Mitozė — ląstelių dalijimasis: apibrėžimas, etapai ir reikšmė
Mitozė: aiškus ląstelių dalijimosi vadovas — apibrėžimas, etapai (profazė, metafazė, anafazė, telofazė) ir reikšmė žmogaus organizmo augimui bei regeneracijai.
Mitozė yra ląstelių dalijimosi ciklo dalis. Ląstelės chromosomos nukopijuojamos, kad susidarytų du identiški chromosomų rinkiniai, o ląstelės branduolys pasidalija į du identiškus branduolius.
Prieš mitozę ląstelė sukuria identišką savo genetinės informacijos rinkinį - tai vadinama replikacija. Genetinė informacija yra chromosomų DNR. Mitozės pradžioje chromosomos suvyniojamos ir tampa matomos šviesiniu mikroskopu. Dabar chromosomos yra dvi chromatidės, sujungtos ties centromera. Kadangi abi chromatidės yra identiškos viena kitai, jos vadinamos seserinėmis chromatidėmis.
Mitozė vyksta visų tipų besidalijančiose žmogaus kūno ląstelėse, išskyrus spermą ir kiaušialąstes. Spermatozoidai ir kiaušialąstės yra lytinės ląstelės. Lytinės ląstelės susidaro kitokiu dalijimosi būdu, vadinamu mejozė.
Etapai
- Interfazė (paruošiamoji fazė) – nors techniškai nėra mitozės stadija, interfazėje vyksta DNR replikacija ir ląstelė kaupia energiją bei baltymus, reikalingus mitozei. Interfazė susideda iš G1, S (sintetinė fazė) ir G2 etapų.
- Profazė – kondensuojasi chromosomos, tampa trumpesnės ir storesnės; branduolinė membrana pradeda suskaidyti. Centrosomos (centrioliniai kompleksai) ima formuoti mitotinį spindulį.
- Prometafazė – branduolinė membrana išnyksta, mikrotubuliai iš mitotinio spindulio prisijungia prie chromosomų per kinetochorus (specialias baltymų struktūras centromerų srityje).
- Metafazė – chromosomos išsidėsto vadinamajame metafazės plokštumoje (ekvatorinėje linijoje) tarp dviejų centrosomų; tai leidžia užtikrinti, kad kiekvienai dukterinei ląstelei atitektų vienoda chromatidžių porų dalis.
- Anafazė – seserinės chromatidės atskiriamos ir traukiamos į priešingus ląstelės polius; šį judesį lemia trumpėjantys mikrotubuliai ir motoriniai baltymai.
- Telofazė – pradeda atsinaujinti branduolinė membrana aplink kiekvieną chromosomų rinkinį, chromosomos dekondensuojasi, dingsta mitotinis spindulys.
- Citokinezė – ląstelės citoplazma pasidalija, dažniausiai susiformuoja kontrakcinis žiedas iš aktino ir miosino, kuris susiaurina ląstelę ir padalija ją į dvi atskiras dukterines ląsteles.
Mitotinė aparatura ir svarbūs komponentai
Mitozės metu pagrindinę struktūrinę bei mechaninę funkciją atlieka mitotinis spindulys, sudarytas iš mikrotubulų. Centrosomos (centriolės) padeda organizuoti spindulį, o kinetochorai – jungiamosios grandys tarp chromosomų ir mikrotubulų. Taip pat svarbūs baltymai yra ciklinai, ciklinų priklausomi kinazės (CDK) ir įvairūs motoriniai baltymai, kurie judina chromatidės.
Reguliacija ir kontroliniai taškai
- Siekiant išvengti genetinių klaidų, mitozė yra griežtai reguliuojama kontrolinių taškų (checkpoint) mechanizmų: G1/S, G2/M ir mitotinis (spindulio) surinkimo taškas.
- Jei DNR pažeidimai ar chromosomų montavimo klaidos aptinkamos, ląstelė gali sustabdyti ciklą, pradėti taisymą arba aktyvuoti programinę ląstelės mirtį (apoptozę).
- Genų reguliavimas (pvz., p53 ir kiti tumoro slopinimo baltymai) yra kritiškai svarbus užkirsti kelią nekontroliuojamam dalijimuisi ir navikų formavimuisi.
Klaidos mitozėje ir pasekmės
Jeigu chromosomų atskyrimas ar kiti mitozės žingsniai vyksta neteisingai, gali susidaryti aneuploidijos (neteisingas chromosomų skaičius dukterinėse ląstelėse), kurios yra susijusios su vėžiu ir kai kuriomis genetinėmis ligomis. Taip pat mitotinės klaidos gali sukelti ląstelių mirtį arba funkcijos sutrikimus audiniuose.
Reikšmė organizme
- Augimo ir vystymosi procesas: mitozė leidžia kūnui augti didėjant ląstelių skaičiui.
- Audinių atsinaujinimas: pavyzdžiui, odos epitelis, žarnyno gleivinė ir kraujodaros ląstelės nuolat atsinaujina per mitozę.
- Žaizdų gijimas ir regeneracija: dalijimasis būtinas naujų ląstelių formavimuisi, kad užpildytų pažeistas vietas.
- Aseksualus dauginimasis: daugelyje vienaląsčių organizmų ir kai kurių daugialąsčių augalų bei gyvūnų mitozė leidžia daugintis be apvaisinimo.
Praktiniai pastebėjimai ir terminai
Biologijoje mitozė dažnai stebima mikroskopu laboratorinėse kultūrose arba audinių mėginiuose; stadijų atpažinimui naudojami dažnai chromosomų spalvinimo metodai. Mitotinis indeksas (dalies ląstelių, esančių mitozėje, procentas) naudojamas kaip rodiklis audinio proliferacijos aktyvumui įvertinti, pavyzdžiui, onkologijoje.
Apibendrinant, mitozė yra esminis ląstelių dalijimosi mechanizmas, užtikrinantis genetinį stabilumą dukterinėse ląstelėse ir palaikantis organizmo augimą, atsinaujinimą bei regeneraciją. Jos tiksli eiga ir griežtas reguliavimas yra būtini norint išvengti genetinių sutrikimų ir ligų.
Mitozės fazės
Yra penkios mitozės fazės. Kiekviena fazė apibūdina, kokius pokyčius ląstelė išgyvena. Šios fazės yra profazė, prometafazė, metafazė, anafazė ir telofazė.
Profazė
Profazės metu chromosomos branduolyje kondensuojasi. Centriolių poros persikelia į priešingas branduolio puses. Verpstės skaidulos pradeda formuoti tiltą tarp ląstelės galų.
Prometafazė
Prometafazės metu chromosomas gaubiantis branduolio apvalkalas suyra. Dabar nėra branduolio ir seserinės chromatidės yra laisvos. Kiekvienoje centromeroje susiformuoja baltymas, vadinamas kinetochoru. Ilgi ploni baltymai pasiekia priešingus ląstelės polius ir prisitvirtina prie kiekvieno kinetochoro.
Metafazė
Metafazės metu chromatidžių poros išlyginamos stumdant ir traukiant pritvirtintas kinetochorines mikrotubules, panašiai kaip "vilkimo rungtyje". Abi seserinės chromatidės lieka pritvirtintos viena prie kitos ties centromera. Chromosomos išsidėsto ties ląstelės ekvatoriumi, arba centrine linija, ir yra paruoštos dalijimuisi. Tai ilgiausia mitozės fazė.
Anafazė
Anafazės metu seserinės chromatidės atsiskiria ir juda nuo ląstelės ekvatoriaus (metafazės plokštelės) link ląstelės polių. Kinetochoras yra pritvirtintas prie centromeros. Mikrotubulės laikosi ant kinetochoro ir trumpėja. Kita mikrotubulių grupė, ne kinetochoro mikrotubulės, elgiasi priešingai. Jos ilgėja. Ląstelė pradeda išsitempti, nes priešingi galai stumiami vienas nuo kito.
Telofazė
Telofazė yra paskutinis mitozės etapas: ląstelė yra pasirengusi dalytis. Dabar kiekviename ląstelės poliuje yra po vieną chromosomų rinkinį. Kiekvienas rinkinys yra identiškas. Verpstės skaidulos pradeda nykti, o aplink kiekvieną chromosomų rinkinį susiformuoja branduolio membrana. Taip pat kiekviename naujame branduolyje atsiranda branduolėlis, o viengubos chromosomos susivynioja į nematomas chromatino gijas.
Trumpa mitozės schema
Ankstyvoji prometafazė: Mikrotubuliai sąveikauja su chromosomų kinetochorais.
Metafazė: Centrosomos persikėlė į ląstelės polius ir suformavo mitozinę verpstę. Chromosomos išsidėsčiusios metafazės plokštelėje.
Anafazė: Ilgėjančios nekinetochorinės mikrotubulės dar labiau atitolina abi chromosomų grupes.
Telofazė: Profazės ir prometafazės įvykių pasikeitimas
Mitozės fazės
Yra penkios mitozės fazės. Kiekviena fazė apibūdina, kokius pokyčius ląstelė išgyvena. Šios fazės yra profazė, prometafazė, metafazė, anafazė ir telofazė.
Profazė
Profazės metu chromatinas (susipynęs DNR) branduolyje kondensuojasi į chromosomas (surištas DNR). Centriolių poros persikelia į priešingas branduolio puses. Verpstės skaidulos pradeda formuoti tiltą tarp ląstelės galų.
Prometafazė
Prometafazės metu chromosomas gaubiantis branduolio apvalkalas suyra. Dabar nėra branduolio ir seserinės chromatidės yra laisvos. Kiekvienoje centromeroje susiformuoja baltymas, vadinamas kinetochoru. Ilgi ploni baltymai pasiekia priešingus ląstelės polius ir prisitvirtina prie kiekvieno kinetochoro.
Metafazė
Metafazės metu chromatidžių poros išlyginamos stumdant ir traukiant pritvirtintas kinetochorines mikrotubules, panašiai kaip "vilkimo rungtyje". Abi seserinės chromatidės lieka pritvirtintos viena prie kitos ties centromera. Chromosomos išsidėsto ties ląstelės ekvatoriumi, arba centrine linija, ir yra paruoštos dalijimuisi. Tai ilgiausia mitozės fazė.
Anafazė
Anafazės metu seserinės chromatidės atsiskiria ir juda nuo ląstelės ekvatoriaus (metafazės plokštelės) link ląstelės polių. Kinetochoras yra pritvirtintas prie centromeros. Mikrotubulės laikosi ant kinetochoro ir trumpėja. Kita mikrotubulių grupė, ne kinetochoro mikrotubulės, elgiasi priešingai. Jos ilgėja. Ląstelė pradeda išsitempti, nes priešingi galai stumiami vienas nuo kito.
Telofazė
Telofazė yra paskutinis mitozės etapas: ląstelė yra pasirengusi dalytis. Dabar kiekviename ląstelės poliuje yra po vieną chromosomų rinkinį. Kiekvienas rinkinys yra identiškas. Verpstės skaidulos pradeda nykti, o aplink kiekvieną chromosomų rinkinį susiformuoja branduolio membrana. Taip pat kiekviename naujame branduolyje atsiranda branduolėlis, o viengubos chromosomos susivynioja į nematomas chromatino gijas.
Trumpa mitozės schema
Ankstyvoji prometafazė: Mikrotubuliai sąveikauja su chromosomų kinetochorais.
Metafazė: Centrosomos persikėlė į ląstelės polius ir suformavo mitozinę verpstę. Chromosomos išsidėsčiusios metafazės plokštelėje.
Anafazė: Ilgėjančios nekinetochorinės mikrotubulės dar labiau atitolina abi chromosomų grupes.
Telofazė: Profazės ir prometafazės įvykių pasikeitimas
Citokinezė
Citokinezė, nors ir labai svarbi ląstelės dalijimuisi, nelaikoma mitozės stadija. Citokinezės metu ląstelė fiziškai skyla. Tai įvyksta iškart po anafazės ir telofazės metu. Skilimo griovelis, t. y. baltymų žiedo sukeltas suspaudimas, visiškai suspaudžiamas ir ląstelė užsidaro.
Dabar ląstelė sėkmingai dauginasi. Po citokinezės ląstelė grįžta į interfazę, kur ciklas kartojasi. Jei citokinezė įvyktų ląstelėje, kuri nepraėjo mitozės, dukterinės ląstelės būtų kitokios arba tinkamai nefunkcionuotų. Viena iš jų vis dar turėtų branduolį, o kita jo neturėtų. Tiek gyvūnų, tiek augalų ląstelėse citokinezė skiriasi. Augalinėse ląstelėse, užuot skylant į dvi dalis, susidaro ląstelės plokštelė. Tai ląstelės sienelė, kuri susidaro tarp dviejų branduolių jiems atsiskyrus. Taip turi atsitikti, nes ląstelės yra standžios formos ir, kad galėtų funkcionuoti, turi būti visiškai padengtos ląstelės sienele.
Citokinezė
Citokinezė, nors ir labai svarbi ląstelės dalijimuisi, nelaikoma mitozės stadija. Citokinezės metu ląstelė fiziškai skyla. Tai įvyksta iškart po anafazės ir telofazės metu. Skilimo griovelis, t. y. baltymų žiedo sukeltas suspaudimas, visiškai suspaudžiamas ir ląstelė užsidaro.
Dabar ląstelė sėkmingai dauginasi. Po citokinezės ląstelė grįžta į interfazę, kur ciklas kartojasi. Jei citokinezė įvyktų ląstelėje, kuri nepraėjo mitozės, dukterinės ląstelės būtų kitokios arba tinkamai nefunkcionuotų. Viena iš jų vis dar turėtų branduolį, o kita jo neturėtų. Tiek gyvūnų, tiek augalų ląstelėse citokinezė skiriasi. Augalinėse ląstelėse, užuot skylant į dvi dalis, susidaro ląstelės plokštelė. Tai ląstelės sienelė, kuri susidaro tarp dviejų branduolių jiems atsiskyrus. Taip turi atsitikti, nes ląstelės yra standžios formos ir, kad galėtų funkcionuoti, turi būti visiškai padengtos ląstelės sienele.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra mitozė?
Atsakymas: Mitozė yra ląstelių dalijimosi ciklo dalis, kai chromosomos kopijuojamos, kad susidarytų du identiški chromosomų rinkiniai, o ląstelės branduolys dalijasi į du identiškus branduolius.
K: Kas vyksta prieš mitozę?
A: Prieš mitozę ląstelė sukuria identišką savo genetinės informacijos rinkinį - tai vadinama replikacija. Genetinė informacija yra chromosomų DNR.
K: Kaip galime stebėti mitozę?
A.: Mitozės pradžioje chromosomos susisuka ir tampa matomos šviesiniu mikroskopu. Dabar chromosomos yra dvi chromatidės, sujungtos ties centromera. Kadangi abi chromatidės yra identiškos viena kitai, jos vadinamos seserinėmis chromatidėmis.
Klausimas: Kokio tipo ląstelėse vyksta mitozė?
A: Mitozė vyksta visų tipų besidalijančiose žmogaus kūno ląstelėse, išskyrus spermą ir kiaušialąstes (gametas arba lytines ląsteles).
K: Koks procesas vyksta vietoj to gametose?
A: Lytinėse ląstelėse (spermatozoiduose ir kiaušialąstėse) vietoj to vyksta kitoks dalijimosi būdas, vadinamas mejoze.
K: Kaip vadiname identišką rinkinį, kurį ląstelė sukuria prieš mitozę?
A: Ląstelės prieš mitozę sukurtas identiškas rinkinys vadinamas replikacija.
K: Kaip vadiname dvi chromatides, kurios mitozės metu yra identiškos viena kitai?
A: Dvi chromatidės, kurios mitozės metu yra identiškos viena kitai, vadinamos seserinėmis chromatidėmis.
Ieškoti