Každá bunka začína svoj život, keď sa oddelí od materskej bunky, a končí svoju existenciu, vďaka čomu sa môžu objaviť jej dcérske bunky. Príroda poskytuje viac ako jeden spôsob, ako rozdeliť ich jadro v závislosti od ich štruktúry.
Metódy bunkového delenia
Jadrové delenie závisí od typu bunky:
- Binárne štiepenie (nachádza sa v prokaryotoch).
- Amitóza (priame delenie).
- Mitóza (nájdená v eukaryotoch).
- Meióza (určená na delenie zárodočných buniek).
Typy jadrového delenia sú dané prírodou a zodpovedajú štruktúre bunky a funkcii, ktorú vykonáva v makroorganizme alebo sama o sebe.
Binárne štiepenie
Tento typ je najbežnejší v prokaryotických bunkách. Spočíva v zdvojení kruhovej molekuly DNA. Binárne štiepenie jadra sa tak nazýva, pretože z materskej bunky sa objavia dve dcérske bunky rovnakej veľkosti.
Po príprave genetického materiálu (molekuly DNA alebo RNA) vhodným spôsobom, to znamená zdvojením, sa začína od bunkovej stenyvzniká priečna priehradka, ktorá sa postupne zužuje a rozdeľuje cytoplazmu bunky na dve približne rovnaké časti.
Druhý proces štiepenia sa nazýva pučenie alebo nerovnomerné binárne štiepenie. V tomto prípade sa na mieste bunkovej steny objaví výčnelok, ktorý postupne rastie. Keď sa veľkosť "obličky" a materskej bunky zhodujú, oddelia sa. A časť bunkovej steny sa znova syntetizuje.
Amitóza
Toto jadrové delenie je podobné tomu, ktoré je opísané vyššie, s tým rozdielom, že nedochádza k duplikácii genetického materiálu. Túto metódu prvýkrát opísal biológ Remak. Tento jav sa vyskytuje v patologicky zmenených bunkách (degenerácia nádoru) a je tiež fyziologickou normou pre pečeňové tkanivo, chrupavku a rohovku.
Proces delenia jadra sa nazýva amitóza, pretože bunka si zachováva svoje funkcie a nestráca ich, ako pri mitóze. To vysvetľuje patologické vlastnosti vlastné bunkám s týmto spôsobom delenia. Navyše, priame delenie jadra prebieha bez štiepneho vretienka, takže chromatín v dcérskych bunkách je rozmiestnený nerovnomerne. Následne takéto bunky nemôžu využívať mitotický cyklus. Niekedy amitóza vedie k vytvoreniu viacjadrových buniek.
Mitóza
Toto je nepriame jadrové štiepenie. Najčastejšie sa vyskytuje v eukaryotických bunkách. Hlavným rozdielom medzi týmto procesom je, že dcérske bunky a materská bunka obsahujú rovnaký počet chromozómov. Týmv tele sa udržiava potrebný počet buniek a sú možné aj procesy regenerácie a rastu. Flemming bol prvý, kto opísal mitózu v živočíšnej bunke.
Proces jadrového delenia sa v tomto prípade delí na interfázu a priamo mitózu. Interfáza je pokojový stav bunky medzi deleniami. Dá sa rozdeliť do niekoľkých fáz:
1. Predsyntetické obdobie - bunka rastie, hromadia sa v nej bielkoviny a sacharidy, aktívne sa syntetizuje ATP (adenozíntrifosfát).
2. Syntetické obdobie – genetický materiál sa zdvojnásobil.
3. Postsyntetické obdobie - bunkové prvky sa zdvojnásobia, objavia sa proteíny, ktoré tvoria deliace vreteno.
Fázy mitózy
Rozdelenie jadra eukaryotickej bunky je proces, ktorý si vyžaduje vytvorenie ďalšej organely – centrozómu. Nachádza sa vedľa jadra a jeho hlavnou funkciou je tvorba novej organely - deliaceho vretienka. Táto štruktúra pomáha rovnomerne distribuovať chromozómy medzi dcérskymi bunkami.
Existujú štyri fázy mitózy:
1. Profáza: Chromatín v jadre kondenzuje do chromatíd, ktoré sa zhromažďujú v blízkosti centroméry a vytvárajú chromozómy v pároch. Jadierka sa rozpadajú a centrioly sa presúvajú k pólom bunky. Vznikne štiepne vreteno.
2. Metafáza: Chromozómy sa zoradia v línii cez stred bunky a tvoria dosku metafázy.
3. Anafáza: Chromatidy sa pohybujú zo stredu bunky k pólom a potom sa centroméra rozdelí na dve časti. Takétopohyb je možný vďaka deliacemu vretienku, ktorého vlákna sa sťahujú a naťahujú chromozómy v rôznych smeroch.
4. Telofáza: Vytvárajú sa dcérske jadrá. Chromatidy sa opäť menia na chromatín, tvorí sa jadro a v ňom jadierka. Všetko končí rozdelením cytoplazmy a vytvorením bunkovej steny.
Endomitóza
Nárast genetického materiálu, ktorý nezahŕňa jadrové delenie, sa nazýva endomitóza. Nachádza sa v rastlinných a živočíšnych bunkách. V tomto prípade nedochádza k deštrukcii cytoplazmy a obalu jadra, ale chromatín sa mení na chromozómy a potom opäť despiralizuje.
Tento proces produkuje polyploidné jadrá so zvýšeným obsahom DNA. Podobné sa vyskytuje v bunkách červenej kostnej drene tvoriacich kolónie. Okrem toho existujú prípady, keď molekuly DNA zdvojnásobia svoju veľkosť, pričom počet chromozómov zostáva rovnaký. Nazývajú sa polytén a možno ich nájsť v bunkách hmyzu.
Význam mitózy
Mitotické jadrové delenie je spôsob, ako udržať konštantnú sadu chromozómov. Dcérske bunky majú rovnaký súbor génov ako matka a všetky vlastnosti, ktoré sú jej vlastné. Mitóza je potrebná pre:
- rast a vývoj mnohobunkového organizmu (z fúzie zárodočných buniek);
- presun buniek zo spodných vrstiev do horných, ako aj výmena krviniek (erytrocyty, leukocyty, krvné doštičky);
- obnova poškodených tkanív (u niektorých zvierat je schopnosť regenerácie jenevyhnutná podmienka prežitia, ako sú hviezdice alebo jašterice);
- nepohlavné rozmnožovanie rastlín a niektorých živočíchov (bezstavovcov).
Meióza
Mechanizmus jadrového delenia zárodočných buniek je trochu odlišný od somatického. Výsledkom sú bunky, ktoré majú o polovicu menej genetickej informácie ako ich predchodcovia. Je to nevyhnutné na udržanie konštantného počtu chromozómov v každej bunke tela.
Meióza prebieha v dvoch fázach:
- štádium redukcie;
- rovnicová fáza.
Správny priebeh tohto procesu je možný len v bunkách s rovnomerným súborom chromozómov (diploidný, tetraploidný, hexaproidný atď.). Samozrejme, zostáva možné podstúpiť meiózu v bunkách s nepárnym súborom chromozómov, ale potomstvo nemusí byť životaschopné.
Práve tento mechanizmus zabezpečuje sterilitu v medzidruhových manželstvách. Keďže pohlavné bunky obsahujú rôzne sady chromozómov, je pre nich ťažké spojiť sa a produkovať životaschopné alebo plodné potomstvo.
Prvá divízia meiózy
Názov fáz opakuje tie v mitóze: profáza, metafáza, anafáza, telofáza. Existuje však niekoľko významných rozdielov.
1. Profáza: dvojitá sada chromozómov vykonáva sériu transformácií, ktoré prechádzajú piatimi štádiami (leptotén, zygotén, pachytén, diplotén, diakinéza). To všetko sa deje vďaka konjugácii a kríženiu.
Konjugácia je spojenie homológnych chromozómov. Medzi nimi sa tvorí leptoténtenké vlákna, potom v zygoténe sú chromozómy spojené do párov a výsledkom sú štruktúry štyroch chromatidov.
Crossingover je proces krížovej výmeny sekcií chromatidov medzi sesterskými alebo homológnymi chromozómami. K tomu dochádza v štádiu pachyténu. Vznikajú kríženia (chiazmata) chromozómov. Takýchto výmen môže mať človek tridsaťpäť až šesťdesiatšesť. Výsledkom tohto procesu je genetická heterogenita výsledného materiálu, prípadne variabilita zárodočných buniek.
Keď príde diploténové štádium, komplexy štyroch chromatíd sa rozpadajú a sesterské chromozómy sa navzájom odpudzujú. Diakinéza dokončuje prechod z profázy do metafázy.
2. Metafáza: Chromozómy sa zoradia blízko bunkového rovníka.
3. Anafáza: Chromozómy, ktoré sa stále skladajú z dvoch chromatidov, sa pohybujú od seba smerom k pólom bunky.
4. Telofáza: Vreteno sa rozpadne, výsledkom čoho sú dve haploidné bunky s dvojnásobným množstvom DNA.
Druhá divízia meiózy
Tento proces sa tiež nazýva „mitóza meiózy“. V momente medzi dvoma fázami nedochádza k duplikácii DNA a bunka vstupuje do druhej profázy s rovnakou sadou chromozómov, ktoré jej zostali po telofáze 1.
1. Profáza: chromozómy kondenzujú, bunkové centrum sa oddeľuje (jeho zvyšky sa rozchádzajú smerom k pólom bunky), jadrový obal je zničený a vzniká deliace vretienko umiestnené kolmo na vretienko z prvého delenia
2. Metafáza: chromozómy sa nachádzajú na rovníku, tvoria sametafázová platňa.
3. Anafáza: Chromozómy sa delia na chromatidy, ktoré sa od seba vzďaľujú.
4. Telofáza: v dcérskych bunkách vzniká jadro, chromatidy sa despiralizujú na chromatín.
Na konci druhej fázy máme z jednej rodičovskej bunky štyri dcérske bunky s polovičnou sadou chromozómov. Ak meióza nastáva v spojení s gametogenézou (teda tvorbou zárodočných buniek), potom je delenie prudké, nerovnomerné a vzniká jedna bunka s haploidnou sadou chromozómov a tromi redukčnými telieskami, ktoré nenesú potrebnú genetickú informáciu. Sú potrebné na to, aby sa vo vajíčku a spermiách zachovala len polovica genetického materiálu rodičovskej bunky. Okrem toho táto forma jadrového delenia zabezpečuje vznik nových kombinácií génov, ako aj dedičnosť čistých alel.
U prvokov existuje variant meiózy, keď v prvej fáze nastáva len jedno delenie a v druhej dochádza k prekríženiu. Vedci naznačujú, že táto forma je evolučným predchodcom normálnej meiózy v mnohobunkových organizmoch. Môžu existovať aj iné spôsoby jadrového štiepenia, o ktorých vedci zatiaľ nevedia.
