Svaka ćelija počinje svoj život kada se odvoji od matične ćelije, i završava svoje postojanje, dozvoljavajući da se pojave njene ćelije kćeri. Priroda pruža više od jednog načina za podjelu njihovog jezgra, ovisno o njihovoj strukturi.
Metode podjele ćelija
Nuklearna podjela zavisi od tipa ćelije:
- Binarna fisija (pronađena kod prokariota).
- Amitoza (direktna podjela).
- Mitoza (pronađena kod eukariota).
- Mejoza (dizajnirana za podelu zametnih ćelija).
Vrste nuklearne podjele određene su prirodom i odgovaraju strukturi ćelije i funkciji koju obavlja u makroorganizmu ili sama.
Binarna fisija
Ovaj tip je najčešći u prokariotskim ćelijama. Sastoji se od udvostručavanja kružnog molekula DNK. Binarna fisija jezgra naziva se tako jer se iz matične ćelije pojavljuju dvije kćerke ćelije identične veličine.
Nakon što se genetski materijal (molekula DNK ili RNK) pripremi na odgovarajući način, odnosno udvostruči, od ćelijskog zida počinjeformira se poprečni septum koji se postepeno sužava i dijeli citoplazmu ćelije na dva približno identična dijela.
Drugi proces fisije se naziva pupanjem, ili neujednačena binarna fisija. U tom slučaju na mjestu stanične stijenke pojavljuje se izbočina, koja postupno raste. Nakon što se veličina "bubrega" i matične ćelije izjednače, oni će se odvojiti. I dio ćelijskog zida se ponovo sintetiše.
Amitoza
Ova nuklearna podjela je slična onoj gore opisanoj, s tom razlikom što nema dupliciranja genetskog materijala. Ovu metodu je prvi opisao biolog Remak. Ovaj fenomen se javlja u patološki izmijenjenim stanicama (degeneracija tumora), a također je fiziološka norma za tkivo jetre, hrskavicu i rožnjaču.
Proces nuklearne diobe naziva se amitoza, jer ćelija zadržava svoje funkcije, a ne gubi ih, kao tokom mitoze. Ovo objašnjava patološka svojstva svojstvena ćelijama ovom metodom diobe. Osim toga, direktna nuklearna podjela odvija se bez fisionog vretena, tako da je kromatin u stanicama kćeri neravnomjerno raspoređen. Nakon toga, takve ćelije ne mogu koristiti mitotički ciklus. Ponekad, amitoza rezultira stvaranjem višenuklearnih ćelija.
Mitoza
Ovo je indirektna nuklearna fisija. Najčešće se nalazi u eukariotskim ćelijama. Glavna razlika između ovog procesa je u tome što ćelije kćer i matična ćelija sadrže isti broj hromozoma. Timeu organizmu se održava potreban broj ćelija, a mogući su i procesi regeneracije i rasta. Flemming je bio prvi koji je opisao mitozu u životinjskoj ćeliji.
Proces nuklearne diobe u ovom slučaju je podijeljen na interfazu i direktnu mitozu. Interfaza je stanje mirovanja ćelije između podjela. Može se podijeliti u nekoliko faza:
1. Predsintetski period - ćelija raste, u njoj se akumuliraju proteini i ugljikohidrati, aktivno se sintetiše ATP (adenozin trifosfat).
2. Sintetički period - Genetski materijal je udvostručen.
3. Postsintetski period - ćelijski elementi se udvostručuju, pojavljuju se proteini koji čine vreteno diobe.
Faze mitoze
Podela jezgra eukariotske ćelije je proces koji zahteva formiranje dodatne organele - centrosoma. Nalazi se uz jezgro, a njegova glavna funkcija je formiranje nove organele - diobenog vretena. Ova struktura pomaže u ravnomjernoj distribuciji hromozoma između ćelija kćeri.
Postoje četiri faze mitoze:
1. Profaza: hromatin u jezgri se kondenzira u hromatide, koje se okupljaju u blizini centromere i formiraju hromozome u parovima. Jezgre se raspadaju i centriole se kreću prema polovima ćelije. Formira se fisijsko vreteno.
2. Metafaza: hromozomi se poredaju u liniju kroz centar ćelije, formirajući metafaznu ploču.
3. Anafaza: hromatide se kreću od centra ćelije do polova, a zatim se centromera deli na dva dela. Takvekretanje je moguće zbog diobenog vretena, čije se niti skupljaju i razvlače hromozome u različitim smjerovima.
4. Telofaza: Formiraju se kćerke jezgre. Kromatide se ponovo pretvaraju u hromatin, formira se jezgro, a u njemu - jezgre. Sve se završava podjelom citoplazme i formiranjem ćelijskog zida.
Endomitoza
Povećanje genetskog materijala koji ne uključuje nuklearnu diobu naziva se endomitoza. Nalazi se u biljnim i životinjskim ćelijama. U ovom slučaju nema razaranja citoplazme i ljuske jezgra, već se kromatin pretvara u hromozome, a zatim ponovo despiralizuje.
Ovaj proces proizvodi poliploidna jezgra sa povećanim sadržajem DNK. Slično se dešava u ćelijama crvene koštane srži koje formiraju kolonije. Osim toga, postoje slučajevi kada se molekule DNK udvostruče, dok broj kromosoma ostaje isti. Zovu se politeni i mogu se naći u ćelijama insekata.
Značenje mitoze
Mitotička nuklearna podjela je način održavanja konstantnog skupa hromozoma. Ćerke ćelije imaju isti skup gena kao i majka i sve karakteristike koje su im inherentne. Mitoza je potrebna za:
- rast i razvoj višećelijskog organizma (od fuzije zametnih ćelija);
- pomeranje ćelija iz donjih slojeva u gornje, kao i zamena krvnih zrnaca (eritrocita, leukocita, trombocita);
- obnavljanje oštećenih tkiva (kod nekih životinja, sposobnost regeneracije jeneophodan uslov za opstanak, kao što su morske zvijezde ili gušteri);
- aseksualno razmnožavanje biljaka i nekih životinja (beskičmenjaka).
Mejoza
Mehanizam nuklearne diobe zametnih stanica je nešto drugačiji od somatskih. Kao rezultat, dobivaju se ćelije koje imaju upola manje genetskih informacija od svojih prethodnika. Ovo je neophodno kako bi se održao konstantan broj hromozoma u svakoj ćeliji tijela.
Mejoza se odvija u dvije faze:
- faza redukcije;
- equational stage.
Ispravan tok ovog procesa moguć je samo u ćelijama sa ravnomernim skupom hromozoma (diploidni, tetraploidni, heksaproidni, itd.). Naravno, ostaje moguće podvrgnuti se mejozi u ćelijama sa neparnim skupom hromozoma, ali potomstvo možda neće biti održivo.
Upravo ovaj mehanizam osigurava sterilitet u brakovima među vrstama. Pošto polne ćelije sadrže različite skupove hromozoma, to im otežava spajanje i proizvodnju održivog ili plodnog potomstva.
Prva podjela mejoze
Naziv faza ponavlja one u mitozi: profaza, metafaza, anafaza, telofaza. Ali postoji niz značajnih razlika.
1. Profaza: dvostruki skup hromozoma vrši seriju transformacija, prolazeći kroz pet faza (leptoten, zigoten, pahiten, diploten, dijakineza). Sve se ovo dešava zahvaljujući konjugaciji i križanju.
Konjugacija je spajanje homolognih hromozoma. U leptotenu između njih nastajutanke niti, zatim u zigotenu, hromozomi su povezani u parove i kao rezultat dobijaju se strukture od četiri hromatide.
Crossingover je proces unakrsne razmjene sekcija hromatida između sestrinskih ili homolognih hromozoma. Ovo se dešava u fazi pahitena. Nastaju ukrštanja (chiasmata) hromozoma. Osoba može imati od trideset pet do šezdeset i šest takvih razmjena. Rezultat ovog procesa je genetska heterogenost rezultirajućeg materijala, ili varijabilnost zametnih stanica.
Kada dođe faza diplotene, kompleksi četiri hromatide se raspadaju i sestrinski hromozomi se međusobno odbijaju. Dijakineza završava prijelaz iz profaze u metafazu.
2. Metafaza: hromozomi se nižu u blizini ćelijskog ekvatora.
3. Anafaza: hromozomi, koji se još uvek sastoje od dve hromatide, pomeraju se prema polovima ćelije.
4. Telofaza: vreteno se raspada, što rezultira dvije haploidne ćelije sa dvostruko većom količinom DNK.
Druga podjela mejoze
Ovaj proces se takođe naziva "mitoza mejoze". U trenutku između dvije faze ne dolazi do umnožavanja DNK i ćelija ulazi u drugu profazu sa istim skupom hromozoma koje je ostavila nakon telofaze 1.
1. Profaza: hromozomi se kondenzuju, ćelijski centar se odvaja (njegovi ostaci se razilaze prema polovima ćelije), nuklearna ovojnica je uništena i formira se deobeno vreteno, koje se nalazi okomito na vreteno od prve podele.
2. Metafaza: hromozomi se nalaze na ekvatoru, formiranimetafazna ploča.
3. Anafaza: hromozomi se dijele na hromatide, koje se razmiču.
4. Telofaza: jezgro se formira u ćelijama kćeri, hromatide se despiralizuju u hromatin.
Na kraju druge faze, iz jedne roditeljske ćelije, imamo četiri kćerke ćelije sa polovičnim setom hromozoma. Ako se mejoza dogodi u sprezi s gametogenezom (tj. stvaranjem zametnih stanica), tada je podjela nagla, neravnomjerna i formira se jedna stanica s haploidnim skupom kromosoma i tri redukcijska tijela koja ne nose potrebnu genetsku informaciju. Oni su neophodni kako bi se samo polovina genetskog materijala roditeljske ćelije sačuvala u jajetu i spermi. Osim toga, ovaj oblik nuklearne podjele osigurava pojavu novih kombinacija gena, kao i nasljeđivanje čistih alela.
Kod protozoa postoji varijanta mejoze, kada se u prvoj fazi javlja samo jedna dioba, au drugoj dolazi do ukrštanja. Naučnici sugeriraju da je ovaj oblik evolucijski prekursor normalne mejoze u višećelijskim organizmima. Možda postoje i drugi načini nuklearne fisije za koje naučnici još ne znaju.
