Dělení buňky
Buněčný cyklus
Vážení návštěvníci. Od konce srpna 2011 jsou tyto stránky přesunuty na novou adresu - http://www.genetika-biologie.cz/. Veškeré texty a materiály naleznete nyní na nové doméně. Tyto stránky - genetika.wz.cz - zůstanou nadále funkční, ale nebudou již dále rozšiřovány, opravovány a doplňovány; veškeré novinky a úpravy budou již jen na nových stránkách Genetika - Biologie. Doufám, že se Vám budou líbit ;-)
Buněčný cyklus je cyklus, kterým prochází buňka mezi svými děleními. Doba trvání cyklu se nazývá generační doba. Buněčný cyklus se skládá z několika fází přípravných (souborně nazývaných jako interfáze - tj. období mezi dvěma následnými mitózami) a vlastního buněčného dělení. Časy zde uvedené jsou pouze orientační a liší se druh od druhu a i buňku od buňky (tyto odpovídají dělící se lidské buňce).
Regulaci buněčného cyklu má na starosti velké množství látek enzymové i neenzymové povahy (Cykliny a CDK proteinkinázy). Obecně existují faktory, které dělení buňky urychlují, a faktory, které naopak dělení buňky zpomalují, či zcela zastavují. Ve složitém mnohobuněčném organismu (jakým je například člověk) je přísná regulace buněčného dělení zcela nezbytná, neboť jen tak lze dosáhnout harmonické funkčnosti organismu, kde se dělí pouze ty buňky, u kterých je to momentálně potřeba. Nekontrolované buněčné dělení nacházíme u různých nádorových onemocnění. Naopak i omezení schopnosti dělení může mít závažné následky (vzpomeňme například na sníženou produkci krevních elementů u pacientů po cytostatické léčbě).
G0 fáze - fáze, kdy se buňka již dále nedělí, zastavení buněčného cyklu. Setkáváme se u diferencovaných buněk. Její nástup je ovlivněn kontrolním uzlem, umístěným na počátku G1 fáze. Pokud se již buňka nemá dále dělit, vstoupí do G0 (nula) fáze, místo do G1 fáze. Plně diferencované buňky (např. neurony) se dále již nedělí. Naopak některé jiné buňky (např. jaterní buňky - hepatocyty) jsou schopny v případě potřeby přejít z G0 fáze do G1 fáze a začít se opět dělit.
G1 fáze - Nazývána též postmitotická. Období růstu buňky, přípravná fáze na další dělení. Dochází zde ke kontrole a opravám DNA, před její budoucí replikací v následující fázi. Trvá asi 10 - 12 hodin.
S fáze - DNA se replikuje na dvojnásobné množství. Každý chromosom je od této doby zdvojený, tvořený párem sesterských chromatid. Trvá asi 6 - 8 hodin.
G2 fáze - Zdvojování organel, tvorba struktur potřebných pro dělení buňky. Trvá asi 2 - 4 hodiny.
M fáze - Skládá se z jaderného dělení (mitózy) a vlastní cytokineze - viz níže. Trvá asi 1 - 2hodiny.
Dělení buňky
Dělení buňky se skládá ze 2 fází. Karyokineze (jaderné dělení) a cytokineze (dělení celé buňky).
Mitóza
Mitóza je nejčastější typ jaderného dělení (karyokineze). Má 4 fáze:
1) Profáze Rozpuštění jaderné membrány a jadérek, vznikají 2 centrioly -> vzniká dělící vřeténko (mikrofilamenta, mikrotubuly), z chromatinu a jadérek vznikají pentlicovité chromosomy. (Touto dobou je již dávno po S fázi a veškerý genetický materiál je tudíž znásobený. Chromosomy jsou zdvojené, jsou ale stále spojeny v centroméře, než budou v anafázi roztrženy).
2) Metafáze Chromosomy se seřazují do rovníkové (ekvatoriální) roviny. Dělící vřeténko se navazuje na centromery chromosomů. Chromosomy zůstávají spojeny jen v centromerách.
3) Anafáze Roztržení chromosomů v centromerách zkracováním mikrotubulů dělícího vřeténka. Chromosomy putují k pólům buňky.
4) Telofáze Zánik dělícího vřeténka, despiralizace chromozómů, vzniká jaderná membrána a jadérka, počátek cytokineze.
Je třeba si uvědomit, že může dojít k chybnému rozestupu chromosomů (nondisjunkci). Pokud se tak stane, potom vznikající buněčné linie budou nést určité chromosomové aberace (nebo buňky zahynou, pokud je vzniklá kombinace pro buňku letální).
Následuje samotná cytokineze. Při cytokynezi vzniká přepážka mezi dceřinnými buňkami trojím způsobem:
a) Pučením typické pro některé prvoky, kvasinky. Na mateřské buňce se vytvoří pupen (nestejné množství cytoplazmy), který se oddělí a teprve později doroste.
b) Rýhováním živočišné buňky. Dostředivé dělení. Buňka se jakoby "zaškrtí" od krajů do středu.
c) Přehrádečným dělením rostlinné buňky. Přehrádka mezi buňkami vzniká od středu ke kraji. Odstředivé dělení.
Diferenciace buněk
U vícebuněčných organismů dochází k procesu diferenciace (viz G0 fáze výše), díky němuž se buňky svou stavbou přizpůsobují roli, kterou mají v organismu vykonávat. Všechny buňky organismu jsou sice vybaveny stejnou genovou výbavou, ale v konkrétní buňce dochází k realizaci pouze části genetické informace (např. působením hormonů, různých růstových faktorů apod.; které geny nakonec budou v buňce přepisovány záleží na přítomnosti specifických transkripčních faktorů). V průběhu vývoje organismu je takováto diferenciace nesmírně důležitá, neboť jen plně vyvinuté tkáně mohou plnit svoují fyziologickou úlohu na 100%.
Nepotřebné, staré nebo poškozené buňky potom hynou nekrózou nebo apoptózou.
Meióza
Meiotické neboli redukční dělení dává za vznik haploidních buněk (pohlavní buňky). Jejím cílem je tedy zajistit, aby buňka získala pouze polovinu genetického materiálu. Má 2 fáze, a to 1. a 2. meiotické dělení.
1. Meiotické dělení Homologní chromosomy tvoří v ekvatoriální rovině tzv. tetrády. Může mezi nimi dojít k rekombinaci genetického materiálu (crossing-over - výměna genů mezi homologickými, avšak nesesterskými chromatidami). Chromosomy nejsou roztrhávány, k pólům buňky putují celé sady. Na každém pólu tak zůstane vlastně 2krát jedna polovina gen. kódu.
Profázi I ještě můžeme dělit na následující fáze:
Leptoten - vláknité chromosomy se začínají kondenzovat
Zygoten - párování homologních chromosomů, vznik bivalentů
Pachyten - pokračuje kondenzace, čtveřice chromatid jsou dobře patrné jako tzv. tetrády, dochází ke crossing-overu
Diploten - tetrády se rozestupují, místa překřížení chromati (po crossing-overu) lze pozorovat jako tzv. chiasmata
Diakineze - chiasmata zanikají (terminalizace chiasmat), rozpadá se jaderný obal, profáze končí
2. Meiotické dělení Navazuje na první meiotické dělení. Mezi nimi již NEDOCHÁZÍ k další replikaci DNA. Probíhá téměř stejně jako normální mitóza. Výsledkem jsou tedy 4 dceřinné buňky, každá s jednou polovinou genetické výbavy.
Stejně jako u mitózy i v průběhu meiózy může dojít k chybnému rozestupu chromosomů. Situace je o to vážnější, že pohlavní buňka se špatnou chromosomální výbavou dává za vznik zygotě, ze které vzniká celý plod, jehož každá buňka ponese příslušnou chromosomální aberaci (nebo jeho vývoj bude předčasně ukončen).
Externí odkazy a obrázky
- Buněčný cyklus - schéma (obrázek, anglicky)
- Mitóza - schéma (obrázek, anglicky)
- Mitóza a meióza - zjednodušeně (obrázek, anglicky)
- Mitóza a meióza - podrobně (obrázek, anglicky)
Obrázky buněčného dělení jakož i jiné obrázky najdete volně k použití pro vzdělávací účely na http://www1.geneticsolutions.com/PageReq?id=3844:1873.