DELENIE BUNIEK: TYPY, PROCESY A VÝZNAM - BIOLÓGIE - 2025

Bunkové delenie je proces, ktorý umožňuje všetky živé organizmy rast a množiť sa. V prokaryotoch a eukaryotoch je výsledkom delenia buniek dcérske bunky, ktoré majú rovnakú genetickú informáciu ako pôvodná bunka. Deje sa tak preto, lebo pred rozdelením sú informácie obsiahnuté v DNA duplikované.

V prokaryotoch dochádza k deleniu binárnym štiepením. Genomom väčšiny prokaryotov je molekula cirkulárnej DNA. Hoci tieto organizmy neobsahujú jadro, DNA je v kompaktnej forme nazývanej nukleoid, ktorá sa líši od cytoplazmy, ktorá ju obklopuje.

Zdroj: Retama

V eukaryotoch dochádza k deleniu mitózou a meiózou. Eukaryotický genóm pozostáva z veľkého množstva DNA organizovanej v jadre. Táto organizácia je založená na balení DNA proteínmi, ktoré tvoria chromozómy, ktoré obsahujú stovky alebo tisíce génov.

Veľmi rozmanité eukaryoty, jednobunkové aj metazoanové, majú životné cykly, ktoré sa striedajú medzi mitózou a meiózou. Ide o cykly s: a) gametickou meiózou (zvieratá, niektoré huby a riasy), b) zygotickou meiózou (niektoré huby a protozoá); a c) striedanie medzi gametickou a zygotickou meiózou (rastliny).

druhy

Bunkové delenie môže byť binárne štiepenie, mitóza alebo meióza. Každý z procesov zapojených do týchto typov bunkového delenia je opísaný nižšie.

Binárne delenie

Prokaryotické štiepenie, binárne štiepenie, je formou asexuálnej reprodukcie.

Binárne štiepenie spočíva v rozdelení bunky, ktorá vedie k vzniku dvoch dcérskych buniek, z ktorých každá má identickú kópiu DNA pôvodnej bunky.

Pred rozdelením prokaryotických buniek dôjde k replikácii DNA, ktorá začína na špecifickom mieste dvojvláknovej DNA, ktorá sa nazýva začiatok replikácie. Replikačné enzýmy sa pohybujú v oboch smeroch od pôvodu a vytvárajú jednu kópiu každého z reťazcov dvojreťazcovej DNA.

Po replikácii DNA sa bunka predlžuje a DNA sa v bunke separuje. Hneď v strede bunky začína rásť nová plazmatická membrána, ktorá vytvára priehradku.

Tento proces je podporovaný proteínom FtsZ, ktorý je evolučne vysoko konzervovaný v prokaryotoch, vrátane Archaea. Nakoniec sa bunka rozdelí.

Bunkový cyklus a mitóza

Fázy, ktoré eukaryotická bunka prechádza z dvoch po sebe nasledujúcich bunkových delení, sa nazývajú bunkový cyklus. Trvanie bunkového cyklu sa pohybuje od niekoľkých minút do mesiacov, v závislosti od typu bunky.

Bunkový cyklus je rozdelený do dvoch stupňov, menovite na fázu M a rozhranie. Vo fáze M sa vyskytujú dva procesy, ktoré sa nazývajú mitóza a cytokinéza. Mitóza pozostáva z jadrového delenia. Rovnaký počet a typy chromozómov prítomných v pôvodnom jadre sa nachádzajú v dcérskych jadrách. Somatické bunky mnohobunkových organizmov sa delia mitózou.

Cytokinéza spočíva v rozdelení cytoplazmy na dcérske bunky.

Rozhranie má tri fázy: 1) G1, bunky rastú a trávia väčšinu času v tejto fáze; 2) S, duplikácia genómu; a 3) G2, okrem iných udalostí, replikácia mitochondrií a iných organel, kondenzácia chromozómov a zostavenie mikrotubulov.

Etapy mitózy

Mitóza začína koncom fázy G2 a je rozdelená do piatich fáz: profáza, prometafáza, metafáza, anafáza a telopáza. Všetci sa stávajú nepretržite.

Profáza

Profáza. Leomonaci98, z Wikimedia Commons

V tejto fáze je montáž mitotického vretena alebo mitotického aparátu hlavnou udalosťou. Profáza začína zhutňovaním chromatínu za vzniku chromozómov.

Každý chromozóm má sesterský chromatidový pár s identickou DNA, ktorý je pevne viazaný v blízkosti svojich centromér. Na tomto zväzku sa zúčastňujú proteínové komplexy nazývané kohezíny.

Každá centroméra je pripojená k kinetochore, čo je komplex proteínov, ktoré sa viažu na mikrotubuly. Tieto mikrotubuly umožňujú prenos každej kópie chromozómov do dcérskych buniek. Mikrotubuly vyžarujú z každého konca bunky a tvoria mitotický aparát.

V živočíšnych bunkách dochádza pred profázou k duplikácii centrosómu, ktorá je hlavným organizačným strediskom pre mikrotubuly a miestom, kde sa stretávajú materské a detské centrálne bunky. Každý centrosóm dosiahne opačný pól bunky a medzi nimi vytvorí mostík mikrotubulov nazývaný mitotický aparát.

V novšie vyvinutých rastlinách neexistujú na rozdiel od živočíšnych buniek centrosómy a pôvod mikrotubulov nie je jasný. Vo fotosyntetických bunkách staršieho evolučného pôvodu, ako sú zelené riasy, existujú centrosómy.

prometafáze

Leomonaci98

Mitóza musí zabezpečiť segregáciu chromozómov a distribúciu jadrového obalu komplexu jadier a jadier. V závislosti od toho, či jadrový obal (EN) zmizne alebo nie, a stupňa zhustenia EN sa mitóza pohybuje od uzavretej po úplne otvorenú.

Napríklad v S. cerevisae je mitóza uzavretá, v A. nidulans je polootvorená a u ľudí je otvorená.

Pri uzatvorenej mitóze sa polárne telieska vretena nachádzajú v jadrovom obale a tvoria nukleačné body jadrových a cytoplazmatických mikrotubúl. Cytoplazmatické mikrotubuly interagujú s bunkovou kôrou a s kinetochormi chromozómov.

Pri polootvorenej mitóze, pretože EN je čiastočne rozobraná, je jadrový priestor napadnutý jadrovými mikrotubulami z centrozómov a cez dva otvory v EN, ktoré vytvárajú zväzky obklopené EN.

Pri otvorenej mitóze dochádza k úplnej demontáži EN, mitotický aparát je dokončený a chromozómy sa začínajú premiestňovať smerom do stredu bunky.

metafáz

Chromozómy zarovnané v rovníkovej platni bunky počas mitotickej metafázy

V metafáze sa chromozómy vyrovnajú pri rovníku bunky. Fiktívna rovina kolmá na os vretena, prechádzajúca vnútorným obvodom bunky, sa nazýva metafázová doska.

V cicavčích bunkách je mitotický aparát usporiadaný do centrálneho mitotického vretena a páru asterov. Mitotické vreteno pozostáva z dvojstranného symetrického zväzku mikrotubulov, ktorý je rozdelený na rovníku bunky a tvorí dve protiľahlé polovice. Astry sú tvorené skupinou mikrotubulov na každom póle vretena.

V mitotickom aparáte sú tri skupiny mikrotubúl: 1) astrálne, ktoré tvoria aster, začínajú od centrosómu a vyžarujú smerom k bunkovej kôre; 2) kinetochore, ktoré sú pripojené k chromozómom prostredníctvom kinetochore; a 3) polárna, ktorá sa prelína s mikrotubulami z opačného pólu.

Vo všetkých vyššie opísaných mikrotubulovách (-) konce smerujú k centrozómu.

Ak v rastlinných bunkách nie je centrosóm, vreteno je podobné ako u živočíšnych buniek. Vreteno sa skladá z dvoch polovíc s opačnou polaritou. Konce (+) sú na rovníkovej platni.

anafáze

Zdroj: Leomonaci98, z Wikimedia Commons

Anafáza je rozdelená na skoré a neskoré. V skorej anafáze dochádza k separácii sesterských chromatidov.

K tejto separácii dochádza preto, že proteíny, ktoré udržiavajú spojenie, sa štiepia a pretože dochádza k skráteniu mikrotubulov kinetochore. Keď sa pár sestier chromatidov oddelí, nazývajú sa chromozómy.

Počas posunu chromozómov pólom sa kinetochore pohybuje pozdĺž mikrotubúl toho istého kinetického kanála, ako sa jeho (+) koniec disociuje. Z tohto dôvodu je pohyb chromozómov počas mitózy pasívnym procesom, ktorý nevyžaduje motorické proteíny.

V neskorej anafáze dochádza k väčšiemu oddeleniu pólov. KRP proteín, pripojený k (+) koncu polárnych mikrotubúl, v oblasti jeho prekrývania, putuje smerom k (+) koncu susednej antiparalelnej polárnej mikrotubuly. KRP tak tlačí susednú polárnu mikrotubulu smerom k (-) koncu.

V rastlinných bunkách zostáva po separácii chromozómov v strede vretena priestor s interdigitovanými alebo superponovanými mikrotubulami. Táto štruktúra umožňuje iniciáciu cytokinetického aparátu nazývaného fragmoplast.

telofázy

Telofázy. Leomonaci98

V telophase sa dejú rôzne udalosti. Chromozómy dosahujú na póly. Kinetochore zmizne. Polárne mikrotubuly sa naďalej predlžujú a pripravujú bunku na cytokinézu. Jadrová obálka je znovu vytvorená z fragmentov materskej obálky. Znova sa objaví jadro. Chromozómy sú dekondenzované.

cytokineze

Cytokinéza je fáza bunkového cyklu, počas ktorej sa bunka delí. V živočíšnych bunkách dochádza k cytosinéze prostredníctvom zúženia pásov aktínových vlákien. Tieto vlákna sa posúvajú okolo seba, priemer popruhu sa zmenšuje a okolo obvodu bunky sa vytvára štiepna drážka.

Ako zúženie pokračuje, sulcus sa prehlbuje a vytvára sa medzibunkový mostík, ktorý obsahuje prostrednú vrstvu. V centrálnej oblasti medzibunkového mostíka sú zväzky mikrotubulov, ktoré sú pokryté elektródovou matricou.

Rozpad medzibunkového mostíka medzi postmitotickými sesterskými bunkami sa vyskytuje v dôsledku úbytku. Existujú tri typy úsečiek: 1) mechanický mechanizmus poruchy; 2) mechanizmus plnenia vnútornými vezikulami; 3) zúženie plazmatickej membrány na štiepenie.

V rastlinných bunkách sa do nich zhromaždia membránové komponenty a vytvorí sa bunková doska. Tento plak rastie, až kým nedosiahne povrch plazmovej membrány, fúzuje s ním a delí bunku na dve časti. Potom sa celulóza nanesie na novú plazmatickú membránu a vytvorí novú bunkovú stenu.

meióza

Meióza je typ bunkového delenia, ktorý znižuje počet chromozómov na polovicu. Diploidná bunka sa teda delí na štyri haploidné dcérske bunky. Meióza sa vyskytuje v zárodočných bunkách a spôsobuje vznik gamét.

Fázy meiózy sa skladajú z dvoch častí jadra a cytoplazmy, menovite meiózy I a meiózy II. Počas meiózy I sa členovia každého páru homológnych chromozómov oddelia. Počas meiózy II sa sesterské chromatidy separujú a produkujú sa štyri haploidné bunky.

Každé štádium mitózy je rozdelené na profázu, prometafázu, metafázu, anafázu a telopázu.

Meióza I

- Prophase I. Chromozómy kondenzujú a vreteno sa začína tvoriť. DNA sa zdvojnásobila. Každý chromozóm je tvorený sesterskými chromatidami pripojenými k centromere. Homológne chromozómy sa počas synapsie párujú, čo umožňuje kríženie, čo je kľúčom k produkcii rôznych gamét.

- Metafáza I. Pár homológnych chromozómov je usporiadaný pozdĺž metafázovej platne. Chiazmus pomáha držať pár pohromade. Mikrotubuly kinetochore na každom póle sa viažu na centroméru homológneho chromozómu.

- Anafáza I. Mikrotubuly kinetochore sú skrátené a homologické páry sú oddelené. Jeden duplikátny homológ ide na jeden pól bunky, zatiaľ čo druhý duplikátny homológ ide na druhú stranu pólu.

- Telopáza I. Oddelené homológy tvoria skupinu na každom póle bunky. Jadrová obálka sa znovu vytvára. Cytokinéza sa stáva. Výsledné bunky majú polovicu počtu chromozómov pôvodnej bunky.

Meióza II

- Prophase II. V každej bunke sa vytvorí nové vreteno a bunková membrána zmizne.

- Metafáza II. Tvorba vretena je dokončená. Chromozómy majú sesterské chromatidy spojené na centromere a sú zarovnané pozdĺž metafázovej platne. Mikrotubuly kinetochore, ktoré začínajú od opačných pólov, sa viažu na centroméry.

- Anafáza II. Mikrotubuly sa skracujú, delia sa centroméry, sestry chromatidov sa separujú a pohybujú sa smerom k opačným pólom.

- Telophase II. Jadrový obal je tvorený okolo štyroch skupín chromozómov: tvoria sa štyri haploidné bunky.

dôležitosť

Niektoré príklady ilustrujú dôležitosť rôznych typov bunkového delenia.

- Mitóza. Bunkový cyklus má ireverzibilné body (replikácia DNA, separácia sesterských chromatidov) a kontrolné body (G1 / S). Proteín p53 je kľúčom ku kontrolnému bodu G1. Tento proteín detekuje poškodenie DNA, zastavuje delenie buniek a stimuluje aktivitu enzýmov, ktoré opravujú poškodenie.

Vo viac ako 50% ľudských rakovín má proteín p53 mutácie, ktoré rušia jeho schopnosť viazať špecifické sekvencie DNA. Mutácie v p53 môžu byť spôsobené karcinogénmi, ako je napríklad benzopyrén v cigaretovom dyme.

- Meióza. Je spojená so sexuálnou reprodukciou. Z evolučného hľadiska sa predpokladá, že sexuálna reprodukcia vznikla ako proces opravy DNA. Preto môže byť poškodenie chromozómu opravené na základe informácií z homológneho chromozómu.

O diploidnom stave sa predpokladá, že bol prechodný v starodávnych organizmoch, ale stal sa relevantnejším s rastúcim genómom. V týchto organizmoch má sexuálna reprodukcia funkciu komplementácie, opravy DNA a genetických variácií.

Referencie

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., a kol. 2007. Molekulárna biológia bunky. Garland Science, New York.
2. Bernstein, H., Byers, GS, Michod, RE 1981. Vývoj sexuálnej reprodukcie: dôležitosť opravy DNA, komplementácie a variácie. American Naturalist, 117, 537-549.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Bunková a molekulárna biológia. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires.
4. Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Singer, SR 2005 Biology. Vysokoškolské vzdelávanie, Boston.
5. Solomon, BM, Berg, LR, Martin, DW 2008. Biológia. Thomson, USA.