Fiecare celulă își începe viața atunci când se separă de celula mamă și își termină existența, permițând să apară celulele sale fiice. Natura oferă mai multe modalități de a-și împărți nucleul, în funcție de structura lor.
Metode de diviziune celulară
Diviziunea nucleară depinde de tipul de celulă:
- Fisiune binară (găsită la procariote).
- Amitoză (diviziune directă).
- Mitoză (găsită la eucariote).
- Meioza (conceput pentru diviziunea celulelor germinale).
Tipurile de diviziune nucleară sunt determinate de natură și corespund structurii celulei și funcției pe care aceasta o îndeplinește în macroorganism sau de la sine.
Fisiune binară
Acest tip este cel mai frecvent în celulele procariote. Constă în dublarea moleculei circulare de ADN. Fisiunea binară a nucleului se numește astfel deoarece din celula mamă apar două celule fiice de dimensiuni identice.
După ce materialul genetic (molecula de ADN sau ARN) este preparat într-un mod adecvat, adică dublat, de la peretele celular începese formează un sept transversal, care se îngustează treptat și împarte citoplasma celulei în două părți aproximativ identice.
Al doilea proces de fisiune se numește înmugurire sau fisiune binară neuniformă. În acest caz, pe locul peretelui celular apare o proeminență, care crește treptat. După ce dimensiunea „rinichiului” și a celulei mamă sunt egale, se vor separa. Și o secțiune a peretelui celular este sintetizată din nou.
Amitoză
Această diviziune nucleară este similară cu cea descrisă mai sus, cu diferența că nu există o duplicare a materialului genetic. Această metodă a fost descrisă pentru prima dată de biologul Remak. Acest fenomen are loc în celulele alterate patologic (degenerare tumorală) și este, de asemenea, o normă fiziologică pentru țesutul hepatic, cartilaj și cornee.
Procesul de diviziune nucleară se numește amitoză, deoarece celula își păstrează funcțiile, și nu le pierde, ca în timpul mitozei. Aceasta explică proprietățile patologice inerente celulelor cu această metodă de divizare. În plus, diviziunea nucleară directă are loc fără un fus de fisiune, astfel încât cromatina din celulele fiice este distribuită neuniform. Ulterior, astfel de celule nu pot folosi ciclul mitotic. Uneori, amitoza are ca rezultat formarea de celule multinucleate.
Mitoză
Aceasta este o fisiune nucleară indirectă. Se găsește cel mai frecvent în celulele eucariote. Principala diferență dintre acest proces este că celulele fiice și celula mamă conțin același număr de cromozomi. Astfelnumărul necesar de celule este menținut în organism și sunt posibile și procesele de regenerare și creștere. Flemming a fost primul care a descris mitoza într-o celulă animală.
Procesul de diviziune nucleară în acest caz este împărțit în interfază și direct mitoză. Interfaza este starea de repaus a celulei între diviziuni. Poate fi împărțit în mai multe faze:
1. Perioada presintetică - celula crește, proteinele și carbohidrații se acumulează în ea, ATP (adenozin trifosfat) este sintetizat activ.
2. Perioada sintetică - Materialul genetic este dublat.
3. Perioada postsintetică - elementele celulare se dublează, apar proteinele care alcătuiesc fusul de diviziune.
Faze de mitoză
Diviziunea nucleului unei celule eucariote este un proces care necesită formarea unui organel suplimentar - centrozomul. Este situat lângă nucleu, iar funcția sa principală este formarea unui nou organel - fusul de diviziune. Această structură ajută la distribuirea uniformă a cromozomilor între celulele fiice.
Există patru faze de mitoză:
1. Profaza: Cromatina din nucleu se condensează în cromatide, care se adună lângă centromer pentru a forma cromozomi în perechi. Nucleolii se dezintegrează și centriolii se deplasează la polii celulei. Se formează un fus de fisiune.
2. Metafază: cromozomii se aliniază într-o linie prin centrul celulei, formând placa de metafază.
3. Anafaza: Cromatidele se deplasează din centrul celulei către poli, apoi centromerul se împarte în două. Astfel demișcarea este posibilă datorită axului de diviziune, ale cărui fire contractează și întind cromozomii în direcții diferite.
4. Telofază: se formează nuclei fiice. Cromatidele se transformă din nou în cromatină, se formează nucleul și în el - nucleolii. Totul se termină cu divizarea citoplasmei și formarea unui perete celular.
endomitoză
Creșterea materialului genetic care nu implică diviziunea nucleară se numește endomitoză. Se găsește în celulele vegetale și animale. În acest caz, nu există nicio distrugere a citoplasmei și a învelișului nucleului, dar cromatina se transformă în cromozomi și apoi despiralizează din nou.
Acest proces produce nuclei poliploizi cu conținut crescut de ADN. Similar se întâmplă și în celulele care formează colonii ale măduvei osoase roșii. În plus, există cazuri când moleculele de ADN se dublează în dimensiune, în timp ce numărul de cromozomi rămâne același. Ele se numesc politen și pot fi găsite în celulele insectelor.
Semnificația mitozei
Diviziunea nucleară mitotică este o modalitate de a menține un set constant de cromozomi. Celulele fiice au același set de gene ca și mama și toate caracteristicile inerente acestuia. Mitoza este necesară pentru:
- creșterea și dezvoltarea unui organism multicelular (din fuziunea celulelor germinale);
- mutarea celulelor din straturile inferioare în cele superioare, precum și înlocuirea celulelor sanguine (eritrocite, leucocite, trombocite);
- restaurarea țesuturilor deteriorate (la unele animale, capacitatea de regenerare esteo condiție necesară pentru supraviețuire, cum ar fi stelele de mare sau șopârlele);
- reproducerea asexuată a plantelor și a unor animale (nevertebrate).
Meioza
Mecanismul diviziunii nucleare a celulelor germinale este oarecum diferit de cel somatic. Ca rezultat, se obțin celule care au jumătate din mai multă informație genetică decât predecesorii lor. Acest lucru este necesar pentru a menține un număr constant de cromozomi în fiecare celulă a corpului.
Meioza are loc în două etape:
- stadiu de reducere;
- stadiu ecuațional.
Derularea corectă a acestui proces este posibilă numai în celulele cu un set uniform de cromozomi (diploid, tetraploid, hexaproid etc.). Desigur, rămâne posibil să suferiți meioză în celulele cu un set ciudat de cromozomi, dar apoi descendenții ar putea să nu fie viabili.
Acest mecanism este cel care asigură sterilitatea în căsătoriile interspecii. Deoarece celulele sexuale conțin seturi diferite de cromozomi, acest lucru le face dificil să fuzioneze și să producă descendenți viabili sau fertili.
Prima diviziune a meiozei
Numele fazelor le repeta pe cele din mitoza: profaza, metafaza, anafaza, telofaza. Dar există o serie de diferențe semnificative.
1. Profaza: un set dublu de cromozomi realizează o serie de transformări, trecând prin cinci etape (leptoten, zigoten, pachiten, diploten, diakineză). Toate acestea se întâmplă datorită conjugării și încrucișării.
Conjugarea este reunirea cromozomilor omologi. In leptoten intre ele se formeazafire subțiri, apoi în zigoten, cromozomii sunt legați în perechi și ca urmare se obțin structuri de patru cromatide.
Crossingover-ul este procesul de schimb încrucișat de secțiuni de cromatide între cromozomi surori sau omologi. Acest lucru se întâmplă în stadiul de pachiten. Se formează încrucișări (chiasma) de cromozomi. O persoană poate avea de la treizeci și cinci la șaizeci și șase de astfel de schimburi. Rezultatul acestui proces este eterogenitatea genetică a materialului rezultat sau variabilitatea celulelor germinale.
Când vine stadiul de diploten, complexele a patru cromatide se descompun, iar cromozomii surori se resping reciproc. Diakineza completează tranziția de la profază la metafază.
2. Metafază: cromozomii se aliniază lângă ecuatorul celulei.
3. Anafaza: cromozomii, încă formați din două cromatide, se depărtează spre polii celulei.
4. Telofază: fusul se descompune, rezultând două celule haploide cu o cantitate de două ori mai mare de ADN.
A doua diviziune a meiozei
Acest proces este numit și „mitoza meiozei”. În momentul între două faze, duplicarea ADN-ului nu are loc, iar celula intră în a doua profază cu același set de cromozomi pe care i-a lăsat după telofaza 1.
1. Profaza: cromozomii se condenseaza, centrul celular se separa (restele acestuia diverg catre polii celulei), invelisul nuclear este distrus si se formeaza un fus de diviziune, situat perpendicular pe fusul din prima diviziune..
2. Metafaza: cromozomii sunt situati la ecuator, formatiplacă metafază.
3. Anafaza: cromozomii se împart în cromatide, care se depărtează.
4. Telofază: se formează un nucleu în celulele fiice, cromatidele se transformă în cromatină.
La sfârșitul celei de-a doua faze, dintr-o celulă părinte, avem patru celule fiice cu o jumătate de set de cromozomi. Dacă meioza are loc împreună cu gametogeneza (adică formarea celulelor germinale), atunci diviziunea este bruscă, neuniformă și se formează o celulă cu un set haploid de cromozomi și trei corpuri reducătoare care nu poartă informația genetică necesară. Ele sunt necesare pentru ca doar jumătate din materialul genetic al celulei părinte să fie păstrat în ovul și spermatozoizi. În plus, această formă de diviziune nucleară asigură apariția de noi combinații de gene, precum și moștenirea alelelor pure.
La protozoare, există o variantă de meioză, când în prima fază are loc o singură diviziune, iar în a doua are loc un crossing over. Oamenii de știință sugerează că această formă este un precursor evolutiv al meiozei normale în organismele multicelulare. Pot exista și alte moduri de fisiune nucleară despre care oamenii de știință încă nu le cunosc.
