Podział komórki - mitoza

Mitoza jest rodzajem kariokinezy, czyli procesu podziału jądra komórkowego, prowadzącym do powstania dwóch jąder potomnych. Każde z nich otrzymuje zestaw chromosomów identyczny pod względem ich liczby (n) jak ten, który zawierało jądro komórkowe przed podziałem. Po podziale jądra następuje zwykle podział cytoplazmy czyli cytokineza. W rezultacie w wyniku podziału mitotycznego powstają dwie komórki.

Polecenie 1

Obejrzyj animację przedstawiającą przebieg i znaczenie mitozy, a następnie wykonaj polecenia.

RH1SOGHAPGHC6

Film nawiązujący do treści materiału - dotyczy przebiegu i znaczenia mitozy.

Film nawiązujący do treści materiału - dotyczy przebiegu i znaczenia mitozy.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RH1SOGHAPGHC6

Film nawiązujący do treści materiału - dotyczy przebiegu i znaczenia mitozy.

Przebieg mitozy

Mitoza jest etapem cyklu komórkowego. Poprzedza ją replikacja DNAreplikacja DNAreplikacja DNA w fazie S interfazy. Proces ten polega na rozpleceniu dwuniciowej cząsteczki DNA, a następnie dobudowaniu do każdej nici „starej” nici „nowej”. W ten sposób materiał genetyczny ulega podwojeniu. W fazie G2 interfazy poprzedzającej mitozę dochodzi również do duplikacji centriolcentriolacentriol - struktur odpowiedzialnych za powstawanie wrzeciona podziałowegowrzeciono podziałowewrzeciona podziałowego (kariokinetycznego).

Etapy mitozy

W przebiegu mitozy wyróżnia się pięć faz: profazę, metafazę, anafazę i telofazę. Podczas profazy, długie nici DNA chromatyny ulegają kondesacji i spiralizacji. Prowadzi to do powstania chromosomów. Każdy chromosom zbudowany jest z dwóch chromatyd siostrzanychchromatyda siostrzanachromatyd siostrzanych, z których każda zawiera cząsteczkę DNA powstałą podczas replikacji w fazie S. Chromatydy połączone są ze sobą w miejscu zwanym centromeremcentromercentromerem.

R1S4DZ8K23NX5

Grafika przedstawia budowę chromosomu. Jest on zbudowany z dwóch chromatyd siostrzanych połączonych centromerem. Każda z chromatyd posiada po dwa ramiona, przez co chromosom swoim kształtem przypomina literę X. Na szczycie ramion górnych chromosomu znajduje się przewężenie wtórne, za którym znajduje się satelita (trabant).

Pod koniec profazy zanika osłonka jądrowa i jąderko i formuje się wrzeciono podziałowe zbudowane z mikrotubul. Miejscem jego organizacji są w komórkach zwierzęcych centrosomykinetochorcentrosomy, utworzone z pary centriol. Chromatydy łączą się następnie z włóknami wrzeciona podziałowego w regionie centromeru, w miejscach zwanych kinetochorami. Każda chromatyda ma swój własny kinetochor.

W metafazie, dzięki skracaniu i wydłużaniu się mikrotubul wrzeciona podziałowego chromosomy układają się w płaszczyźnie równikowej komórki, tworząc tzw. płytkę metafazową. Umożliwia to uporządkowany podział materiału genetycznego między dwie powstające komórki potomne.

Podczas anafazy, włókna wrzeciona podziałowego ulegają skróceniu i chromosomy ulegają rozdzieleniu na chromatydy, z których każda odciągana jest do przeciwległego bieguna komórki. Każda z chromatyd staje się nowym chromosomem potomnym.

W telofazie chromatydy wydłużają się i ulegają dekondensacji i despiralizacji, co powoduje, że przestają być widoczne pod mikroskopem. Rozpoczyna się synteza rRNA, co zapoczątkowuje powstanie jąderka. Odtwarza się otoczka jądrowa, zanika wrzeciono podziałowe.

R1R2L4VLM71HC

Ilustracja przedstawia podział mitotyczny komórki zwierzęcej. To kilka faz zmian w komórce. Na ilustracji jest okrągła komórka otoczona błona komórkową. Znajduje się w niej okrągłe jądro z chromosomami - zduplikowanymi, nieskondensowanymi. Mają postać splatanych nici. W jądrze jest także owalne jąderko. Jądro otoczone jest otoczką jądrową. Powyżej jądra znajdują się centrosomy z parami centrioli. Mają kształt prostokąta z karbowanymi brzegami. W środku znajdują się dwie pary połączonych ze sobą pałeczek. Pod komórką jest napis: faza G2 interfazy. Strzałka w dół do kolejnej komórki. W komórce zaszły zmiany: w jądrze powstały chromosomy składające się z dwóch chromatyd siostrzanych - mają postać pałeczek. W jądrze jest centromer. Nad jądrem centrosom podzielił się i pomiędzy dwiema częściami znajduje się pierwotne wrzeciono kariokinetyczne. Pod komórką jest napis: profaza i strzałka w dół do kolejnego etapu podziału. Pierwotne wrzeciono wypełnia niemal całe wnętrze komórki. Części górne wrzeciona opisano jako mikrotubule. Natomiast do wewnętrznie położonych mikrotubul przyłączają się - leżące naprzeciwko siebie - kinetochory. Przypominają połączone ze sobą pałeczki. Za wrzecionem - w tle - są fragmenty otoczki jądrowej. Strzałka w dół prowadzi do kolejnej fazy. Przez środek wrzeciona kariokinetycznego poprowadzono pionową linię przerywaną - to płytka metafazowa. Kinetochory stykają się ze sobą. Wskazano centriole na jednym z biegunów wrzeciona. Pod komórką jest napis: metafaza i strzałka w dół do kolejnej fazy. W komórce chromosomy rozdzieliły się na chromatydy, pomiędzy chromatydami jest wolna przestrzeń. Ta faza to anafaza. W kolejnym etapie komórka zaczyna dzielić się na dwie części - pomiędzy nimi powstaje bruzda podziałowa. W każdej połowie formuje się otoczka jądrowa i jąderko. Jest też centrosom. To telofaza. W wyniku podziału powstają dwie diploidalne komórki potomne, każda 2n. Mają jądra z jąderkami i chromosomami oraz centrosomy z parami centrioli.

RFGJ8JLPHNJS3

Grafika przedstawia podział komórki świni. Można zauważyć wybarwione na fioletowo chromosomy, rozchodzące się na dwie strony, oraz zabarwiony na zielono szkielet komórki. Chromosomy są odciągane przez włókna szkieletu komórkowego zbudowanego z mikrotubul do przeciwnych biegunów komórki. Mikrotubule przedstawione są jako wiązki zielonych nitek.

RD2ATLLJC7H8A

Obraz komórki w mikroskopie fluorescencyjnym w trakcie anafazy. Zielony kolor oznaczający wrzeciono umieszczony jest w centralnej części rysunku. Chromosomy zaznaczone kolorem niebieskim przemieszczają się w przeciwległe bieguny komórki i są skupione na jej przeciwległych krańcach. Na ich tle zaznaczone są na różowo kinetochory.

R4RTJG57PZS7Q

Ilustracja przedstawia mikroskopowy obraz komórek o kształcie wielokątów w kolorze ciemnoszarmym. Wybarwione na kolor niebieski jądra komórek HeLa prezentują organizację materiału genetycznego na różnych etapach cyklu komórkowego. Z lewej strony widać komórkę w z jądrem znajdującym się w stadium mitozy. Jego DNA jest w postaci zwartych struktur - chromosomów. Dwa kolejne jądra są stadium interfazy - DNA jest w postaci rozproszonej nitki.

Zmiany ilości materiału genetycznego w komórkach przechodzących mitozę

W komórkach przechodzących regularnie mitozę, następują cykliczne zmiany ilości materiału genetycznego. Związane jest to z tym, że w interfazie poprzedzającej podział następuje zdublowanie materiału genetycznego (replikacja DNA w fazie S interfazy), podczas gdy w anafazie mitozy materiał genetyczny rozdzielany jest po połowie do każdej nowo powstałej komórki.

Cytokineza

Po zakończeniu kariokinezy dochodzi do podziału cytoplazmy i organelli komórkowych, czyli procesu cytokinezy. Przebieg tego procesu  w komórkach roślinnych i zwierzęcych jest innych. Natomiast zawsze w jego wyniku powstają dwie komórki potomne.

Znaczenie mitozy

Mitoza jest rodzajem podziału komórkowego, który zachodzi w komórkach somatycznych, czyli budujących ciało organizmu, z wyjątkiem komórek płciowych, czyli gamet.

• Umożliwia wzrost i rozwój organizmu (gdy w szybkim tempie przybywa nowych komórek – np. rozwój zarodka z zygoty).

• Odgrywa rolę w regeneracji organizmu, w którym to procesie zniszczone komórki zastępowane są nowymi.

• Umożliwia rozmnażanie bezpłciowe wegetatywne, np. podział komórki protistów, wytwarzanie zarodników grzybów tzw. mitospor.

Podsumowanie

• Mitoza to proces podziału jądra komórkowego, w wyniku którego z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne o identycznym materiale genetycznym. Zachodzi w komórkach somatycznych organizmów eukariotycznych i odpowiada za wzrost, regenerację i rozmnażanie bezpłciowe.

• Etapy mitozy:

  - Profaza – kondensacja chromatyny do postaci widocznych chromosomów (każdy zbudowany z dwóch chromatyd siostrzanych), zanika jąderko i otoczka jądrowa, powstaje wrzeciono podziałowe.

  - Metafaza – chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej komórki, tworząc tzw. płytkę metafazową; do centromerów przyczepiają się włókna wrzeciona podziałowego.

  - Anafaza – rozdzielenie chromatyd siostrzanych, które stają się od tej chwili samodzielnymi chromosomami i wędrują do przeciwległych biegunów komórki.

  - Telofaza – dekondensacja chromosomów, odtworzenie otoczki jądrowej i jąderka; zanik wrzeciona podziałowego.

• Po mitozie zwykle następuje cytokineza, czyli podział cytoplazmy, co kończy proces powstawania dwóch komórek potomnych.

• Znaczenie mitozy:

  - zapewnia identyczność genetyczną komórek potomnych;

  - umożliwia rozwój organizmu wielokomórkowego;

  - bierze udział w regeneracji i naprawie tkanek;

  - jest podstawą rozmnażania bezpłciowego u wielu organizmów.

Ćwiczenia utrwalające