Kiekviena ląstelė pradeda savo gyvenimą, kai atsiskiria nuo motininės ląstelės, ir baigia egzistuoti, leisdama atsirasti dukterinėms ląstelėms. Gamta suteikia daugiau nei vieną būdą padalyti jų branduolį, priklausomai nuo jų struktūros.
Ląstelių dalijimosi metodai
Branduolių dalijimasis priklauso nuo ląstelės tipo:
- Dvejetainis dalijimasis (randamas prokariotuose).
- Amitozė (tiesioginis dalijimasis).
- Mitozė (randama eukariotuose).
- Mejozė (skirta lytinėms ląstelėms dalytis).
Branduolinio dalijimosi tipus lemia gamta ir jie atitinka ląstelės sandarą bei funkciją, kurią ji atlieka makroorganizme arba savaime.
Dvejetainis dalijimasis
Šis tipas labiausiai paplitęs prokariotinėse ląstelėse. Jį sudaro apskritos DNR molekulės padvigubinimas. Dvejetainis branduolio dalijimasis taip vadinamas, nes iš motininės ląstelės atsiranda dvi vienodo dydžio dukterinės ląstelės.
Genetinę medžiagą (DNR arba RNR molekulę) paruošus tinkamu būdu, ty padvigubėjus, nuo ląstelės sienelės prasidedasusidaro skersinė pertvara, kuri palaipsniui siaurėja ir padalija ląstelės citoplazmą į dvi maždaug identiškas dalis.
Antrasis dalijimosi procesas vadinamas pumpuravimu arba netolygiu dvejetainiu dalijimusi. Tokiu atveju ląstelės sienelės vietoje atsiranda išsikišimas, kuris palaipsniui auga. Kai „inkstų“ir motininės ląstelės dydis bus lygus, jie išsiskirs. Ir vėl susintetinama ląstelės sienelės dalis.
Amitozė
Šis branduolinis padalinys yra panašus į aprašytąjį aukščiau, tik tuo, kad nėra genetinės medžiagos dubliavimo. Šį metodą pirmą kartą aprašė biologas Remak. Šis reiškinys pasireiškia patologiškai pakitusiose ląstelėse (naviko degeneracija), taip pat yra fiziologinė kepenų audinio, kremzlės ir ragenos norma.
Branduolių dalijimosi procesas vadinamas amitoze, nes ląstelė išlaiko savo funkcijas ir jų nepraranda, kaip ir mitozės metu. Tai paaiškina patologines savybes, būdingas šiam dalijimosi metodui. Be to, tiesioginis branduolių dalijimasis vyksta be dalijimosi verpstės, todėl chromatinas dukterinėse ląstelėse pasiskirsto netolygiai. Vėliau tokios ląstelės negali naudoti mitozinio ciklo. Kartais dėl amitozės susidaro daugiabranduolės ląstelės.
Mitozė
Tai netiesioginis branduolio dalijimasis. Dažniausiai jis randamas eukariotinėse ląstelėse. Pagrindinis skirtumas tarp šio proceso yra tas, kad dukterinėse ląstelėse ir motininėse ląstelėse yra tiek pat chromosomų. Taiporganizme palaikomas reikiamas ląstelių skaičius, galimi ir regeneracijos bei augimo procesai. Flemmingas pirmasis aprašė mitozę gyvūno ląstelėje.
Branduolinio dalijimosi procesas šiuo atveju skirstomas į tarpfazę ir tiesioginę mitozę. Interfazė yra ląstelės ramybės būsena tarp dalijimosi. Jį galima suskirstyti į kelias fazes:
1. Presintetinis laikotarpis – ląstelė auga, joje kaupiasi b altymai ir angliavandeniai, aktyviai sintetinamas ATP (adenozintrifosfatas).
2. Sintetinis laikotarpis – genetinė medžiaga padvigubėja.
3. Posintetinis laikotarpis – ląstelių elementai padvigubėja, atsiranda b altymų, sudarančių dalijimosi veleną.
Mitozės fazės
Eukariotinės ląstelės branduolio dalijimasis yra procesas, kurio metu reikia suformuoti papildomą organelę – centrosomą. Jis yra šalia branduolio, o pagrindinė jo funkcija yra naujos organelės - dalijimosi verpstės - formavimas. Ši struktūra padeda tolygiai paskirstyti chromosomas tarp dukterinių ląstelių.
Yra keturios mitozės fazės:
1. Profazė: Chromatinas branduolyje kondensuojasi į chromatides, kurios susirenka prie centromero ir sudaro poromis chromosomas. Branduoliai suyra, o centrioliai pereina į ląstelės polius. Susidaro dalijimosi velenas.
2. Metafazė: chromosomos išsirikiuoja į liniją per ląstelės centrą ir sudaro metafazės plokštelę.
3. Anafazė: chromatidės juda iš ląstelės centro į polius, o tada centromeras skyla į dvi dalis. Toksjudėjimas įmanomas dėl dalijimosi veleno, kurio sriegiai susitraukia ir ištempia chromosomas įvairiomis kryptimis.
4. Telofazė: susidaro dukteriniai branduoliai. Chromatidės vėl virsta chromatinu, susidaro branduolys, o jame – branduoliai. Viskas baigiasi citoplazmos dalijimusi ir ląstelės sienelės susidarymu.
Endomitozė
Genetinės medžiagos padidėjimas, nesusijęs su branduolio dalijimusi, vadinamas endomitoze. Jis randamas augalų ir gyvūnų ląstelėse. Šiuo atveju citoplazma ir branduolio apvalkalas nesunaikinami, tačiau chromatinas virsta chromosomomis, o tada vėl despiralizuojasi.
Šis procesas sukuria poliploidinius branduolius, kuriuose yra padidėjęs DNR kiekis. Panašiai pasitaiko kolonijas formuojančiose raudonųjų kaulų čiulpų ląstelėse. Be to, pasitaiko atvejų, kai DNR molekulės padvigubėja, o chromosomų skaičius išlieka toks pat. Jie vadinami politenu ir jų galima rasti vabzdžių ląstelėse.
Mitozės reikšmė
Mitozinis branduolių dalijimasis yra būdas išlaikyti pastovų chromosomų rinkinį. Dukterinės ląstelės turi tą patį genų rinkinį kaip ir motina, ir visas jam būdingas savybes. Mitozė reikalinga:
- daugialąsčio organizmo augimas ir vystymasis (susiliejus lytinėms ląstelėms);
- ląstelių perkėlimas iš apatinių sluoksnių į viršutinius, taip pat kraujo ląstelių (eritrocitų, leukocitų, trombocitų) pakeitimas;
- pažeistų audinių atstatymas (kai kuriems gyvūnams gebėjimas atsinaujintibūtina išgyvenimo sąlyga, pvz., jūrų žvaigždė arba driežai);
- nelytinis augalų ir kai kurių gyvūnų (bestuburių) dauginimasis.
Mejozė
Lytinių ląstelių branduolio dalijimosi mechanizmas šiek tiek skiriasi nuo somatinio. Dėl to gaunamos ląstelės, turinčios perpus mažiau genetinės informacijos nei jų pirmtakai. Tai būtina norint išlaikyti pastovų chromosomų skaičių kiekvienoje kūno ląstelėje.
Mejozė vyksta dviem etapais:
- mažinimo etapas;
- lygties etapas.
Tinkama šio proceso eiga įmanoma tik ląstelėse, turinčiose tolygų chromosomų rinkinį (diploidinę, tetraploidinę, heksaproidinę ir kt.). Žinoma, ląstelėse, turinčiose nelyginį chromosomų rinkinį, mejozė išlieka, bet tada palikuonys gali būti negyvybingi.
Būtent šis mechanizmas užtikrina sterilumą tarprūšinėse santuokose. Kadangi lytinėse ląstelėse yra skirtingų chromosomų rinkinių, joms sunku susijungti ir pagimdyti gyvybingus arba vaisingus palikuonis.
Pirmasis mejozės padalijimas
Fazių pavadinimas pakartoja tuos, kurie yra mitozėje: profazė, metafazė, anafazė, telofazė. Tačiau yra keletas reikšmingų skirtumų.
1. Profazė: dvigubas chromosomų rinkinys atlieka daugybę transformacijų, einančių per penkias stadijas (leptoteną, zigoteną, pachiteną, diploteną, diakinezę). Visa tai vyksta konjugacijos ir perėjimo dėka.
Konjugacija yra homologinių chromosomų sujungimas. Tarp jų susidaro leptotenasploni siūlai, tada zigote chromosomos susijungia poromis ir dėl to gaunamos keturių chromatidžių struktūros.
Crossingover yra kryžminio chromatidžių sekcijų mainų tarp seserinių arba homologinių chromosomų procesas. Tai atsitinka pachiteno stadijoje. Susidaro chromosomų susikirtimai (chiasmata). Tokių apsikeitimų žmogus gali turėti nuo trisdešimt penkių iki šešiasdešimt šešių. Šio proceso rezultatas yra genetinis gautos medžiagos nevienalytiškumas arba lytinių ląstelių kintamumas.
Atėjus diploteno stadijai, suyra keturių chromatidžių kompleksai, o seserinės chromosomos atstumia viena kitą. Diakinezė užbaigia perėjimą nuo profazės prie metafazės.
2. Metafazė: chromosomos išsirikiuoja netoli ląstelės pusiaujo.
3. Anafazė: chromosomos, vis dar susidedančios iš dviejų chromatidžių, tolsta link ląstelės polių.
4. Telofazė: velenas suyra, todėl susidaro dvi haploidinės ląstelės su dvigubai didesniu DNR kiekiu.
Antrasis mejozės padalijimas
Šis procesas dar vadinamas „mejozės mitoze“. Šiuo metu tarp dviejų fazių DNR dubliavimasis nevyksta ir ląstelė patenka į antrąją fazę turėdama tą patį chromosomų rinkinį, kurį ji paliko po 1 telofazės.
1. Profazė: chromosomos kondensuojasi, atsiskiria ląstelės centras (jo likučiai nukrypsta link ląstelės polių), sunaikinamas branduolio apvalkalas ir susidaro dalijimosi velenas, esantis statmenai velenui nuo pirmojo dalijimosi.
2. Metafazė: chromosomos yra ties pusiauju, susidarometafazinė plokštė.
3. Anafazė: chromosomos dalijasi į chromatides, kurios atsiskiria.
4. Telofazė: dukterinėse ląstelėse susidaro branduolys, chromatidės despiralizuojasi į chromatiną.
Antrojo etapo pabaigoje iš vienos motininės ląstelės turime keturias dukterines ląsteles su puse chromosomų rinkinio. Jei mejozė vyksta kartu su gametogeneze (tai yra lytinių ląstelių susidarymas), tada dalijimasis yra staigus, netolygus ir susidaro viena ląstelė su haploidiniu chromosomų rinkiniu ir trimis redukcijos kūnais, kurie neneša reikiamos genetinės informacijos. Jie būtini, kad kiaušinėlyje ir spermatozoiduose būtų išsaugota tik pusė pirminės ląstelės genetinės medžiagos. Be to, ši branduolio dalijimosi forma užtikrina naujų genų derinių atsiradimą, taip pat grynų alelių paveldėjimą.
Pirmuoniuose yra mejozės variantas, kai pirmoje fazėje įvyksta tik vienas dalijimasis, o antroje – kryžminimas. Mokslininkai teigia, kad ši forma yra evoliucinis daugialąsčių organizmų normalios mejozės pirmtakas. Gali būti ir kitų branduolio dalijimosi būdų, apie kuriuos mokslininkai dar nežino.
