Úvod buněčného dělení
Buněčné dělení je proces, při kterém se živá buňka rozmnožuje z jedné buňky na dvě. Buňky před dělením se nazývají mateřské buňky a nové buňky vzniklé po dělení se nazývají dceřiné buňky. Obecně zahrnuje dva kroky: jaderné dělení a cytokinezi. Během mitózy předávají mateřské buňky dceřiným buňkám genetický materiál. U jednobuněčných organismů představuje buněčné dělení rozmnožování jedinců. U mnohobuněčných organismů je buněčné dělení základem růstu, vývoje a rozmnožování jedinců. O dělení prokaryotických buněk je známo jen málo a specifické poznatky se týkají pouze dělení několika málo bakterií. Prokaryotické buňky nemají jadernou membránu ani jádro. Pouze kruhová molekula DNA tvoří jadernou oblast, známou také jako pseudojádro, která má funkci podobnou jádru. Jaderná molekula kvazijádra je buď připojena k plazmatické membráně, nebo je spojena s plazmatickou membránou vytvořenou intruzí plazmatické membrány. Plazmatická membrána se také nazývá mezibuněčné těleso. Replikovaná DNA byla rovněž zkopírována do dvou částí. Později obě mezitělesa postupně opouštějí v důsledku růstu plazmatické membrány mezi nimi a dvě molekuly DNA s nimi spojené se pak od sebe odtrhly a každá smyčka DNA je spojena s mezitělesem. Uprostřed mezi dvěma od sebe odtaženými smyčkami DNA roste buněčná membrána, která nakonec rozdělí jednu buňku na dvě. Eukaryotické buňky lze podle stavu jaderného dělení rozdělit na mitózu, meiózu a amitózu. Mitóza je základní formou dělení eukaryotických buněk. Meióza je proces dělení chromozomů na pohlavní buňky.
Proces různých druhů buněčného dělení a regulace buněčného dělení
Následující stručný úvod do běžného způsobu dělení. Protože chromozomy nejsou pravidelně rozmístěny, vzniká problém, že genetický materiál nemůže být rovnoměrně rozdělen. Jedná se o abnormální způsob dělení. Amitóza je nejstarší způsob dělení buněk. Při amitóze nezmizí jádro a jaderná membrána, neobjeví se chromozomy a v cytoplazmě se nevytvoří vřeténko. Samozřejmě není vidět proces replikace chromozomů a ani jejich rozdělení do dceřiných buněk. Buňky však procházejí amitózou, dochází také k replikaci chromozomů a buňky se zvětšují. Když se objem jádra zdvojnásobí, buňky se dělí. Co se týče způsobu distribuce DNA genetického materiálu v jádře do dceřiných buněk, je zapotřebí dalšího výzkumu. Amitóza je nejjednodušší způsob dělení. V minulosti se mělo za to, že amitóza se vyskytuje hlavně ve stárnoucích nebo nemocných buňkách nižších a vyšších organismů, ale později se zjistilo, že převažuje v normálních tkáních živočichů a rostlin. Amitóza byla pozorována v živočišných epitelových volných pojivových tkáních, svalové tkáni a jaterní tkáni a v parenchymu epidermálního růstového bodu a v buňkách endospermu u rostlin. Asexuální dělení je také běžnou formou dělení a tento typ rozmnožování je běžný u jednobuněčných organismů, ale u různých jednobuněčných organismů se způsob dělení jádra při rozmnožování liší a lze je rozdělit do následujících skupin: amitóza, známá také jako přímé dělení, je jedním z nejjednodušších způsobů dělení buněk. Při celém procesu dělení nedochází ke změnám vřeténka a chromozomů. Tento typ dělení se nejčastěji vyskytuje při dělení a rozmnožování prokaryot, jako jsou bakterie a sinice. Dělení prokaryotických buněk zahrnuje dva aspekty: distribuci buněčné DNA, která umožňuje rozděleným dceřiným buňkám získat kompletní sadu genetického materiálu z rodičovských buněk, a cytokinezi rozdělující buňky na dvě stejné části. Dvě zdvojené molekuly DNA jsou spojeny s plazmatickou membránou. Jak buňky rostou, obě molekuly DNA se od sebe oddělují. Při dělení buněk se buněčná stěna a plazmatická membrána složí a mateřské buňky se nakonec rozdělí na dvě stejné dceřiné buňky. Proces mitózy je mnohem složitější než amitóza a je hlavním způsobem dělení mnohobuněčných biologických buněk. V horní části se jaderná membrána uprostřed smršťuje dovnitř a vytváří konkávní rýhu. Cytoplazma ve žlábku vypadá jako vřetenovitá struktura uspořádaná ve stejném směru mikrotubuly, reguluje jadernou membránu a chromozomy, rozdělí se na dceřiná jádra a nakonec se rozdělí na dvě části. Když se tábor očních červů při rozmnožování dělí, prochází jádro mitózou. Během procesu dělení jaderná membrána nezmizí a jádro se zmenší na dvě dceřiná jádra uprostřed jádra. Z původního vyrůstá bičík a z druhého nový bičík, čímž vznikají dva oční červi. Když améba doroste do určité velikosti, dochází u ní k dělení a rozmnožování. Když se střední část jádra smrští, chromozom se rozdělí do dceřiného jádra a poté se cytoplazma rozdělí na dvě části, čímž se buňka rozdělí na dva potomky. Nejtypičtějším představitelem nepohlavního dělení a rozmnožování v podobě jaderné amitózy a mitózy je paramecium, prvok řasnatka rodu Paramecium. V buňce existují dva typy jader, a to velké jádro a malé jádro. Malé jádro je jádro rozmnožovací a velké jádro je jádro živné. Při nepohlavním rozmnožování paramécií prochází malé jádro jadernou mitózou, zatímco velké jádro se bez vláken rozdělí a paramécie se pak od středu rozdělí na dva nové jedince. Mitóza, známá také jako nepřímé dělení, je jedním z nejběžnějších způsobů dělení. Mitóza je kontinuální dělení, které se obecně dělí na jaderné dělení a cytokinezi. Součástí procesu mitózy je i jaderné dělení (dlouhá doba), přičemž jaderné dělení je kontinuální proces. Pro usnadnění vyprávění je jaderné dělení uměle rozděleno do čtyř období: před, v polovině, po a na konci. Charakteristiky jednotlivých fází mitózy jsou následující (na příkladu rostlinných buněk). Mezidobí: dělí se na G1, S, G2, především pro replikaci DNA a související syntézu bílkovin, jaderná membrána nukleolů postupně mizí. Raná fáze: chromatin v jádře kondenzuje do chromozomu, rozpad nukleol zcela mizí, jaderná membrána praská a začíná se tvořit vřeténko. Střední fáze: Střední stadium je období, kdy jsou chromozomy uspořádány na rovníkové destičce a vřeténko je plně zformováno. Pozdní stadium: Pozdní stadium je období, kdy se obě chromatidy každého chromozomu oddělují a pod tahem vřeténka se přesouvají z rovníku na oba póly buňky. Závěrečné stadium: období tvorby dvou subjader a dělení cytoplazmy. Dochází k rozpadu chromozomů, objevuje se jaderná membrána, z ekvatoriální pozice se vytvoří buněčná destička a v budoucnu se vytvoří nová buněčná stěna. Vřeténkové vlákno nahromaděné na rovníkové destičce se nazývá filmotvorné tělísko. Živočišné buňky jsou podobné rostlinným buňkám s tím rozdílem, že živočišné buňky mají centrální tělísko, které vyzařuje hvězdicový paprsek a vytváří vřeténko, a rostlinné buňky přímo vyzařují vřeténko ze dvou stupňů. Na konci mitózy se buněčná membrána živočišné buňky vnoří dovnitř a vytvoří dvě dceřiné buňky. Rostlinná buňka vytvoří buněčnou destičku na rovníkové ploténce (virtuální představa) a rozdělí buňku na dvě dceřiné buňky. Cytoplazmatické dělení (krátká doba): V pozdní fázi jaderného dělení začíná cytoplazmatické dělení, když se chromozom přiblíží k pólu. K souvislému vláknu mezi oběma dceřinými jádry se přidá několik krátkých vřetének a vytvoří se soudkovitá oblast hustě obalená vřeténkem, označovaná jako film former. Počet mikrotubulů se zvyšuje a ve filmotvorném tělísku se nacházejí vezikuly (včetně polysacharidů) z Golgiho aparátu a endoplazmatického retikula, které shromažďují, spojují a uvolňují vícejaderné látky podél směru mikrotubulů a vytvářejí buněčnou destičku. Od středu k periferii, až se spojí s mateřskou buněčnou stěnou, se stává mezibuněčnou vrstvou primární stěny a novou plazmatickou membránu tvoří pouzdro vezikuly. Po vytvoření nové buněčné stěny se dvě nově vzniklá jádra a cytoplazma, která je obklopuje, rozdělí na dvě dceřiné buňky. Mitóza může buněčným dělením rozdělit každou mateřskou buňku na dvě v podstatě identické dceřiné buňky. Počet, tvar a velikost dceřiných buněk jsou stejné. Genetická informace obsažená v každé chromatidě je v podstatě stejná jako u mateřské buňky, takže dceřiné buňky získávají přibližně stejnou genetickou informaci z mateřské buňky. Tyto druhy si udržují relativně stabilní karyotyp a genetickou stabilitu. Pohlavní rozmnožování vyžaduje spojení amfoterních zárodečných buněk za vzniku zygoty, z níž se pak vyvine nový jedinec. Počet chromozomů v zárodečných buňkách je poloviční oproti počtu chromozomů v somatických buňkách. Protože se počet chromozomů při tvorbě zárodečných buněk, spermií nebo vajíček snižuje na polovinu, musí původní buňky projít meiózou.
Funkce buněčného dělení
Kromě množení buněk může buněčné dělení také vytvářet specifické buňky. Ve varleti vzniká mitózou mnoho prvotních zárodečných buněk, konkrétně spermatogonií. Podle charakteristik mitózy je známo, že počet chromozomů spermatogonií je stejný jako počet chromozomů somatických buněk. Ve fázi spermatogonií probíhala replikace chromozomů. Když samec pohlavně dospěje, část spermatogonií ve varleti začne procházet meiózou. Po meióze vznikají spermatické buňky, které jsou denaturovány a vytvářejí samčí pohlavní buňky, spermie. Vajíčkové buňky se tvoří ve vaječníku a proces je v podstatě stejný jako proces tvorby spermií, ale jsou zde i rozdíly. Vajíčková buňka, jejíž počet chromozomů je také snížen na polovinu ve srovnání s vaječnou buňkou. Buňky jsou velké, kulovité a neschopné plavat, obsahují mnoho žloutků a jsou bohaté na živiny, což zajišťuje vývoj nových jedinců po oplodnění.
Reference
- Le B S, Le B R. Dělení epitelových buněk – množení bez ztráty dotyku. Journal of Cell Science. 2014, 127(24):5127-37.
- Heyman J, Cools T, Vandenbussche F, et al. ERF115 Controls Root Quiescent Center Cell Division and Stem Cell Replenishment. Science. 2013, 342(6160):860-863.
- Fukagawa T. Cell Division: A New Role for the Kinetochore in Central Spindle Assembly [Nová role kinetochoru při sestavování centrálního vřeténka]. Current Biology. 2015, 25(13)R554-R557.
- Coelho M, Tolić I M. Asymmetric damage segregation at cell division via protein aggregate fusion and attachment to organelles. Bioessays. 2015, 37(7):740-747.