Przeczytaj

bg‑azure

Mitoza jako proces prowadzący do powstania dwóch komórek

Podział mitotyczny prowadzi do powstania dwóch komórek, z których każda otrzymuje taki sam materiał genetyczny, jaki zawierała komórka macierzysta. Z komórki diploidalnejkomórka diploidalnakomórki diploidalnej (2n) powstają dwie komórki diploidalne (2n). Jeśli mitozę przechodzi komórka haploidalna (1n), powstają z niej dwie komórki haploidalne (1n).

W okresie między kolejnymi mitozami, czyli w interfazie, zachodzi zwiększenie ilości DNA, dzięki czemu jądra potomne otrzymują taką samą ilość materiału genetycznego, jaką ma komórka macierzysta. Podczas interfazy dochodzi do replikacji DNA. Proces ten polega na rozpleceniu dwuniciowej cząsteczki DNA, a następnie na każdej nici „starej” zostaje dobudowana, z zachowaniem reguły komplementarności zasad azotowych, „nowa” nić. Tak powstałe zreplikowane cząsteczki DNA uwidaczniają się podczas profazy w postaci chromatyd siostrzanych chromosomów. Każda chromatyda chromosomu zawiera identyczną kopię cząsteczki DNA. Podczas mitozy chromatydy siostrzane rozchodzą się do dwóch nowo powstających jąder potomnych na biegunach dzielącej się komórki. Proces warunkuje więc stałość składu genowego we wszystkich powstających komórkach somatycznych organizmu.

W przebiegu mitozy rozróżnia się pięć faz: profazę, prometafazę, metafazę, anafazę i telofazę. Po zakończeniu telofazy, gdy są już uorganizowane dwa jądra potomne, następuje zwykle podział cytoplazmy (cytokineza) komórki macierzystej, w wyniku czego powstają dwie komórki potomne.

RoF1O6hCxihEK
Na ilustracji jest cykl przedstawiony za pomocą różnokolorowych strzałek. Cykl przedstawiono w postaci dużego koła. W środku jest małe koło - na górze ma napis: podział, na dole: interfaza. Duże koło tworzą strzałki. Na dole jest strzałka z literą S, nad strzałką jest napis: interfaza z małego koła. Strzałka S styka się ze strzałką z napisem G indeks dolny 2. Ta z kolei ze strzałką M. Pod strzałką M jest napis: podział. Strzałka M prowadzi do strzałki G indeks dolny 1. Strzałka oznaczona jako G indeks dolny 1 styka się ze strzałką S. Pomiędzy grotem strzałki g indeks dolny 1 a początkiem strzałki S jest strzałka prowadząca na zewnątrz koła z napisem: G indeks dolny 0.
Fazy cyklu komórkowego.
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Ciekawostka

Proces mitozy trwa w przybliżeniu jedną godzinę (z dość dużymi odchyleniami, najdłużej kilka godzin). Okres między dwiema kolejnymi mitozami może trwać od ośmiu godzin do ponad jednego roku.

bg‑azure

Interfaza

Interfaza to okres cyklu komórkowego w dzielących się komórkach, między zakończeniem jednego podziału jądra i początkiem podziału następnego. To najdłuższe stadium cyklu komórkowego (z wyjątkiem komórek dzielących się bardzo intensywnie). Interfaza jest okresem najbardziej aktywnych przemian metabolicznych. Podczas interfazy chromosomy występują w stanie nieskondensowanym i nie są widoczne w mikroskopie jako odrębne struktury. Umożliwia to intensywną ekspresję genów i pełną aktywność metaboliczną komórki.

W interfazie rozróżnia się trzy kolejne fazy: GIndeks dolny 1, S i GIndeks dolny 2. Podczas fazy S następuje replikacja DNA, w wyniku której powstaje pełna kopia całego jądrowego genomu komórki (stanowi to niezbędny warunek umożliwiający kolejny podział komórkowy). Fazy GIndeks dolny 1 i GIndeks dolny 2 charakteryzują się intensywną syntezą lipidów i białek (np. tubuliny w fazie GIndeks dolny 2), co powoduje wzrost rozmiarów komórki i przygotowuje ją do kolejnego podziału.

bg‑azure

Przebieg mitozy

Profaza

To pierwszy etap podziału jądra komórkowegojądro komórkowejądra komórkowego. Podczas profazy następuje stopniowa kondensacja chromatynychromatynachromatyny w chromosomychromosomychromosomy. Zaczyna się tworzyć zbudowane z mikrotubul wrzeciono podziałowewrzeciono podziałowewrzeciono podziałowe (kariokinetyczne). W komórkach zwierząt i roślin niższych centrosomy oddalają się od siebie, a między nimi rozciągają mikrotubule. Spada też tempo syntezy RNA i białka.

Prometafaza

Stadium to obejmuje rozpad osłonki jądrowej i zanik jąderka. Chromosomy łączą się z mikrotubulami wrzeciona podziałowego w miejscach zwanych kinetochoramikinetochorkinetochorami i przemieszczają do płaszczyzny równikowej komórki. Takie mikrotubule nazywane są mikrotubulami kinetochorowymimikrotubule kinetochorowemikrotubulami kinetochorowymi. Z kolei mikrotubule niekinetochorowemikrotubule niekinetochorowemikrotubule niekinetochorowe łączą ze sobą dwa bieguny wrzeciona. Przemieszczenie chromosomów do płaszczyzny równikowej komórki kończy prometafazę. Na biegunach wrzeciona promieniście ułożone krótkie mikrotubule tworzą obszar zwany astrosferąastrosferaastrosferą.

Metafaza

To etap podziału jądra komórkowego, podczas którego chromosomy układają się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona podziałowego, tworząc tzw. płytkę metafazową. Umożliwia to uporządkowany podział materiału genetycznego między dwie powstające komórki potomne.

Anafaza

Podczas tego stadium następuje rozchodzenie się chromatyd – po podziale łączącego chromatydy centromerucentromercentromeru rozdzielają się one i jako nowe chromosomy zostają odciągnięte do dwóch biegunów wrzeciona podziałowego.

RjpyXm8kA9rEU
Ilustracja przedstawia rozchodzenie się chromatyd tworzących chromosomy. Na pierwszej ilustracji są dwa chromosomy. Znajdują się w środku struktury przypominającej wrzeciono. Przy chromosomach są strzałki pokazujące ruch w kierunku biegunów wrzeciona. Na kolejnym rysunku chromosomy rozdzieliły się na chromatydy. Są blisko biegunów wrzeciona po lewej i prawej stronie. Opis: 1. Anafaza A. Siły generowane są głównie w mikrotubulach kinetochorowych, pozycja biegunów nie ulega zmianie. Chromatydy siostrzane kierują się ku biegunom w wyniku skracania się mikrotubul kinetochorowych., Ilustracja przedstawia rozchodzenie się chromatyd tworzących chromosomy. Na ilustracji są dwa chromosomy. Znajdują się w środku struktury przypominającej wrzeciono. Strzałkami - po lewej i prawej stronie wrzeciona -zaznaczono ruch w kierunku biegunów wrzeciona - cyfra 1 i od biegunów na zewnątrz - cyfra 2. Na kolejnym rysunku chromosomy rozdzieliły się na chromatydy. Są blisko biegunów wrzeciona po lewej i prawej stronie. Opisano: 2. Anafaza B. Między zachodzącymi na siebie mikrotubulami niekinetochorowymi występuje ruch ślizgowy (1), w wyniku którego na bieguny oddziałuje siła „ciągnąca" je w przeciwnych kierunkach (2). Ruch chromatyd zachodzi w wyniku zwiększania się przestrzeni między dwoma biegunami.
Dwa mechanizmy ruchu chromatyd w anafazie.
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Pod koniec anafazy może rozpocząć się proces cytokinezy, czyli podziału cytoplazmy, który przebiega w telofazie.

Telofaza

To końcowa faza podziału jądra komórkowego, w której organizują się jądra potomne. Chromosomy wydłużają się i ulegają dekondensacji, co powoduje, że przestają być widoczne pod mikroskopem. Rozpoczyna się synteza rRNA, co zapoczątkowuje powstanie jąderka. Odtwarza się otoczka jądrowa, zanika wrzeciono podziałowe, a jego elementy biorą udział w tworzeniu wrzeciona cytokinetycznego, a następnie w tworzeniu cytoszkieletucytoszkieletcytoszkieletu w nowo powstałych komórkach.

Cytokineza ma różny przebieg w komórkach roślinnych i zwierzęcych. W komórkach roślinnych powstaje fragmoplast – struktura zwana też wrzecionem cytokinetycznym, składająca się z mikrotubuli i mikrofilamentów. W komórkach zwierzęcych cytokineza zachodzi w wyniku zaciskania pierścienia kurczliwego. Zbudowany jest on z włókien miozyny i aktyny, które kurcząc się, pogłębiają przewężenie między potomnymi komórkami (bruzdę podziałową), aż do ich całkowitego rozdzielenia.

bg‑gray1

Schemat przebiegu mitozy

RMpfqRLU5RB0w
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. Cała struktura to astrosfera. 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 niekinetochorowe. Natomiast do wewnętrznie położonych mikrotubul przyłączają się - leżące naprzeciwko siebie - kinetochory. Przypominają połączone ze sobą pałeczki. Za wrzecionem - w tle - są fragmenty otoczki jądrowej. Pod komórką jest napis: prometafaza. 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.
Podział mitotyczny komórki zwierzęcej.
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Ciekawostka

Odkrycie mitozy w latach 80. XIX w. jest związane głównie z pracami Wacława Mayzla, Edwarda A. Strasburgera, Ottona Bütschliego oraz Walthera Flemminga. Ostatni z wymienionych badaczy uogólnił wyniki badań w tym zakresie (także własnych) i w 1882 r. wprowadził termin „mitoza”.

bg‑azure

Znaczenie mitozy

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

  • Napędza 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.

Słownik

astrosfera
astrosfera

centrosom wraz z promieniście rozchodzącymi się krótkimi mikrotubulami; struktura ta pojawia się we wczesnej profazie; jej rola polega na wyznaczaniu biegunów wrzeciona podziałowego

centromer
centromer

(łac. centrum – środek, gr. méros – część) część chromosomu odpowiedzialna za segregację chromosomów podczas podziału komórki (mitozy i mejozy); utrzymuje kontakt pomiędzy chromatydami siostrzanymi, aż do ich rozdzielenia podczas anafazy; w regionie centromeru znajdują się sekwencje wiążące białka tworzące kinetochor (struktura umożliwiająca połączenie chromatydy z mikrotubulami wchodzącymi w skład wrzeciona podziałowego)

centrosom
centrosom

organizator mikrotubul, rejon komórki występujący w komórkach zwierzęcych i roślin niższych, w którym położone są dwie centriole

chromatyna
chromatyna

(gr. chrṓma – barwa) interfazowa postać chromosomów, kompleks DNA i białek

chromosomy
chromosomy

(gr. chrṓma – barwa, sṓma – ciało) struktury zawierające materiał genetyczny komórki; stanowią jednostki segregacji w podziale jądra komórkowego

cytokineza
cytokineza

etap w procesie podziału komórki polegający na podziale cytoplazmy; następuje po podziale jądra komórkowego (kariokineza); w komórkach zwierzęcych polega na przewężaniu się komórki w wyniku kurczenia się pierścienia złożonego z filamentów aktynowych i miozynowych, ostatecznie rozdzielającego komórkę na dwie potomne; u roślin proces ten kończy wytworzenie nowej ściany komórkowej

cytoszkielet
cytoszkielet

wewnątrzkomórkowy system białkowych struktur zapewniający przestrzenną i dynamiczną organizację cytoplazmy

jąderko
jąderko

struktura występująca w większości jąder komórkowych eukariontów (jąderka brak m.in. w plemnikach i mikronukleusach orzęsków); stanowi produkt aktywności określonych regionów jąderkotwórczych chromosomów; jest zbudowane z białek, RNA i rDNA; główną funkcją jąderka jest synteza i obróbka rRNA, a także formowanie podjednostek rybosomów

jądro komórkowe
jądro komórkowe

organella zawierająca główny zasób informacji genetycznej (ok. 99%) zakodowanej w DNA, który w połączeniu z białkami tworzy chromatynę

kinetochor
kinetochor

białkowa płytka znajdująca się na chromosomach po obu stronach centromeru, do której podczas podziału jądra komórkowego przyczepiają się włókienka (mikrotubule) wrzeciona kariokinetycznego, łącząc go z biegunem wrzeciona; odgrywa ważną rolę w przemieszczaniu się chromosomów w trakcie metafazy i anafazy

komórka diploidalna
komórka diploidalna

komórka, która zawiera podwójny zestaw (liczbę) chromosomów (2n)

komórka haploidalna
komórka haploidalna

komórka, która zawiera pojedynczy zestaw (liczbę) chromosomów (1n)

komórka somatyczna
komórka somatyczna

jedna z komórek ciała uczestniczących w niepłciowych procesach życiowych organizmu, w tym także w rozmnażaniu bezpłciowym

mikrotubule kinetochorowe
mikrotubule kinetochorowe

mikrotubule przyłączające się do chromosomów

mikrotubule niekinetochorowe
mikrotubule niekinetochorowe

mikrotubule wrzeciona podziałowego, które tworzą antyrównoległe wiązki w rejonie centralnym, łącząc ze sobą bieguny wrzeciona

mitoza
mitoza

(gr. mítos – nić) proces podziału jądra komórkowego, w wyniku którego z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne o identycznym materiale genetycznym względem siebie i względem komórki macierzystej

wrzeciono podziałowe
wrzeciono podziałowe

wrzeciono kariokinetyczne; struktura plazmatyczna powstająca podczas podziału komórki, zbudowana z mikrotubul, układająca się w dwubiegunowe wrzeciono, umożliwiająca precyzyjny podział materiału genetycznego pomiędzy komórki potomne

Wprowadzenie
Animacja