syntetickom období medzifázy. V tomto čase sa jadrové chromatidy zdvojnásobia, akumuluje sa energia, ktorá sa využije pri delení. Zvyšuje sa aj počet bunkových organel a centriolov.
Interfáza zaberá takmer 90 % bunkového cyklu. Po nej prebieha mitóza, ktorá je hlavným spôsobom delenia buniek u eukaryotov (organizmov, ktorých bunky obsahujú vytvorené jadro).
Počas mitózy sa chromozómy zhutňujú a vytvára sa aj špeciálny aparát, ktorý je zodpovedný za Rovnomerné rozdelenie dedičné informácie medzi bunkami, ktoré vznikajú v dôsledku tohto procesu.
Prechádza niekoľkými fázami. Štádiá mitózy sú charakterizované individuálnych charakteristík a určité trvanie.
Fázy mitózy
Počas delenia mitotických buniek prechádzajú príslušné fázy mitózy: profáza, po nej prichádza metafáza, anafáza, posledná je telofáza.
Fázy mitózy sú charakterizované nasledujúcimi znakmi:
Aký je biologický význam procesu mitózy?
Fázy mitózy prispievajú k presnému prenosu dedičnej informácie do dcérskych buniek bez ohľadu na počet delení. Zároveň každý z nich dostane 1 chromatid, ktorý pomáha udržiavať stálosť počtu chromozómov vo všetkých bunkách, ktoré sa tvoria v dôsledku delenia. Práve mitóza zabezpečuje prenos stabilného súboru genetického materiálu.
1. Definujte život a mitotické cykly bunky.
Životný cyklus- časový interval od okamihu, keď sa bunka objaví v dôsledku delenia, až po jej smrť alebo do ďalšieho delenia.
Mitotický cyklus- súbor po sebe idúcich a vzájomne prepojených procesov počas prípravy bunky na delenie, ako aj počas samotnej mitózy.
2. Odpovedzte, ako sa pojem „mitóza“ líši od pojmu „mitotický cyklus“.
Mitotický cyklus zahŕňa samotnú mitózu a štádiá prípravy bunky na delenie, zatiaľ čo mitóza je len delenie bunky.
3. Uveďte obdobia mitotického cyklu.
1. obdobie prípravy na syntézu DNA (G1)
2. Obdobie syntézy DNA (S)
3. obdobie prípravy na delenie buniek (G2)
4. Rozšírte biologický význam mitózy.
Počas mitózy dostávajú dcérske bunky diploidnú sadu chromozómov identických s materskou bunkou. Stálosť štruktúry a správne fungovanie orgánov by nebolo možné bez zachovania rovnakého súboru genetického materiálu v bunkových generáciách. Mitóza poskytuje embryonálny vývoj rast, oprava tkaniva po poškodení, udržiavanie štrukturálnej integrity tkanív s neustálym úbytkom buniek v priebehu ich fungovania.
5. Označte fázy mitózy a urobte schematické nákresy, ktoré odrážajú udalosti vyskytujúce sa v bunke v určitej fáze mitózy. Vyplňte tabuľku.
Názov fázy mitózy Schematický výkres 1. Profáza 2. Metafáza 3. Anafáza 4. Telofáza V rastlinnej bunke
Existujú dva spôsoby delenia: 1) najbežnejšie, úplné delenie - mitóza (nie priame delenie) a 2) amitóza (priame delenie). Počas mitotického delenia sa cytoplazma reštrukturalizuje, jadrový obal sa zničí a identifikujú sa chromozómy. V živote bunky existuje obdobie samotnej mitózy a interval medzi deleniami, ktorý sa nazýva interfáza. Obdobie medzifázy (nedeliacich sa buniek) však vo svojej podstate môže byť rôzne. V niektorých prípadoch počas medzifázy bunka funguje a súčasne sa pripravuje na ďalšie delenie. V iných prípadoch bunky vstupujú do interfázy, fungujú, ale už sa nepripravujú na delenie. Ako súčasť komplexného mnohobunkového organizmu existujú početné skupiny buniek, ktoré stratili schopnosť deliť sa. Patria sem napr. nervové bunky. Bunková príprava na mitózu prebieha v interfáze. Aby ste si predstavili hlavné črty tohto procesu, nezabudnite na štruktúru bunkového jadra.
Cibuľové bunky v rôznych fázach bunkového cyklu
Základné konštrukčná jednotka jadrá sú chromozómy tvorené DNA a proteínom. V jadrách živých nedeliacich sa buniek sú spravidla jednotlivé chromozómy nerozoznateľné, ale väčšina chromatínu, ktorý sa nachádza na farbených prípravkoch vo forme tenkých filamentov alebo zŕn rôznych veľkostí, zodpovedá chromozómom. V niektorých bunkách sú jednotlivé chromozómy zreteľne viditeľné aj v medzifázovom jadre, napríklad v rýchlo sa deliacich bunkách vyvíjajúceho sa oplodneného vajíčka a v jadrách niektorých prvokov. AT rôzne obdobia Počas života bunky prechádzajú chromozómy cyklickými zmenami, ktoré možno sledovať od jedného delenia k druhému. Chromozómy počas mitózy sú predĺžené husté telieska, po dĺžke ktorých možno rozlíšiť dve vlákna - chromatidy obsahujúce DNA, ktoré sú výsledkom zdvojenia chromozómov. Každý chromozóm má primárnu konstrikciu alebo centroméru. Táto zúžená časť chromozómu môže byť umiestnená buď v strede alebo bližšie k jednému z koncov, ale pre každý konkrétny chromozóm je jeho miesto prísne konštantné. Počas mitózy sú chromozómy a chromatidy pevne stočené špirálovité vlákna (špiralizovaný alebo kondenzovaný stav). V interfázovom jadre sú chromozómy silne predĺžené, t.j. despiralizované, v dôsledku čoho sa ťažko rozlišujú. Cyklus zmien chromozómov teda spočíva v spiralizácii, keď sa skracujú, zhrubnú a stávajú sa jasne rozlíšiteľné, a v despiralizácii, keď sú silne predĺžené, prepletené a potom nie je možné ich rozlíšiť samostatne. Špiralizácia a despiralizácia sú spojené s aktivitou DNA, pretože funguje iba v despiralizovanom stave. Uvoľňovanie informácií, tvorba RNA na DNA v špirálovitom stave, teda počas mitózy, sa zastaví. To, že sa chromozómy nachádzajú v jadre nedeliacej sa bunky, dokazuje aj stálosť množstva DNA, počtu chromozómov a zachovanie ich individuality od delenia po delenie.
Príprava bunky na mitózu. Počas interfázy prebieha množstvo procesov, ktoré umožňujú mitózu. Vymenujme najdôležitejšie z nich: 1) centrioly sú zdvojené, 2) chromozómy sú zdvojené, t.j. množstvo DNA a chromozomálnych proteínov, 3) syntetizujú sa proteíny, z ktorých je vybudované achromatínové vretienko, 4) energia sa akumuluje vo forme ATP, ktorá sa spotrebováva pri delení, 5) končí sa rast buniek. Prvoradý význam pri príprave bunky na mitózu má syntéza DNA a duplikácia chromozómov. Zdvojenie chromozómov je spojené predovšetkým so syntézou DNA a súčasnou syntézou chromozómových proteínov. Proces zdvojenia trvá 6-10 hodín a trvá stredná časť medzifázy. Duplikácia chromozómov prebieha tak, že každý jeden starý reťazec DNA si vytvorí druhý. Tento proces je prísne usporiadaný a počnúc niekoľkými bodmi sa šíri pozdĺž celého chromozómu.
Mitóza
Mitóza je univerzálna metóda bunkového delenia u rastlín a živočíchov, ktorej hlavnou podstatou je presná distribúcia zdvojených chromozómov medzi obe vytvorené dcérske bunky. Príprava bunky na delenie, ako vidíme, zaberá významnú časť interfázy a mitóza začína až vtedy, keď je príprava v jadre a cytoplazme úplne dokončená. Celý proces je rozdelený do štyroch fáz. Počas prvej z nich - profázy - sa centrioly rozdelia a začnú sa rozchádzať v opačných smeroch. Okolo nich sa z cytoplazmy vytvárajú vlákna achromatínu, ktoré spolu s centriolami tvoria achromatínové vreteno. Keď divergencia centriolov skončí, celá bunka je polárna, oba centrioly sú umiestnené na opačných póloch a strednú rovinu možno nazvať rovníkom. Vlákna achromatínového vretena sa zbiehajú v centriolách a sú široko rozmiestnené na rovníku, pričom svojím tvarom pripomínajú vreteno. Súčasne s tvorbou vretienka v cytoplazme sa jadro začína napučiavať a v ňom sa zreteľne rozlišuje klbko zhrubnutých nití - chromozómov. Počas profázy sa chromozómy špiralizujú, skracujú a zahusťujú. Profáza končí rozpustením jadrového obalu a zistí sa, že chromozómy ležia v cytoplazme. V tomto čase je možné vidieť, že všetky chromozómy sú už dvojité. Potom prichádza druhá fáza – metafáza. Chromozómy, najprv náhodne usporiadané, sa začínajú pohybovať smerom k rovníku. Všetky sú zvyčajne umiestnené v rovnakej rovine v rovnakej vzdialenosti od centriolov. V tomto čase je časť závitov vretienka pripojená k chromozómom, zatiaľ čo ich druhá časť sa stále tiahne nepretržite od jedného centriolu k druhému - to sú nosné vlákna. Ťahavé alebo chromozomálne vlákna sú pripevnené k centromérom (primárnym zúženiam chromozómov), ale treba pamätať na to, že chromozómy aj centroméry sú už dvojité. Vyťahovacie vlákna z pólov sú pripojené k tým chromozómom, ktoré sú k nim bližšie. Nasleduje krátka pauza. to centrálna časť mitóza, po ktorej nastupuje tretia fáza – anafáza. Počas anafázy sa ťažné vlákna vretena začnú sťahovať, čím sa chromozómy natiahnu na rôzne póly. V tomto prípade sa chromozómy správajú pasívne, ohýbajúc sa ako vlásenka sa posúvajú dopredu centromérom, za čo sú ťahané vretenovým závitom. Na začiatku anafázy klesá viskozita cytoplazmy, čo prispieva k rýchlemu pohybu chromozómov. Závity vretienka následne zabezpečujú presnú divergenciu chromozómov (zdvojenie aj v interfáze) k rôznym pólom bunky. Mitóza je dokončená posledná etapa- telofáza. Chromozómy, ktoré sa približujú k pólom, sú navzájom úzko prepojené. Zároveň sa začína ich naťahovanie (despiralizácia) a je nemožné rozlíšiť jednotlivé chromozómy. Postupne sa z cytoplazmy vytvorí jadrový obal, jadro napučí, objaví sa jadierko a obnoví sa predchádzajúca štruktúra medzifázového ja.
