ПОДЕЛА ЋЕЛИЈЕ: ВРСТЕ, ПРОЦЕСИ И ЗНАЧАЈ - БИОЛОГИЈА - 2025

Подела ћелија је процес који омогућава свим живим организмима расту и размножавају. Код прокариота и еукариота резултат ћелијске деобе су ћелије кћери које поседују исте генетске информације као и оригиналне ћелије. То се дешава зато што се пре поделе информације садржане у ДНК дуплицирају.

Код прокариота се подела одвија бинарном фисијом. Геном већине прокариота је кружни молекул ДНК. Иако ови организми немају језгро, ДНК је у компактном облику који се назива нуклеоид, а који се разликује од цитоплазме која га окружује.

Извор: Ретама

Код еукариота подела се одвија кроз митозу и мејозу. Еукариотски геном састоји се од велике количине ДНК-а организованог у језгру. Ова организација заснива се на паковању ДНК са протеинима, формирајући хромозоме, који садрже стотине или хиљаде гена.

Врло разноврсни еукариоти, једноћелијски и метазоански, имају животне циклусе који се наизменично мењају између митозе и мејозе. Ови циклуси су они који имају: а) гаметску мејозу (животиње, неке гљивице и алге), б) зиготску мејозу (неке гљивице и протозоје); и ц) наизменичење између гаметске и зиготске мејозе (биљке).

Врсте

Подјела ћелија може бити бинарном фисијом, митозом или мејозом. Сваки од процеса који су укључени у ове врсте дељења ћелија је описан у наставку.

Бинарни фисија

Прокариотска фисија, бинарна фисија, је облик асексуалне репродукције.

Бинарна фисија састоји се од поделе ћелије која ствара две ћерке ћелије, од којих свака има идентичну копију ДНК оригиналне ћелије.

Пре поделе прокариотске ћелије долази до репликације ДНК, која почиње на одређеном месту на дволанчаној ДНК, названом пореклом репликације. Репликациони ензими крећу се у оба смера од порекла, стварајући по једну копију сваког од ланца дволанчане ДНК.

Након репликације ДНК, ћелија се продужава и ДНК се одваја у ћелији. Нова плазма мембрана одмах почиње да расте у средини ћелије, формирајући септум.

Овај процес је омогућен протеином ФтсЗ, који је еволуцијски високо очуван у прокариотима, укључујући Арцхаеа. На крају ћелија се дели.

Ћелијски циклус и митоза

Стадији кроз које се пролази еукариотска ћелија између две узастопне ћелијске поделе позната су као ћелијски циклус. Трајање ћелијског циклуса варира од неколико минута до месеци, зависно од врсте ћелије.

Ћелијски циклус је подељен у две фазе, наиме М фазу и интерфејс. У М фази се одвијају два процеса, која се називају митоза и цитокинеза. Митоза се састоји од нуклеарне поделе. Исти број и врсте хромозома присутних у изворном језгру налазе се у кћерним језграма. Соматске ћелије вишећелијских организама се дијеле митозом.

Цитокинеза се састоји од поделе цитоплазме да формира ћерке ћелије.

Сучеље има три фазе: 1) Г1, ћелије расту и проводе већину свог времена у овој фази; 2) С, умножавање генома; и 3) Г2, репликација митохондрија и других органела, кондензација хромозома и састављање микротубула, између осталих догађаја.

Стадији митозе

Митоза започиње с крајем Г2 фазе и дели се на пет фаза: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза. Све се догађају у континуитету.

Профаза

Профаза. Леомонаци98, са Викимедиа Цоммонс

У овој фази је састављање митотичког вретена или митотичког апарата главни догађај. Профаза започиње сабијањем хроматина, формирајући хромозоме.

Сваки хромосом има сестрински хроматидни пар, са идентичном ДНК, који је чврсто везан у близини својих центромера. Протеински комплекси звани кохезини учествују у овој унији.

Сваки центромере повезан је са кинетохором, што је комплекс протеина који се веже за микротубуле. Ови микротубули омогућавају да се свака копија хромозома преноси у ћелије ћерке. Микротубули зраче са сваког краја ћелије и формирају митотички апарат.

У животињским ћелијама, пре профазе, долази до умножавања центросома, који је главни организовајући центар микротубула и место где се срећу родитељ и дете центриоле. Сваки центросом досеже супротни пол ћелије, успостављајући мост микротубула између њих названих митотички апарат.

У новијим еволуираним биљкама, за разлику од животињских ћелија, нема центросома и порекло микротубула је нејасно. У фотосинтетским ћелијама старијег еволутивног порекла, као што су зелене алге, постоје центросоми.

Прометафаза

Леомонаци98

Митоза мора да осигура сегрегацију хромозома и расподелу нуклеарне овојнице нуклеарног пора и нуклеола. Зависно од тога да ли нуклеарна овојница (ЕН) нестаје или не, и степена дензиграције ЕН, митоза варира од затворене до потпуно отворене.

На пример, код С. церевисае митоза је затворена, код А. нидуланс полуотворена, а код људи отворена.

Код затворене митозе, поларна тела вретена налазе се у нуклеарној овојници, што сачињава тачке нуклеације нуклеарних и цитоплазматских микротубула. Цитоплазматски микротубули узајамно дјелују са ћелијским кортексом и са кинетохорама хромозома.

У полуотвореној митози, пошто је ЕН делимично растављен, нуклеарни простор пропадају нуклеирани микротубули из центросома и кроз два отвора у ЕН, творећи снопове окружене ЕН-ом.

Код отворене митозе долази до потпуног растављања ЕН, митотички апарат је завршен и хромозоми почињу да се померају према средини ћелије.

Метафаза

Хромосоми су поравњени у екваторијалној плочи ћелије током митотске метафазе

У метафази, хромозоми се постављају на екватору ћелије. Замишљена равнина окомита на ос вретена, која пролази кроз унутрашњу ободу ћелије, назива се метафазна плоча.

У ћелијама сисара митотски апарат је организован у централно митотичко вретено и пар астера. Митотско вретено се састоји од билатералног симетричног снопа микротубула који је подељен на екватору ћелије и формира две супротне половине. Астери су сачињени од групе микротубула на сваком полу вретена.

У митотском апарату постоје три групе микротубула: 1) астралне, које формирају астру, полазе од центросома и зраче према ћелијском кортексу; 2) кинетохора који су везани за хромозоме преко кинетохора; и 3) поларне, које се преплићу микротубулима са супротног пола.

У свим горе описаним микротубулима, крајеви (-) су окренути према центросому.

У биљним ћелијама, ако нема центросома, вретено је слично оном животињских ћелија. Вретено се састоји од две половине супротне поларности. Крајеви (+) су на екваторијалној плочи.

Анафаза

Извор: Леомонаци98, из Викимедиа Цоммонс

Анафаза је подељена на рану и касну. У раној анафази долази до одвајања сестринских хроматид.

Ово одвајање настаје зато што се протеини који одржавају спајање цепају и зато што долази до скраћења микротубула кинетохора. Кад се пар сестринских хроматида одвоји, они се називају хромозоми.

За време померања хромозома у смеру пола, кинетохоре се крећу дуж микротубуле исте кинетохоре на којој се његов (+) крај дисоцира. Због тога је кретање хромозома током митозе пасиван процес за који нису потребни моторни протеини.

У касној анафази долази до већег одвајања полова. КРП протеин, везан за (+) крај поларних микротубула, у пределу преклапања истих, путује према (+) крају суседне антипаралне поларне микротубуле. На тај начин КРП гура суседну поларну микротубулу према (-) крају.

У биљним ћелијама, након одвајања хромозома, у средини вретена остаје простор са интердигитисаним или напетим микротубулима. Ова структура омогућава покретање цитокинетичког апарата, названог фрагмопласт.

Телофаза

Телофаза. Леомонаци98

У телофази се дешавају различити догађаји. Хромосоми достижу полове. Кинетоцхоре нестаје. Поларни микротубули се и даље продужују, припремајући ћелију за цитокинезу. Нуклеарна овојница је поново формирана из фрагмената матичне овојнице. Нуклеолус се поново појављује. Хромозоми су деконденисани.

Цитокинеза

Цитокинеза је фаза ћелијског циклуса током које ћелија дели. У животињским ћелијама цитогенеза настаје помоћу стезања појаса од актинских филамената. Ове филаменте клизе једно поред другог, пречник каишева се смањује, а око обода ћелије формира се утор за одцеп.

Како се сужење наставља, сулкус се продубљује и формира се међућелијски мост који садржи средњи део тела. У средишњем дијелу међућелијског моста налазе се снопови микротубула, који су прекривени електродесенцијалним матриксом.

Распад међућелијског моста између пост-митотичких сестринских ћелија настаје апсцисом. Постоје три врсте апсцесије: 1) механички механизам кварења; 2) механизам пуњења унутрашњим везикулама; 3) сужење плазма мембране за фисију.

У биљним ћелијама састављају се мембранске компоненте унутар њих и формира се ћелијска плоча. Ова плоча расте све док не досегне површину плазма мембране, стапајући се с њом и не подели ћелију на два дела. Тада се целулоза таложи на новој плазма мембрани и формира нову ћелијску стијенку.

Мејоза

Мејоза је врста ћелијске деобе која смањује број хромозома на пола. Тако се диплоидна ћелија дели на четири хаплоидне ћелијске ћерке. Мејоза настаје у клијавим ћелијама и ствара гамете.

Стадији мејозе састоје се од две поделе језгра и цитоплазме, а то су мејоза И и мејоза ИИ. Током мејозе И, чланови сваког пара хомологних хромозома се раздвајају. Током мејозе ИИ, сестринске хроматиде раздвајају се и стварају се четири хаплоидне ћелије.

Свака фаза митозе је подељена на профазну, прометну фазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Меиосис И

- Профаза И. Хромосоми се кондензују и вретено почиње да се формира. ДНК се удвостручио. Сваки хромосом се састоји од сестринских хроматид, причвршћених на центромере. Хомологни хромозоми се спајају током синапсе, омогућавајући прелазак преко њих, што је кључно за стварање различитих гамета.

- Метафаза И. Пар хомологних хромозома се поставља уздуж метафазне плоче. Чијазма помаже да се пар држи заједно. Микротубули кинетохора на сваком полу се вежу за центромере хомологног хромозома.

- Анафаза И. Микротубуле кинетохора су скраћене и хомологни парови раздвојени. Један дупликат хомолога иде на један пол ћелије, док други дупликат хомолога иде на другу страну пола.

- Телофаза И. Одвојени хомолози формирају групу на сваком полу ћелије. Нуклеарна овојница се поново формира. Долази до цитокинезе. Добијене ћелије имају половину броја хромозома оригиналне ћелије.

Меиоза ИИ

- Профаза ИИ. У свакој ћелији се формира ново вретено и ћелијска мембрана нестаје.

- Метафаза ИИ. Формирање вретена је завршено. Хромосоми имају сестринске хроматиде, придружене центромеру, поредане дуж метафазне плоче. Микротубуле кинетохора које полазе од супротних полова вежу се за центромере.

- Анафаза ИИ. Микротубули се скраћују, центромери се деле, сестринске хроматиде раздвајају и крећу се према супротним половима.

- Телофаза ИИ. Нуклеарна овојница је формирана око четири групе хромозома: формиране су четири хаплоидне ћелије.

Значај

Неки примери илуструју важност различитих врста дељења ћелија.

- Митосис. Ћелијски циклус има неповратне тачке (репликација ДНК, одвајање сестринских хроматида) и контролне тачке (Г1 / С). П53 протеин је кључан за Г1 контролну тачку. Овај протеин открива оштећење ДНК, зауставља дељење ћелија и подстиче активност ензима који поправљају оштећења.

У више од 50% хуманих карцинома, п53 протеин има мутације које поништавају његову способност да веже специфичне секвенце ДНК. Мутације у п53 могу бити изазване канцерогенима, као што је бензопирен у цигаретном диму.

- Меиосис. Повезана је са сексуалном репродукцијом. Са еволуцијског становишта, верује се да је сексуална репродукција настала као процес поправљања ДНК. Тако се оштећење хромозома може поправити на основу података из хомологног хромозома.

Сматра се да је диплоидно стање пролазно у древних организама, али постало је релевантније како се геном повећавао. У тим организмима сексуална репродукција има функцију комплементације, поправке ДНК и генетичке варијације.

Референце

1. Албертс, Б., Јохнсон, А., Левис, Ј. и др. 2007. Молекуларна биологија ћелије. Гарланд Сциенце, Њујорк.
2. Бернстеин, Х., Биерс, ГС, Мицход, РЕ 1981. Еволуција сексуалне репродукције: значај поправке, комплементације и варијације ДНК. Америцан Натуралист, 117, 537-549.
3. Лодисх, Х., Берк, А., Зипурски, СЛ, Матсудариа, П., Балтиморе, Д., Дарнелл, Ј. 2003. Целијска и молекуларна биологија. Уредништво Медица Панамерицана, Буенос Аирес.
4. Равен, ПХ, Јохнсон, ГБ, Лосос, ЈБ, Сингер, СР 2005 Биологи. Високо образовање, Бостон.
5. Соломон, БМ, Берг, ЛР, Мартин, ДВ 2008. Биологија. Тхомсон, УСА.