Wprowadzenie do podziału komórki
Podział komórki jest procesem, w którym żywa komórka rozmnaża się z jednej komórki do dwóch komórek. Komórki przed podziałem nazywane są komórkami macierzystymi, a nowe komórki powstałe po podziale nazywane są komórkami córkami. Ogólnie rzecz biorąc, obejmuje on dwa etapy: podział jądrowy i cytokinezę. Podczas mitozy komórki macierzyste przekazują materiał genetyczny komórkom córkom. U organizmów jednokomórkowych podziały komórkowe to rozmnażanie osobników. W organizmach wielokomórkowych podziały komórkowe są podstawą wzrostu, rozwoju i rozmnażania osobników. Niewiele wiadomo o podziale komórek prokariotycznych, a tylko kilka szczegółowych informacji dotyczy podziału kilku bakterii. Komórki prokariotyczne nie mają ani błony jądrowej, ani nukleolu. Jedynie kolista cząsteczka DNA tworzy region jądrowy, zwany też pseudonuklei, który pełni funkcję podobną do jądra. Cząsteczka jądrowa quasi-jądra jest albo przyczepiona do błony plazmatycznej, albo połączona z błoną plazmatyczną utworzoną przez wtargnięcie błony plazmatycznej. Błona plazmatyczna nazywana jest również ciałem pośrednim. Replikowane DNA również zostało skopiowane na dwie części. Później dwa międzywęźla stopniowo odchodzą z powodu wzrostu błony plazmatycznej między nimi, a dwie połączone z nimi cząsteczki DNA rozciągnęły się, a każda pętla DNA jest połączona z międzywęźlem. Błona komórkowa rozrasta się w środku pomiędzy dwiema rozciągniętymi pętlami DNA, tworząc błonę, która ostatecznie dzieli jedną komórkę na dwie. Komórki eukariotyczne można podzielić na mitozę, mejozę i amitozę w zależności od stanu podziału jądrowego. Mitoza jest podstawową formą podziału komórek eukariotycznych. Mejoza jest procesem podziału chromosomów do komórek rozrodczych.
Proces różnych rodzajów podziału komórek i regulacji podziału komórek
Następujące krótkie wprowadzenie do wspólnej metody podziału. Ponieważ chromosomy nie są regularnie rozmieszczone, istnieje problem, że materiał genetyczny nie może być równomiernie rozmieszczony. Jest to nieprawidłowy sposób podziału. Amitoza jest najwcześniejszą metodą podziału komórki. W amitozie nie zanika jąderko i błona jądrowa, nie pojawiają się chromosomy, a w cytoplazmie nie tworzy się wrzeciono. Oczywiście nie obserwuje się procesu replikacji chromosomów, a nawet ich rozdziału do komórek potomnych. Jednak komórki ulegają amitozie, chromosomy są również replikowane, a komórki powiększają się. Kiedy objętość jądra podwaja się, komórki dzielą się. Co do tego, jak DNA materiału genetycznego w jądrze jest rozprowadzane do komórek potomnych, potrzebne są dalsze badania. Amitoza jest najprostszym sposobem podziału. W przeszłości sądzono, że amitoza występuje głównie w starzejących się lub chorych komórkach organizmów niższych i wyższych, ale później stwierdzono, że jest bardziej rozpowszechniona w normalnych tkankach zwierząt i roślin. Amitozę zaobserwowano w zwierzęcym nabłonku luźnej tkanki łącznej, tkance mięśniowej i tkance wątrobowej oraz w miąższowym punkcie wzrostu naskórka i komórkach bielma u roślin. Podział bezpłciowy jest również powszechną formą podziału i ten typ rozmnażania jest powszechny u organizmów jednokomórkowych, ale dla różnych organizmów jednokomórkowych sposób podziału jądrowego podczas rozmnażania jest różny i można go pogrupować na następujące sposoby: amitoza, zwana też podziałem bezpośrednim, jest jednym z najprostszych sposobów podziału komórki. W całym procesie podziału nie dochodzi do zmian w wrzecionie i chromosomach. Ten typ podziału jest najczęściej spotykany w podziale i rozmnażaniu prokariotów, takich jak bakterie i sinice. Podział komórek prokariotycznych obejmuje dwa aspekty: podział komórkowego DNA, umożliwiający podzielonym komórkom potomnym uzyskanie kompletu materiału genetycznego od komórek rodzicielskich oraz cytokinezę dzielącą komórki na dwie równe części. Dwie powielone cząsteczki DNA są przyłączone do błony plazmatycznej. W miarę wzrostu komórek te dwie cząsteczki DNA są od siebie odciągane. Kiedy komórki dzielą się, ściana komórkowa i błona plazmatyczna zostają pofałdowane, a komórki macierzyste ostatecznie dzielą się na dwie równe komórki córki. Proces mitozy jest o wiele bardziej skomplikowany niż amitoza i jest głównym sposobem wielokomórkowego biologicznego podziału komórek. W górnej części błona jądrowa kurczy się w środku do wewnątrz, tworząc wklęsły rowek. Cytoplazma w rowku wygląda jak wrzecionowata struktura ułożona w tym samym kierunku przez mikrotubule, reguluje błonę jądrową i chromosomy, rozdziela się na jądra potomne, a w końcu dzieli się na dwie części. Kiedy obóz robaków ocznych dzieli się reprodukcyjnie, jądro ulega mitozie. Podczas procesu podziału, błona jądrowa nie znika, a jądro kurczy się na dwa jądra potomne w środku jądra. Pierwotne z nich posiada flagellę, a z drugiego wyrasta nowa flagella, tworząc dwa robaczki okularowe. Gdy ameba urośnie do pewnej wielkości, ulega podziałowi i rozmnażaniu. Gdy środkowa część jądra kurczy się, chromosom zostaje rozprowadzony do jądra potomnego, a następnie cytoplazma dzieli się na dwie części, dzieląc komórkę na dwa osobniki potomne. Najbardziej typowym przedstawicielem podziału bezpłciowego i rozmnażania w formie amitozy i mitozy jądrowej jest paramecium, pierwotniak z rzędu rzęsistków z rodzaju Paramecium. W komórce występują dwa rodzaje jąder, a mianowicie jądro duże i jądro małe. Małe jądro jest jądrem reprodukcyjnym, a duże jądro jest jądrem odżywczym. Kiedy paramecia rozmnażają się bezpłciowo, małe jądro ulega mitozie jądrowej, podczas gdy duże jądro ulega podziałowi bezfilamentowemu, a następnie paramecia dzielą się na dwa nowe osobniki od środka. Mitoza, zwana również podziałem pośrednim, jest jednym z najczęstszych sposobów podziału. Mitoza jest ciągłym podziałem, który ogólnie dzieli się na podział jądrowy i cytokinezę. Do procesu mitozy zalicza się rozszczepienie jądra atomowego (długi czas), a rozszczepienie jądra atomowego jest procesem ciągłym. Dla wygody narracji rozszczepienie jądrowe zostało sztucznie podzielone na cztery okresy: przed-, środkowo-, po- i końcowy. Charakterystyka każdego etapu mitozy jest następująca (biorąc za przykład komórki roślinne). Interwał: podzielony na G1, S, G2, głównie do replikacji DNA i syntezy białek związanych, jądra błony jądrowej nucleoli stopniowo znikają. Wczesny etap: chromatyna w jądrze kondensuje się w chromosom, rozpad nukleoli zanika całkowicie, błona jądrowa pęka i zaczyna się tworzyć wrzeciono. Średnioterminowy: Stadium średnioterminowe to okres, w którym chromosomy układają się na płytce równikowej, a wrzeciono jest w pełni uformowane. Stadium późne: Stadium późne to okres, w którym dwie chromatydy każdego chromosomu zostają rozdzielone i pod wpływem trakcji wrzeciona przemieszczają się z równika do dwóch biegunów komórki. Stadium końcowe: okres tworzenia się dwóch subjądrzy i podziału cytoplazmatycznego. Rozkład chromosomów, pojawia się błona jądrowa, pozycja płytki równikowej tworzy płytkę komórkową, a w przyszłości powstanie nowa ściana komórkowa. Przędza wrzecionowata zgromadzona na płytce równikowej nazywana jest ciałem błonotwórczym. Komórki zwierzęce są jak komórki roślinne, z tym wyjątkiem, że komórki zwierzęce mają centralne ciało, które emituje promieniowanie gwiezdne, aby utworzyć wrzeciono, a komórki roślinne bezpośrednio emitują wrzeciono z dwóch etapów. Pod koniec mitozy, błona komórkowa komórki zwierzęcej jest do wewnątrz zagłębiony, aby utworzyć dwie komórki córki. Komórka roślinna tworzy płytkę komórkową na płycie równikowej (wirtualna wyobraźnia) i dzieli komórkę na dwie komórki potomne. Podział cytoplazmatyczny (krótki czas): W późnym stadium rozszczepienia jądrowego rozpoczyna się podział cytoplazmatyczny, gdy chromosom zbliża się do bieguna. Kilka krótkich wrzecion dołącza się do ciągłego włókna pomiędzy dwoma jądrami córkami, tworząc beczułkowaty region gęsto upakowany wrzecionem, zwany błoną. Liczba mikrotubul wzrasta, a w ciele błonotwórczym pojawiają się pęcherzyki (w tym polisacharydy) z aparatu Golgiego i retikulum endoplazmatycznego, które gromadzą się, łączą i uwalniają substancje wielojądrowe wzdłuż kierunku mikrotubul, tworząc płytkę komórkową. Od środka do peryferii, aż do połączenia z macierzystą ścianą komórkową, staje się ona warstwą międzykomórkową ściany pierwotnej, a nowa błona plazmatyczna jest tworzona przez kapsułę pęcherzyka. Po utworzeniu nowej ściany komórkowej dwa nowo powstałe jądra i otaczająca je cytoplazma zostają rozdzielone na dwie komórki córki. Mitoza może podzielić każdą komórkę macierzystą na dwie zasadniczo identyczne komórki córki poprzez podział komórkowy. Liczba, kształt i rozmiar komórek potomnych są takie same. Informacja genetyczna zawarta w każdym chromatydzie jest zasadniczo taka sama jak w komórkach macierzystych, tak więc komórki potomne otrzymują w przybliżeniu taką samą informację genetyczną od komórki macierzystej. Gatunki te zachowują stosunkowo stabilny kariotyp i stabilność genetyczną. Rozmnażanie płciowe wymaga połączenia amfoterycznych komórek płciowych w celu utworzenia zygoty, która następnie rozwija się w nowego osobnika. Liczba chromosomów w komórkach zarodkowych jest o połowę mniejsza niż w komórkach somatycznych. Ponieważ liczba chromosomów jest zmniejszona o połowę podczas tworzenia komórek zarodkowych, plemników lub komórek jajowych, komórki pierwotne muszą przejść mejozę.
Funkcja podziałów komórkowych
Oprócz proliferacji komórek, podziały komórkowe mogą również tworzyć specyficzne komórki. W jądrze wiele pierwotnych komórek zarodkowych, mianowicie spermatogonia, powstaje w wyniku mitozy. Zgodnie z charakterystyką mitozy wiadomo, że liczba chromosomów spermatogonii jest taka sama jak liczba chromosomów komórek somatycznych. W fazie spermatogonii zachodzi replikacja chromosomów. Gdy osobnik męski jest dojrzały płciowo, część spermatogonii w jądrze zaczyna przechodzić mejozę. Po mejozie powstają plemniki, które ulegają denaturacji, tworząc męskie komórki rozrodcze – plemniki. Komórki jajowe powstają w jajniku, a proces ten jest w zasadzie taki sam, jak proces powstawania plemników, ale są też różnice. Komórka jajowa, która ma liczbę chromosomów, która jest również zmniejszona o połowę w porównaniu z komórką jajową. Komórki te mają duży kształt, są kuliste i nie potrafią pływać; zawierają wiele żółtek i są bogate w składniki odżywcze, co zapewnia rozwój nowych osobników po zapłodnieniu.
Referencja
- Le B S, Le B R. Epithelial cell division – multiplying without losing touch. 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. 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.