Podział komórki

Podział komórki
Bardzo istotną właściwością żywej komórki jest jej zdolność dzielenia się, w konsekwencji
czego powstają komórki potomne, zupełnie podobne do komórki macierzystej, tylko początkowo od
niej mniejsze. Za przekazywanie cech komórkom potomnym odpowiedzialne jest jądro. Dlatego
podział jego musi odbywać się w taki sposób, aby jądra komórek potomnych miały dokładnie taką samą
zawartość, jak jądro komórki macierzystej.
Na podział komórki składają się dwa procesy: podział jądra, czyli kariokineza, i podział
cytoplazmy, czyli cytokineza. Istnieją dwa typy podziału jądra: mitoza i mejoza.
Mitoza. Podział komórki rozpoczyna się podziałem jądra, który poprzedzony zostaje intensywną
syntezą kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA). Dopiero po podwojeniu ilości DNA możliwe jest
rozpoczęcie podziału.
Chromatyna zawarta w jądrze zaczyna wówczas zmieniać swoją postać, przyjmując stopniowo formę
coraz silniej skręcających się i grubiejących nici aż do wytworzenia specyficznych struktur, zwanych
chromosomami; liczba chromosomów jest stała u osobników danego gatunku, lecz różna dla różnych
gatunków. Okres formowania się chromosomów nosi nazwę profazy. Przy końcu tej fazy zanika
błona jądrowa, a także jąderko. Ponadto tworzy się układ charakterystycznych włókienek zbudowanych
z mikrotubul skupiających się na biegunach. Jest to wrzeciono kariokinetyczne. W następnej
fazie podziału - metafazie - chromosomy układają się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona
kariokinetycznego. Każdy z nich jest już wtedy maksymalnie zgrubiały i podzielony podłużnie na
dwie identyczne części noszące nazwę chromatyd. Podział chromosomów na chromatydy odbywa
się pod koniec metafazy. W kolejnej fazie podziału, zwanej anafazą, włókienka wrzeciona
kariokinetycznego skracają się i odciągają przyczepione do nich połówki chromosomów
(chromatydy) do przeciwległych biegunów komórki. Między wędrującymi ku biegunom
chromatydarni powstaje nowa włóknista struktura, zbudowana również z mikrotubul,
wrzeciono cytokinetyczne, które odgrywa istotną rolę w podziale cytoplazmy. Następna faza to
telofaza. Połówki chromosomów (chromatydy), nazywane wówczas chromosomami
potomnymi, osiągają już bieguny i tu zachodzi proces tworzenia się nowych jąder. Powstaje
błona jądrowa i jąderka, a chromosomy rozkręcające się w coraz cieńsze nici budują
siateczkę o takiej strukturze, jaką miało jądro przed podziałem. Cechą charakterystyczną
opisanego podziału jądra - mitozy - jest więc to, że liczba chromosomów w każdym nowo
powstałym jądrze jest identyczna jak w jądrze przed podziałem.
Ostateczny podział cytoplazmy następuje po powstaniu jąder potomnych. W dzielących
się komórkach zwierzęcych w czasie telofazy, w płaszczyźnie równikowej komórki, powstaje
bruzda, która stopniowo pogłębia się i dzieli cytoplazmę na dwie części. W komórkach
roślinnych natomiast w obrębie wrzeciona cytokinetycznego, w płaszczyźnie równikowej
komórki, następuje odkładanie substancji pektynowej oraz mikrofibrylli celulozowych, które
budują nową ścianę dzielącą komórkę na dwie komórki potomne.
Mejoza. Podczas tworzenia się komórek rozrodczych (gamet u zwierząt lub zarodników u
roślin) zachodzi podział jądra, zwany mejozą, prowadzący do zmniejszenia liczby chromosomów o
połowę. Podczas mejozy zachodzą dwa sprzężone ze sobą podziały. Pierwszy rozpoczyna się, tak jak w
mitozie, wyróżnicowaniem się chromosomów. Proces wyróżnicowania się chromosomów w profazie
mejozy przebiega jednak inaczej niż w mitozie. Podczas gdy w mitozie formujące się z
chromatyny chromosomy stosunkowo wcześnie dzielą się wzdłuż na połówki, czyli chromatydy,
to w mejozie wyróżnicowujące się chromosomy są cienkie i przez długi czas nie podzielone.
Podobne do siebie chromosomy, zwane chromosomami homologicznymi, zbliżają się ku
sobie i układają parami, a następnie splatają się. Te pary chromosomów homologicznych noszą
nazwę biwalentów. W dalszym etapie chromosomy grubieją i dopiero wówczas każdy dzieli
się na dwie chromatydy, w konsekwencji czego każdy biwalent składa się z czterech
chromatyd. Z kolei następuje rozplatanie się biwalentów, któremu towarzyszyć może pękanie
chromatyd i wymiana ich odcinków w obrębie chromosomów homologicznych. Podczas metafazy
chromosomy układają się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona kariokinetycznego, przy czym
chromosomy homologiczne leżą naprzeciw siebie. Ponieważ jednak zostały uprzednio
rozplecione, nie tworzą już biwalentów. W czasie anafazy do biegunów rozchodzą się nie połówki
chromosomów (chromatydy), lecz całe (podwójne) chromosomy, odciągane, podobnie jak w mitozie,
przez włókna wrzeciona kariokinetycznego. W związku z tym w nowo tworzących się jądrach (w
telofazie) znajduje się liczba chromosomów o połowę mniejsza niż w jądrze przed podziałem.
Dwa nowo powstałe jądra o zredukowanej liczbie chromosomów szybko zaczynają się dzielić na
nowo. Chromosomy tych jąder, podzielone już na chromatydy, grubieją i teraz, jak w typowej
metafazie, układni się obok siebie w równikowej płaszczyźnie wrzeciona. Wędrówkę ku biegunom,
podobnie jak w mitozie, odbywają więc połówki chromosomów (chromatydy) i przechodzą znane już
przemiany, w wyniku których formują się dwa jądra potomne. Tak więc w konsekwencji dwóch
podziałów składających się na mejozę powstają cztery jądra o liczbie chromosomów
zredukowanej do połowy.
Fakt ten ma ogromne znaczenie dla organizmów rozmnażających się płciowo. Dwie
płciowe komórki rozrodcze (gamety), łącząc i wnoszą do powstałej w ten sposób nowej
komórki, zwanej zygotą jądra zawierające po jednym komplecie chromosomów. Jądro zygoty ma
więc teraz podwójną liczbę chromosomów charakterystyczną dla osobników danego gatunku.
Mówimy, że jądro zygoty jest diploidalne (ma podwójną liczbę chromosomów, 2n), zaś jądra gamet
są haploidalne (mają pojedynczą liczbę chromosomów, 1n). Mejoza, dzięki redukcji liczby
chromosomów o połowę, zapobiega więc ciągłemu zwiększaniu tej liczby w dalszych pokoleniach
rozmnażających się płciowo gdyż komórki rozrodcze wnoszą do zygoty zawsze po połowie
liczby chromosomów (czyli 1n), dając w sumie diploidalną ich liczbę - 2n.
Rys. Przebieg mitozy; A, B – profaza, C – metafaza, D, E – anafaza, F, G – telofaza, H – dwie komórki potomne
Rys. Schemat przebiegu mejozy