Varje cell börjar sitt liv när den separeras från modercellen och avslutar sin existens, vilket låter dess dotterceller dyka upp. Naturen ger mer än ett sätt att dela upp sin kärna, beroende på deras struktur.
Metoder för celldelning
Nukleär division beror på celltyp:
- Binär fission (finns i prokaryoter).
- Amitos (direkt division).
- Mitos (finns i eukaryoter).
- Meiosis (designad för delning av könsceller).
Typer av kärndelning bestäms av naturen och motsvarar cellens struktur och den funktion den utför i makroorganismen eller av sig själv.
Binär fission
Denna typ är vanligast i prokaryota celler. Den består i att fördubbla den cirkulära DNA-molekylen. Binär klyvning av kärnan kallas så eftersom två identiska stora dotterceller kommer från modercellen.
Efter att det genetiska materialet (DNA eller RNA-molekylen) preparerats på ett lämpligt sätt, det vill säga fördubblas, börjar cellväggenen tvärgående skiljevägg bildas, som gradvis smalnar av och delar cellens cytoplasma i två ungefär likadana delar.
Den andra fissionsprocessen kallas spirande, eller ojämn binär fission. I det här fallet uppträder ett utsprång på platsen för cellväggen, som gradvis växer. Efter att storleken på "njuren" och modercellen är lika, kommer de att separeras. Och en del av cellväggen syntetiseras igen.
Amitosis
Denna kärnuppdelning liknar den som beskrivs ovan, med skillnaden att det inte finns någon duplicering av genetiskt material. Denna metod beskrevs först av biologen Remak. Detta fenomen förekommer i patologiskt förändrade celler (tumördegeneration), och är också en fysiologisk norm för levervävnad, brosk och hornhinna.
Kärndelningsprocessen kallas amitos, eftersom cellen behåller sina funktioner och inte förlorar dem, som under mitos. Detta förklarar de patologiska egenskaperna som är inneboende i celler med denna delningsmetod. Dessutom sker direkt kärndelning utan fissionsspindel, så kromatinet i dottercellerna är ojämnt fördelat. Därefter kan sådana celler inte använda den mitotiska cykeln. Ibland resulterar amitos i bildandet av flerkärniga celler.
Mitosis
Detta är en indirekt kärnklyvning. Det finns oftast i eukaryota celler. Den största skillnaden mellan denna process är att dottercellerna och modercellen innehåller samma antal kromosomer. Varidet erforderliga antalet celler bibehålls i kroppen, och processerna för regenerering och tillväxt är också möjliga. Flemming var den första som beskrev mitos i en djurcell.
Processen för nukleär division i detta fall är uppdelad i interfas och direkt mitos. Interfas är vilotillståndet för cellen mellan delningar. Det kan delas in i flera faser:
1. Presyntetisk period - cellen växer, proteiner och kolhydrater ackumuleras i den, ATP (adenosintrifosfat) syntetiseras aktivt.
2. Syntetisk period – genetiskt material fördubblas.
3. Postsyntetisk period - cellulära element fördubblas, proteiner dyker upp som utgör delningsspindeln
Mitosfaser
Delingen av kärnan i en eukaryot cell är en process som kräver bildandet av ytterligare en organell - centrosomen. Den ligger bredvid kärnan, och dess huvudsakliga funktion är bildandet av en ny organell - divisionsspindeln. Denna struktur hjälper till att fördela kromosomerna jämnt mellan dottercellerna.
Det finns fyra faser av mitos:
1. Profas: Kromatin i kärnan kondenseras till kromatider, som samlas nära centromeren för att bilda kromosomer i par. Nukleolerna sönderfaller och centriolerna flyttar till cellens poler. En klyvningsspindel bildas.
2. Metafas: Kromosomerna radas upp i en linje genom cellens mitt och bildar metafasplattan.
3. Anafas: Kromatider rör sig från mitten av cellen till polerna, och sedan delas centromeren i två delar. Sådanrörelse är möjlig på grund av delningsspindeln, vars trådar drar ihop sig och sträcker kromosomerna i olika riktningar.
4. Telofas: Dotterkärnor bildas. Kromatider förvandlas till kromatin igen, kärnan bildas, och i den - nukleolerna. Det hela slutar med delning av cytoplasman och bildandet av en cellvägg.
Endomitosis
Ökningen av genetiskt material som inte involverar kärndelning kallas endomitos. Det finns i växt- och djurceller. I det här fallet sker ingen förstörelse av cytoplasman och kärnans skal, utan kromatinet förvandlas till kromosomer och despiraliseras sedan igen.
Denna process producerar polyploida kärnor med ökat DNA-innehåll. Liknande förekommer i kolonibildande celler i den röda benmärgen. Dessutom finns det fall då DNA-molekyler fördubblas i storlek, medan antalet kromosomer förblir detsamma. De kallas polyten och kan hittas i insektsceller.
Betydelsen av mitos
Mitotisk nukleär division är ett sätt att upprätthålla en konstant uppsättning kromosomer. Dotterceller har samma uppsättning gener som modern, och alla egenskaper som är inneboende i den. Mitos krävs för:
- tillväxt och utveckling av en flercellig organism (från sammansmältning av könsceller);
- flyttar celler från de nedre skikten till de övre, samt ersätter blodkroppar (erytrocyter, leukocyter, blodplättar);
- återställande av skadade vävnader (hos vissa djur är förmågan att regenereraett nödvändigt villkor för överlevnad, såsom sjöstjärnor eller ödlor);
- asexuell reproduktion av växter och vissa djur (ryggradslösa djur).
Meiosis
Mekanismen för kärndelning av könsceller skiljer sig något från somatisk. Som ett resultat erhålls celler som har hälften så mycket genetisk information som sina föregångare. Detta är nödvändigt för att upprätthålla ett konstant antal kromosomer i varje cell i kroppen.
Meiosis äger rum i två steg:
- reduktionssteg;
- ekvationssteg.
Det korrekta förloppet av denna process är endast möjligt i celler med en jämn uppsättning kromosomer (diploida, tetraploida, hexaproida, etc.). Naturligtvis är det fortfarande möjligt att genomgå meios i celler med en udda uppsättning kromosomer, men då kanske avkomman inte är livsduglig.
Det är denna mekanism som säkerställer sterilitet i äktenskap mellan arter. Eftersom könscellerna innehåller olika uppsättningar av kromosomer gör detta det svårt för dem att smälta samman och producera livskraftiga eller fertila avkommor.
Första divisionen av meios
Namnet på faserna upprepar de i mitos: profas, metafas, anafas, telofas. Men det finns ett antal betydande skillnader.
1. Profas: en dubbel uppsättning kromosomer utför en serie transformationer, som passerar genom fem stadier (leptoten, zygoten, pachyten, diploten, diakinesis). Allt detta händer tack vare konjugering och överkorsning.
Konjugation är sammanförandet av homologa kromosomer. I leptoten mellan dem bildastunna trådar, sedan i zygoten är kromosomerna kopplade i par och som ett resultat erhålls strukturer av fyra kromatider.
Crossing-over är processen för korsutbyte av sektioner av kromatider mellan syster- eller homologa kromosomer. Detta inträffar i stadiet av pachyten. Korsningar (chiasmata) av kromosomer bildas. En person kan ha från trettiofem till sextiosex sådana utbyten. Resultatet av denna process är den genetiska heterogeniteten hos det resulterande materialet, eller variationen hos könsceller.
När diplotenstadiet kommer bryts komplexen av fyra kromatider ner och systerkromosomerna stöter bort varandra. Diakinesis fullbordar övergången från profas till metafas.
2. Metafas: Kromosomerna är i linje nära cellens ekvator.
3. Anafas: Kromosomerna, som fortfarande består av två kromatider, rör sig isär mot cellens poler.
4. Telofas: Spindeln bryts ner, vilket resulterar i två haploida celler med dubbelt så mycket DNA.
Andra divisionen av meios
Denna process kallas också "meiosens mitos". I ögonblicket mellan två faser sker ingen DNA-duplicering, och cellen går in i den andra profasen med samma uppsättning kromosomer som den hade lämnat efter telofas 1.
1. Profas: kromosomerna kondenserar, cellcentrum separeras (dess rester divergerar mot cellens poler), kärnhöljet förstörs och en delningsspindel bildas, placerad vinkelrätt mot spindeln från första delningen
2. Metafas: kromosomer är belägna vid ekvatorn, bildasmetafasplatta.
3. Anafas: Kromosomerna delar sig i kromatider som rör sig isär.
4. Telofas: en kärna bildas i dotterceller, kromatider despiraliseras till kromatin.
I slutet av den andra fasen, från en föräldercell, har vi fyra dotterceller med en halv uppsättning kromosomer. Om meios inträffar i samband med gametogenes (det vill säga bildandet av könsceller), så är delningen abrupt, ojämn, och en cell bildas med en haploid uppsättning kromosomer och tre reduktionskroppar som inte bär den nödvändiga genetiska informationen. De är nödvändiga så att bara hälften av föräldercellens genetiska material bevaras i ägget och spermierna. Dessutom säkerställer denna form av nukleär division uppkomsten av nya kombinationer av gener, såväl som nedärvning av rena alleler.
I protozoer finns det en variant av meios, när endast en delning sker i den första fasen, och i den andra sker en överkorsning. Forskare föreslår att denna form är en evolutionär föregångare till normal meios i flercelliga organismer. Det kan finnas andra sätt för kärnklyvning som forskarna ännu inte känner till.
