Mitóza

Svetelná mikrofotografia pľúcnej bunky mloka vo včasnej anafáze mitózy.

V biológii je mitóza proces, pri ktorom bunka rozdelí svoj zdvojený genóm na dve identické polovice. Zvyčajne po nej bezprostredne nasleduje cytokinéza, ktorá rozdeľuje cytoplazmu a bunkovú membránu. Výsledkom sú dve identické dcérske bunky s približne rovnakým rozložením organel a iných bunkových zložiek. Mitóza a cytokinéza sa spoločne definujú ako mitotická (M) fáza bunkového cyklu, rozdelenie materskej bunky na dve dcérske bunky, z ktorých každá je genetickým ekvivalentom materskej bunky.

Mitóza sa vyskytuje výlučne v eukaryotických bunkách. V mnohobunkových organizmoch podliehajú mitóze somatické bunky, zatiaľ čo zárodočné bunky – bunky určené na to, aby sa stali spermiami u samcov alebo vajíčkami u samíc – sa delia príbuzným procesom nazývaným meióza. Prokaryotické bunky, ktoré nemajú jadro, sa delia procesom nazývaným binárne delenie.

Keďže cytokinéza sa zvyčajne vyskytuje v spojení s mitózou, pojem „mitóza“ sa často používa zameniteľne s pojmom „mitotická fáza“. Existuje však mnoho buniek, v ktorých mitóza a cytokinéza prebiehajú oddelene a vytvárajú sa z nich jednotlivé bunky s viacerými jadrami. Najvýraznejšie sa to vyskytuje medzi hubami a slizovými plesňami, ale vyskytuje sa v rôznych rôznych skupinách. Dokonca aj u živočíchov sa cytokinéza a mitóza môžu vyskytovať nezávisle, napríklad v určitých štádiách embryonálneho vývoja ovocných mušiek.

Mitóza rozdeľuje genetickú informáciu počas delenia bunky

Základným výsledkom mitózy je rozdelenie genómu materskej bunky na dve dcérske bunky. Genom sa skladá z niekoľkých chromozómov, komplexov pevne stočenej DNA, ktoré obsahujú genetickú informáciu nevyhnutnú pre správnu funkciu bunky. Keďže každá výsledná dcérska bunka by mala byť geneticky identická s materskou bunkou, materská bunka musí pred mitózou vytvoriť kópiu každého chromozómu. K tomu dochádza uprostred interfázy, obdobia, ktoré predchádza mitotickej fáze bunkového cyklu, kde prebieha príprava na mitózu.

Každý chromozóm teraz obsahuje dve identické kópie seba samého, nazývané sesterské chromatidy, spojené v špecializovanej oblasti chromozómu známej ako centroméra. Každá sesterská chromatida sa nepovažuje za samostatný chromozóm.

U živočíchov a rastlín sa jadrový obal, ktorý oddeľuje DNA od cytoplazmy, rozkladá a jeho tekutina sa vylieva do cytoplazmy. Chromozómy sa usporiadajú do pomyselnej priemernej čiary tiahnucej sa cez bunku. Mikrotubuly, v podstate miniatúrne struny, sa rozprestierajú na opačných koncoch bunky a skracujú sa, čím od seba oddeľujú sesterské chromatidy každého chromozómu. Podľa konvencie sa teraz každá sesterská chromatida považuje za chromozóm, preto sa premenovali na sesterské chromozómy. Ako sa bunka predlžuje, príslušné sesterské chromozómy sa ťahajú k opačným koncom. Okolo oddelených sesterských chromozómov sa vytvorí nový jadrový obal.

Keď sa mitóza dokončí, cytokinéza je v plnom prúde. V živočíšnych bunkách sa bunka zošikmí dovnútra v mieste, kde bola predtým pomyselná čiara, ktorá oddeľuje dve vyvíjajúce sa jadrá. V rastlinných bunkách dcérske bunky medzi sebou vybudujú novú deliacu bunkovú stenu. Nakoniec sa materská bunka rozdelí na polovicu, čím vzniknú dve dcérske bunky, každá s rovnocennou a úplnou kópiou pôvodného genómu.

Doporučujeme:  Doučovanie

Pripomeňme si, že prokaryotické bunky prechádzajú podobným procesom ako mitóza, ktorý sa nazýva binárne delenie. O prokaryotoch sa nedá správne povedať, že prechádzajú mitózou, pretože nemajú jadro a majú len jeden chromozóm bez centroméry.

Ako mitóza distribuuje genetickú informáciu

V diploidnej eukaryotickej bunke existujú dve verzie každého chromozómu, jedna od matky a druhá od otca. Dva zodpovedajúce chromozómy sa nazývajú homologické chromozómy. Homológne chromozómy nemusia byť geneticky identické. Napríklad gén pre farbu očí v jednom lokuse (mieste) na otcovskom chromozóme môže byť kódovaný pre zelené oči, zatiaľ čo ten istý lokus na materskom chromozóme môže byť kódovaný pre hnedé oči.

Pri replikácii DNA každý chromozóm vytvorí identickú kópiu seba samého. Tieto kópie sa nazývajú sesterské chromatidy a spolu sa považujú za jeden chromozóm. Po oddelení sa však každá sesterská chromatida považuje za samostatný plnohodnotný chromozóm. Dve kópie pôvodného chromozómu sa potom nazývajú sesterské chromozómy.

Pri mitóze sa dcérskej bunke pridelí jedna kópia každého sesterského chromozómu, a to iba jedna. Pozrite sa na obrázok, ktorý znázorňuje rozdelenie chromozómov počas mitózy. Modrý a červený chromozóm sú homologické chromozómy. Po replikácii DNA počas S-fázy obsahuje každý homologický chromozóm dve sesterské chromatidy. Po mitóze sa zo sesterských chromatíd stanú sesterské chromozómy, ktoré sa rozdelia a prejdú do samostatných dcérskych buniek. Homológne chromozómy teda zostávajú pohromade, čo vedie k úplnému prenosu genómu rodiča.

Treba poznamenať, že „sesterské chromozómy“, „sesterské chromatidy“, „materské bunky“, „dcérske bunky“ a „materské bunky“ nemajú skutočné pohlavie. Používanie ženskej alebo mužskej terminológie je len vedeckou konvenciou.

Mitotická fáza je relatívne krátke obdobie bunkového cyklu plné akcií. Strieda sa s oveľa dlhšou interfázou, v ktorej sa bunka pripravuje na delenie. Interfáza sa delí na tri fázy: G1 (prvá medzera), S (syntéza) a G2 (druhá medzera). Počas všetkých troch fáz bunka rastie produkciou proteínov a cytoplazmatických organel. Chromozómy sa však replikujú len počas fázy S. Bunka teda rastie (G1), pokračuje v raste, keď duplikuje svoje chromozómy (S), ďalej rastie a pripravuje sa na mitózu (G2) a delí sa (M).

Fáza: Dva okrúhle objekty nad jadrom sú centrozómy. Všimnite si kondenzovaný chromatín.

Za normálnych okolností je genetický materiál (DNA) v jadre voľne zvinutý do zvitku nazývaného chromatín. Na začiatku profázy sa chromatín kondenzuje do vysoko usporiadanej štruktúry nazývanej chromozóm. Keďže genetický materiál bol zdvojený už skôr vo fáze S, chromozómy majú dve sesterské chromatidy, ktoré sú v centromére spojené proteínom kohezínom. Chromozómy sú viditeľné pri veľkom zväčšení vo svetelnom mikroskope.

Hneď za jadrom sú dva centrozómy. Každý centrozóm, ktorý sa predtým replikoval nezávisle od mitózy, funguje ako koordinačné centrum pre mikrotubuly bunky. Dva centrozómy vyklíčia mikrotubuly (ktoré si možno predstaviť ako bunkové laná alebo póly) polymerizáciou voľne plávajúceho proteínu tubulínu. Odpudivou interakciou týchto mikrotubulov navzájom sa centrozómy posúvajú na opačné konce bunky (hoci nový výskum ukázal, že vo vnútri centromér môže existovať mechanizmus, ktorý tiež uchopí mikrotubuly a ťahá chromatidy od seba). Sieť mikrotubulov je začiatkom mitotického vretienka.

Doporučujeme:  Metakognície

Treba poznamenať, že niektoré centrozómy obsahujú pár centriol, ktoré môžu pomáhať pri organizácii zostavovania mikrotubulov. Nie sú však nevyhnutné na vytvorenie mitotického vretienka, pretože rastlinné bunky, ktoré nemajú centrioly, nemajú problémy s mitózou.

Prometafáza: Jadrová membrána sa rozpadla a mikrotubuly prenikli do jadrového priestoru. Tieto mikrotubuly sa môžu pripojiť ku kinetochorom (kinetochorové mikrotubuly) alebo môžu interagovať s protiľahlými mikrotubulami (nekinetochorové mikrotubuly).

Hlavný článok: Prometafáza
Jadrový obal sa rozpúšťa a do jadrového priestoru vnikajú mikrotubuly. Tento jav sa nazýva otvorená mitóza a vyskytuje sa u väčšiny mnohobunkových organizmov. Niektoré protisty, ako napríklad riasy, podstupujú variant nazývaný uzavretá mitóza, pri ktorom sú mikrotubuly schopné preniknúť do neporušeného jadrového obalu.

Každý chromozóm tvorí v centromére dva kinetochóry, jeden pripojený ku každej chromatide. Kinetochór je zložitá proteínová štruktúra, ktorá je obdobou krúžku pre mikrotubulárny háčik; je to miesto, kde sa mikrotubuly pripájajú k chromozómu. Hoci kinetochór nie je úplne pochopený, je známe, že obsahuje molekulárny motor. Keď sa mikrotubulus spojí s kinetochorom, motor sa aktivuje a pomocou energie z ATP sa „plazí“ hore trubicou smerom k východiskovému centrozómu. Kinetochór poskytuje ťahovú silu potrebnú na neskoršie oddelenie dvoch chromatíd chromozómu.

Keď vretienko narastie do dostatočnej dĺžky, kinetochórne mikrotubuly začnú hľadať kinetochóry, ku ktorým by sa mohli pripojiť. Niekoľko nekinetochórových mikrotubulov nájde a interaguje so zodpovedajúcimi nekinetochórovými mikrotubulami z protiľahlého centrozómu a vytvorí mitotické vreteno.

Prometafáza sa niekedy považuje za súčasť profázy.

Metafáza: Chromozómy sa vyrovnali na metafázovej platni.

Keď mikrotubuly v prometafáze nájdu kinetochóry a pripoja sa k nim, centroméry chromozómov sa zhromaždia na metafázovej platni alebo v rovine rovníka, pomyselnej čiare, ktorá je rovnako vzdialená od dvoch centrozómových pólov. Toto rovnomerné usporiadanie je dôsledkom protiváhy ťahových síl, ktoré vytvárajú protiľahlé kinetochóry, analogicky k preťahovaniu medzi rovnako silnými ľuďmi. V niektorých typoch buniek sa chromozómy na metafázovej platničke neusporiadajú a namiesto toho sa náhodne pohybujú sem a tam medzi pólmi, pričom sa len približne usporiadajú pozdĺž stredovej línie.

Keďže správne oddelenie chromozómov vyžaduje, aby bol každý kinetochór pripojený k zväzku mikrotubulov, predpokladá sa, že nepripojené kinetochóry generujú signál, ktorý zabraňuje predčasnému prechodu do anafázy bez toho, aby boli všetky chromozómy zarovnané. Tento signál vytvára kontrolný bod mitotického vretienka.

Včasná anafáza: Kinetochórne mikrotubuly sa skracujú.

Keď je každý kinetochór pripojený k zhluku mikrotubulov a chromozómy sú zoradené pozdĺž metafázovej dosky, bunka prejde do anafázy. Nastávajú dve udalosti v poradí:

Doporučujeme:  Idiopatická detská okcipitálna epilepsia Gastaut

Tieto dve fázy sa niekedy nazývajú skorá a neskorá anafáza. Na konci anafázy sa bunke podarilo rozdeliť identické kópie genetického materiálu na dve odlišné populácie.

Telofáza: Vymedzenie je známe ako štiepna brázda. Všimnite si dekondenzujúce sa chromozómy.

Telofáza je obratom udalostí v profáze a prometafáze. „Odstraňuje“ následky mitózy. V telofáze sa mikrotubuly mimo kinetochoru naďalej predlžujú, čím sa bunka ešte viac predlžuje. Príslušné sesterské chromozómy sa pripoja na opačných koncoch bunky. Okolo každej sady oddelených sesterských chromozómov sa vytvorí nový jadrový obal s použitím fragmentov jadrovej membrány materskej bunky. Obe sady chromozómov, teraz obklopené novými jadrami, sa opäť rozložia do chromatínu.

Cytokinéza, ak má nastať, je v tomto čase zvyčajne už v plnom prúde. V živočíšnych bunkách sa v mieste, kde sa nachádzala metafázová platňa, vytvorí štiepna brázda, ktorá oddeľuje oddelené jadrá. V rastlinných bunkách sa vezikuly pochádzajúce z Golgiho aparátu posúvajú pozdĺž mikrotubulov do stredu bunky, kde sa spájajú do bunkovej platničky, ktorá sa vyvíja do bunkovej steny a oddeľuje dve jadrá. Každá dcérska bunka má kompletnú kópiu genómu svojej materskej bunky. Mitóza je ukončená.

Hoci sú chyby v mitóze zriedkavé, proces sa môže zvrtnúť, najmä počas skorých delení buniek v zygote. Mitotické chyby môžu byť pre organizmus obzvlášť nebezpečné, pretože budúci potomkovia z tejto rodičovskej bunky budú nositeľmi rovnakej poruchy.

Pri nedisjunkcii sa môže stať, že sa chromozóm počas anafázy neoddelí. Jedna dcérska bunka dostane oba sesterské chromozómy a druhá nedostane žiadny. Výsledkom je, že prvá bunka má tri chromozómy kódujúce to isté (dva sesterské a jeden homologický), čo je stav známy ako trizómia, a druhá bunka má len jeden chromozóm (homologický chromozóm), čo je stav známy ako monozómia. Tieto bunky sa považujú za aneuploidné bunky. Aneuploidia môže spôsobiť rakovinu.

Mitóza je traumatický proces. V bunke dochádza k dramatickým zmenám ultraštruktúry, jej organely sa rozpadajú a znovu vytvárajú v priebehu niekoľkých hodín a chromozómy sú neustále rozrušované sondami mikrotubulov. Príležitostne môže dôjsť k poškodeniu chromozómov. Rameno chromozómu sa môže zlomiť a fragment sa stratí, čo spôsobí deléciu. Fragment sa môže nesprávne pripojiť k inému nehomolognému chromozómu, čo spôsobí translokáciu. Môže sa opäť pripojiť k pôvodnému chromozómu, ale v opačnej orientácii, čo spôsobí inverziu. Alebo sa môže chybne považovať za samostatný chromozóm, čo spôsobí chromozómovú duplikáciu. Účinok týchto genetických abnormalít závisí od špecifickej povahy chyby. Môže sa pohybovať od žiadneho viditeľného účinku až po smrť organizmu.

Endomitóza je variant mitózy bez jadrového alebo bunkového delenia, ktorého výsledkom sú bunky s mnohými kópiami toho istého chromozómu v jednom jadre. Tento proces sa môže označovať aj ako endoreduplikácia a bunky ako endoploidné.