Biologia Komórki/Podział komórki Cykl komórkowy

CYKL KOMÓRKOWY

Etapy cyklu komórkowego. Diagram nie odzwierciedla stosunków czasu trwania poszczególnych faz.

Jest to cykl życiowy komórki, konkretna sekwencja etapów, przez które przechodzi komórka od chwili powstania do zakończenia podziału. Na cykl komórkowy składają się: faza M — podział komórki (kariokineza i cytokineza) oraz okres między podziałowy — interfaza (faza G1, S i G2; w trakcie której komórka wzrasta, gromadząc składniki odżywcze niezbędne do mitozy i podziału swojego materiału genetycznego). Komórka może też czasowo i w sposób odwracalny zatrzymać swoje podziały (faza spoczynkowa G0).

Faza M

Następuje tu podział komórki. M może oznaczać: mitozę lub mejozę. Obejmuje:

• Kariokinezę — podział jądra komórkowego, z wyróżnicowaniem się chromosomów; rozróżnia się dwa rodzaje: kariokineza somatyczna (mitoza) oraz kariokineza redukcyjna (mejoza).
• Cytokinezę — podział cytoplazmy w procesie podziału komórki.

Po fazie M każda z komórek potomnych zaczyna interfazę nowego cyklu komórkowego — najdłuższą fazę życia komórki.

Faza G1 (część interfazy)

• Od końca fazy M poprzedniego cyklu do początku syntezy DNA.
• Faza odbudowy komórki po podziale.
• Procesy biosyntezy w komórce, które uległy znacznemu zwolnieniu w fazie M, zostają podjęte na nowo i w większym stopniu; intensywna synteza białek, pomnożenie fosfolipidów błonowych.
• Dochodzi tu do syntezy różnych enzymów (potrzebnych głównie do replikacji DNA w fazie S).
• Komórka odzyskuje masę i objętość po podziale, osiągając stadium komórki macierzystej.
• Podjęcie dalszej decyzji o:
  • podziale (faza S) lub
  • specjalizacji (faza G0).
• Czas trwania — znacznie zróżnicowany; od kilku do kilkunastu godzin.

Faza S (część interfazy)

• Rozpoczyna się wraz z rozpoczęciem syntezy DNA, natomiast gdy się kończy, wszystkie chromosomy są zreplikowane.
• Ilość DNA w komórce zostaje podwojona (podwojona zostaje ilości kwasu deoksyrybonukleinowego tj. podwójna spirala ulega rozdzieleniu a na każdej z jej obu nici syntetyzowana jest nowa), mimo że ploidalność komórki pozostaje ta sama.
• Tempo syntezy RNA i białek w tej fazie jest niskie.
• Zachodzi synteza histonów.
• U ssaków trwa 7 godzin.

Faza G2 (część interfazy)

• Trwa, dopóki komórka nie rozpocznie mitozy.
• Zachodzi synteza białek wrzeciona podziałowego (głównie tubuliny) oraz składników potrzebnych do odtwarzania błon otoczki jądrowej i plazmalemmy w telofazie i cytokinezie.
• Zahamowanie syntezy białka w trakcie tej fazy uniemożliwia komórce odbycie mitozy.
• Zachodzi tu wyznaczenie płaszczyzny podziału (pierścień preprofazowy).
• Kontrola prawidłowości zreplikowanego DNA (białko p53 i p21).
• Trwa kilka godzin.

Faza G0

• Komórki w fazie spoczynku lub komórki starzejące się; starzenie się komórki jest stanem, który występuje w odpowiedzi na uszkodzenie lub zniszczenie DNA, które mogłoby uczynić potomstwo komórki niezdolnym do życia (jest to często biochemiczna alternatywa dla samozniszczenia tak uszkodzonej komórki przez apoptozę).
• Komórki funkcjonują lecz tracą zdolność odtwarzania materiału genetycznego i dzielenia się.
• Pod wpływem różnych bodźców komórki z fazy G0 mogą wchodzić w cykl komórkowy (do fazy w której nastąpiło jego przerwanie).
• Czas trwania od kilku dni do miesięcy i dłużej.

MITOZA (podział pośredni)

Schemat mitozy z wyszczególnieniem faz podziału.

To proces charakterystyczny dla komórek somatycznych (komórek budujących ciało danego organizmu); to podział pośredni jądra komórkowego, któremu towarzyszy rozdzielenie chromosomów do dwóch komórek potomnych. Powstają komórki, które dysponują materiałem genetycznie identycznym (pod względem jakości i ilości) z komórką macierzystą.

Profaza

• Następuje kondensacja chromatyny (rozpoczyna się pod wpływem fosforylacji histonu H1).
• Chromosomy, które powstały z silnie skręconej chromatyny zaczynają być widoczne.
• Chromosomy profazowe są dłuższe niż metafazowe.
• Ujawnia się struktura chromosomu.
• Chromatydy ulegają pogrubieniu, widać miejsce ich złączenia (centromer).
• Na terenie cytoplazmy organizuje się wrzeciono podziałowe (struktura dwubiegunowa zbudowana z mikrotubuli i białek towarzyszących).
• Zanika jąderko.
• Następuje rozpad błony jądrowej.

Metafaza

• Uwolnione z jądra komórkowego chromosomy przemieszczają się w rejon równika wrzeciona podziałowego.
• Następuje przyczepienie wrzeciona podziałowego do centromerów.
• Chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej komórki, tworząc płytkę metafazową.
• Składniki cytoplazmy (m.in. mitochondria, lizosomy) są przemieszczane ku biegunom komórki, aby przeszły do komórek potomnych w możliwie równych ilościach.

Anafaza

• Następuje rozdzielenie chromatyd siostrzanych, powstają chromosomy potomne; odbywa się to na skutek rozkładu białka — kohezyny.
• Chromosomy potomne (chromatydy) wędrują do przeciwległych biegunów komórki (średnio z prędkościa 2,5 mikrometrów na minutę).
• Włókna wrzeciona kurczą się.
• Podział organelli na równe zespoły.

Telofaza

• Wokół skupisk chromosomów powstaje błona jądrowa.
• Wyodrębniają się jądra potomne identyczne z jądrem rodzicielskim.
• Chromosomy potomne rozkręcają się tworząc znów chromatynę.
• Dochodzi do cytokinezy.
• Odtwarzają się jąderka.
• Wokół każdego ze skupień chromatyny odtwarza się błona jądrowa.
• Powstają dwie diploidalne komórki potomne.

<videoflash>m73i1Zk8EA0&feature=related</videoflash> <videoflash>DD3IQknCEdc&NR=1</videoflash> <videoflash>NVfqzSKa_Bg&feature=related</videoflash> <videoflash>0oJZDKdperU&feature=related</videoflash>

MEJOZA (podział bezpośredni)

Schemat mejozy

• Podziałowi temu ulegają komórki generatywne zwierząt oraz niektóre komórki somatyczne roślin (komórki macierzyste zarodników).
• Jest to podział, który prowadzi do redukcji materiału genetycznego w jądrach komórkowych czterech komórek potomnych — powstają 4 jądra o połowie chromosomów (po jednym z każdej pary) komórki macierzystej.
• Zapewnia stałą liczbę chromosomów w kolejnych pokoleniach organizmów, które rozmnażają się płciowo; zapobiega podwajaniu informacji genetycznej w czasie łączenia komórek biorących udział w procesie płciowym.
• Prowadzi do przemieszania informacji genetycznej dzięki procesowi crossing — over i losowemu rozejściu się chromosomów w czasie podziału.
• Podczas mejozy zachodzą dwa sprzężone ze sobą podziały: mejoza I i II.

Mejoza I

Profaza I

Kondensacja chromatyny do chromosomów składa się z kilku stadiów:

• Chromosomy spiralizują z chromatyny, wyodrębniają się jako pojedyncze cienkie nici.
• Chromosomy homologiczne (zawierające informację na ten sam temat, ale niekoniecznie tę samą) układają się w pary (koniugują ze sobą), tworząc biwalenty.
• Chromosomy skręcają się i grubieją; wyraźnie widać w każdym z nich chromatydy.
• Chromosomy dalej spiralizują, są teraz grube i wyraźnie widać w każdym z nich chromatydy; tworzy się tetrada, czyli zespół czterech chromatyd (dwa podwojone chromosomy).
• Zmienione chromosomy rozsuwają się; następuje to w wyniku rozpuszczenia kompleksu synaptonemalnego; zachodzi synteza RNA i dekondensacja chromosomów; crossing—over, czyli wymiana odcinków chromatyd chromosomów homologicznych.
• Zanika otoczka jądrowa i jąderka.

Metafaza I

• Pary chromosomów homologicznych układają się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona podziałowego.
• Mikrotubule wrzeciona kariokinetycznego połączone są z nimi poprzez kinetochory.
• Ze względu na to, że włókna wrzeciona podziałowego przyczepione są tylko do jednej z chromatyd w każdym chromosomie — centromery nie pękną podczas kurczenia się włókien wrzeciona.

Anafaza I

• Włókna wrzeciona skracają się.
• Ku biegunom wrzeciona wędrują całe chromosomy — po jednym z pary homologicznej.

Telofaza I

• Odtwarzają się dwa jądra potomne: powstają jąderka i błona jądrowa.
• Chromosomy częściowo ulegają despiralizacji.
• Następuje cytokineza.
• Powstają dwie komórki potomne (które mają o połowę mniej chromosomów niż komórka macierzysta; składają się z dwóch chromatyd każdy).

Mejoza II

Profaza II

• Grubieją chromosomy.
• Zanika błona jądrowa i jąderko.
• Na terenie cytoplazmy formuje się nowe wrzeciono podziałowe.

Metafaza II

• Na równiku wrzeciona układają się chromosomy.
• Nici białkowe wrzeciona łączą się z centromerami.
• Centromery pękają na skutek kurczenia się włókien wrzeciona.

Anafaza II

• Wrzeciono podziałowe kurczy się.
• Centromery pękają, czego skutkiem jest oddzielenie się chromatyd.
• Chromatydy (czyli chromosomy potomne) wędrują ku biegunom wrzeciona.

Telofaza II

• Otoczka jądrowa wokoło skupisk chromosomów potomnych jest odtwarzana.
• Wyodrębnienie się jąder potomnych.
• Despiralizacja chromosomów do chromatyny.
• Nowe jądra komórkowe zawierają teraz połowę pojedynczych chromosomów.

Cytokineza

• Podział cytoplazmy:
  • w komórkach zwierzęcych — w płaszczyźnie równikowej dzielącej się komórki tworzy się tzw. pierścień kurczliwy, który zaciskając się tworzy bruzdę podziałową; pod bruzdą podziałową zlokalizowane są pęcherzyki siateczki wewnątrzplazmatycznej, które łączą się i pomagają rozdzielić cytoplazmę oraz odtworzyć błonę komórkową; cytoplazma rozdzielana jest pomiędzy dwie komórki potomne,
  • w komórkach roślinnych — w płaszczyźnie równikowej, pomiędzy grupami rozdzielonych chromosomów, tworzy się fragmoplast kierujący transportem pęcherzyków; pęcherzyki te układają się w płaszczyźnie równikowej, łączą się ze sobą i powoli budują ścianę komórkową która rozdziela cytoplazmę na dwie części.