Kas ir mitoze? Definīcija, stadijas un bioloģiskā nozīme
Mitoze ir daļa no šūnu dalīšanās cikla. Šūnas hromosomas tiek kopētas, lai izveidotu divus identiskus hromosomu komplektus, un šūnas kodols sadalās divos identiskos kodolos.
Pirms mitozes šūna izveido identisku savas ģenētiskās informācijas kopumu - to sauc par replikāciju. Ģenētiskā informācija ir hromosomu DNS. Mitozes sākumā hromosomas savijas un kļūst redzamas ar gaismas mikroskopu. Hromosomas tagad ir divas hromatīdes, kas savienotas centromērā. Tā kā abas hromatīdas ir identiskas, tās sauc par māsas hromatīdām.
Mitoze notiek visu veidu cilvēka ķermeņa dalīšanās šūnās, izņemot spermu un olšūnas. Sperma un olšūnas ir gametas jeb dzimumšūnas. Gametas veidojas, izmantojot citu dalīšanās metodi, ko sauc par meiozi.
Kas tieši notiek mitozes laikā?
Mitoze ir precīzs process, kura laikā viena vecā šūna dala savu ģenētisko materiālu uz divām jaunu šūnu kodolēm. Galvenie notikumi ietver hromosomu konsolidāciju (kondensāciju), to izlīdzināšanu, māsu hromatīdu atdalīšanos un jaunu kodolu veidošanos. Lai nodrošinātu, ka katra jaunā kodola komplekts ir identisks sākotnējam, darbojas sarežģīta mašīna, ko veido centriole (dzīvnieku šūnās), mikrotubulu vijumi un proteīna kompleksi, piemēram, kinetoķori.
Mitozes stadijas
- Profāze: Hromatīns kondensējas par redzamām hromosomām. Jāatzīmē, ka katra hromosoma sastāv no divām māsas hromatīdām, kas savienotas centromērā. Šūnas centriole (dzīvnieku šūnās) pārvietojas uz pretējiem poliem un sāk veidoties dalīšanās vālīte (spindle).
- Prometafāze: Kodola apvalks izirst, un mikrotubuli no vālītes piesaistās kinetoķoriem pie katras hromatīdas centromēras. Tas ļauj hromosomām kustēties šūnas centrālajā daļā.
- Metafāze: Hromosomas sakārtojas tā dēvētajā metafāzes plaknē (šūnas ekvatoriālā zona). Šis posms nodrošina, ka māsu hromatīdas būs sadalītas vienmērīgi.
- Anafāze: Māsas hromatīdas atdalās un tiek vilktas uz pretējiem poliem, ko veicina mikrotubulu saīsinošā darbība. Tas nodrošina, ka katrs pols saņem identisku hromosomu kopu.
- Telofāze: Pie katra pola sāk veidoties jauns kodola apvalks ap hromosomu kopumu, hromosomas dekondensējas un atjaunojas kodola struktūra.
- Citokinēze: Tā nav tieši daļa no mitozes kodolu sadalīšanas, taču bieži notiek uzreiz pēc tās — šūnas citoplazma sadalās, veidojot divas atsevišķas meitas šūnas. Dzīvnieku šūnās parasti veidojas sašaurinājums (cleavage furrow), bet augu šūnās starp meitas šūnām veidojas šūnu plāksne (cell plate).
Regulācija un kontrolpunkti
Mitoze ir stingri regulēta ar šūnu cikla proteīniem, piemēram, ciklīniem un ciklīnkarbohidrātēm (CDK). Ir vairākas drošības pārbaudes — kontrolpunkti — kas pārliecinās, ka DNS ir precīzi replicēta un ka hromosomas pareizi piestiprinājušās pie dalīšanās vālītes. Ja rodas kļūdas (piemēram, nepareiza piestiprināšanās), šie kontrolpunkti var apturēt ciklu, lai ļautu labošanai vai izraisītu programēto šūnas nāvi (apoptozi).
Bioloģiskā nozīme
- Augšana un attīstība: Organismi palielinās šūnu skaitu ar mitozes palīdzību, tā nodrošinot audu augšanu un izstrādi no vienas apaugļotas olšūnas.
- Šūnu atjaunošana un bojājumu remonts: Bojāta audu remonts (piem., ādas, aknu šūnu atjaunošanās) balstās uz mitotisku dalīšanos.
- Audzēšana un neseksuāla vairošanās: Daudzi vienšūņi un daži daudzšūnu organismi vairojas ar mitozes starpniecību, radot ģenētiski identiskas pēcnācējšūnas.
- Hromosomu skaita saglabāšana: Mitoze nodrošina, ka katrai meitas šūnai saglabājas tāds pats hromosomu skaits kā vecā šūnai — svarīgi somatiskajām šūnām.
Mitozes kļūmes un slimības
Atšķirības starp dzīvnieku un augu šūnām
- Dzīvnieku šūnās parasti ir centrioles un tās izmanto sašaurināšanos citokīnēzē.
- Augu šūnās nav centrioļu, un citokīnēze norisinās, veidojot šūnu plāksni, kas vēlāk kļūst par starpsienu starp meitas šūnām.
Īsumā, mitoze ir fundamentāls un precīzs process, kas nodrošina šūnu kopēšanu un jaunu šūnu veidošanu, būtisks augšanai, atjaunošanai un organisma dzīvotspējai.
Mitozes fāzes
Mitozei ir piecas fāzes. Katru fāzi izmanto, lai aprakstītu, kādas pārmaiņas notiek šūnā. Šīs fāzes ir profāze, prometafāze, metafāze, anafāze un telofāze.
Prophase
Profāzes laikā hromosomas kodolā kondensējas. Centriolu pāri pārvietojas uz pretējām kodola pusēm. Vārpstas šķiedras sāk veidot tiltu starp šūnas galiem.
Prometafāze
Prometafāzes laikā kodola apvalks ap hromosomām saplok. Tagad kodola vairs nav, un māsas hromatīdas ir brīvas. Katrā centromērā veidojas olbaltumviela, ko sauc par kinetohoru. Garas, plānas olbaltumvielas stiepjas pāri no pretējiem šūnas poliem un piestiprinās pie katra kinetohora.
Metafāze
Metafāzes laikā hromatīdu pāri tiek izlīdzināti, stumjot un velkot piestiprinātās kinetohoras mikrotubulas, līdzīgi kā "velkoņa vilkšanas spēlē". Abas māsas hromatīdes paliek piestiprinātas viena pie otras centromērā. Hromosomas sakārtojas uz šūnas ekvatora jeb centra līnijas un tiek sagatavotas dalīšanai. Šī ir mitozes garākā fāze.
Anafāze
Anafāzes laikā māsas hromatīdas sadalās un pārvietojas no šūnas ekvatora (metafāzes plāksnes) uz šūnas poliem. Kinetohors ir piestiprināts pie centromēras. Mikrotubulas turas pie kinetochora un saīsinās. Cita mikrotubulu grupa - mikrotubulas, kas nav kinetochora mikrotubulas, rīkojas pretēji. Tās kļūst garākas. Šūna sāk izstiepties, jo pretējie gali tiek izstumti viens no otra.
Telofāze
Telofāze ir pēdējais mitozes posms: šūna ir gatava dalīties. Katrā šūnas polā tagad atrodas pa vienam hromosomu komplektam. Katrs komplekts ir identisks. Verpstas šķiedras sāk izzust, un ap katru hromosomu komplektu veidojas kodola membrāna. Katrā jaunajā kodolā parādās arī nukleols, un viendzīslas hromosomas izvēršas neredzamās hromatīna virtenēs.
Īsa mitozes shēma
Prometafāzes sākums: Mikrotubulas mijiedarbojas ar hromosomu kinetosomām.
Metafāze: Centrosomas ir pārvietotas uz šūnas poliem un ir izveidojušas mitotisko vārpstiņu. Hromosomas ir sapulcējušās metafāzes plāksnē.
Anafāze: Mikrotubulu pagarināšanās, kas nav kinetosporu mikrotubulas, attālina abus hromosomu komplektus vienu no otra.
Telofāze: Profāzes un prometafāzes notikumu maiņa.
Mitozes fāzes
Mitozei ir piecas fāzes. Katru fāzi izmanto, lai aprakstītu, kādas pārmaiņas notiek šūnā. Šīs fāzes ir profāze, prometafāze, metafāze, anafāze un telofāze.
Prophase
Profāzes laikā hromatīns (sajaukts DNS) kodolā kondensējas hromosomās (sakopotā DNS). Centriolu pāri pārvietojas uz pretējām kodola pusēm. Vārpstas šķiedras sāk veidot tiltu starp šūnas galiem.
Prometafāze
Prometafāzes laikā kodola apvalks ap hromosomām saplok. Tagad kodola vairs nav, un māsas hromatīdas ir brīvas. Katrā centromērā veidojas olbaltumviela, ko sauc par kinetohoru. Garas, plānas olbaltumvielas stiepjas pāri no pretējiem šūnas poliem un piestiprinās pie katra kinetohora.
Metafāze
Metafāzes laikā hromatīdu pāri tiek izlīdzināti, stumjot un velkot piestiprinātās kinetohoras mikrotubulas, līdzīgi kā "velkoņa vilkšanas spēlē". Abas māsas hromatīdes paliek piestiprinātas viena pie otras centromērā. Hromosomas sakārtojas uz šūnas ekvatora jeb centra līnijas un tiek sagatavotas dalīšanai. Šī ir mitozes garākā fāze.
Anafāze
Anafāzes laikā māsas hromatīdas sadalās un pārvietojas no šūnas ekvatora (metafāzes plāksnes) uz šūnas poliem. Kinetohors ir piestiprināts pie centromēras. Mikrotubulas turas pie kinetochora un saīsinās. Cita mikrotubulu grupa - mikrotubulas, kas nav kinetochora mikrotubulas, rīkojas pretēji. Tās kļūst garākas. Šūna sāk izstiepties, jo pretējie gali tiek izstumti viens no otra.
Telofāze
Telofāze ir pēdējais mitozes posms: šūna ir gatava dalīties. Katrā šūnas polā tagad atrodas pa vienam hromosomu komplektam. Katrs komplekts ir identisks. Verpstas šķiedras sāk izzust, un ap katru hromosomu komplektu veidojas kodola membrāna. Katrā jaunajā kodolā parādās arī nukleols, un viendzīslas hromosomas izvēršas neredzamās hromatīna virtenēs.
Īsa mitozes shēma
Prometafāzes sākums: Mikrotubulas mijiedarbojas ar hromosomu kinetosomām.
Metafāze: Centrosomas ir pārvietotas uz šūnas poliem un ir izveidojušas mitotisko vārpstiņu. Hromosomas ir sapulcējušās metafāzes plāksnē.
Anafāze: Mikrotubulu pagarināšanās, kas nav kinetosporu mikrotubulas, attālina abus hromosomu komplektus vienu no otra.
Telofāze: Profāzes un prometafāzes notikumu maiņa.
Citokinēze
Lai gan citokinēze ir ļoti svarīga šūnu dalīšanās procesā, tā netiek uzskatīta par mitozes posmu. Citokinēzes laikā šūna fiziski sadalās. Tas notiek tūlīt pēc anafāzes un telofāzes laikā. Šķelšanās rievs, kas ir olbaltumvielu gredzena radītais šķēlums, pilnībā atdalās, noslēdzot šūnu.
Šobrīd šūna ir veiksmīgi savairojusies. Pēc citokinēzes šūna atgriežas interfāzē, kur cikls atkārtojas. Ja citokinēze notiktu šūnā, kas nav izgājusi mitozi, meitas šūnas būtu atšķirīgas vai nedarbotos pareizi. Vienai joprojām būtu kodols, bet otrai nebūtu kodola. Gan dzīvnieku, gan augu šūnās citokinēze ir atšķirīga. Augu šūnās tā vietā, lai sadalītos divās daļās, veidojas šūnas plāksnīte. Tā ir šūnas sieniņa, kas veidojas starp abiem kodoliem pēc to sadalīšanās. Tam jānotiek tāpēc, ka šūnām ir stingra forma, un, lai tās varētu funkcionēt, tām jābūt pilnībā apklātām ar šūnas sieniņu.
Citokinēze
Lai gan citokinēze ir ļoti svarīga šūnu dalīšanās procesā, tā netiek uzskatīta par mitozes posmu. Citokinēzes laikā šūna fiziski sadalās. Tas notiek tūlīt pēc anafāzes un telofāzes laikā. Šķelšanās rievs, kas ir olbaltumvielu gredzena radītais šķēlums, pilnībā atdalās, noslēdzot šūnu.
Šobrīd šūna ir veiksmīgi savairojusies. Pēc citokinēzes šūna atgriežas interfāzē, kur cikls atkārtojas. Ja citokinēze notiktu šūnā, kas nav izgājusi mitozi, meitas šūnas būtu atšķirīgas vai nedarbotos pareizi. Vienai joprojām būtu kodols, bet otrai nebūtu kodola. Gan dzīvnieku, gan augu šūnās citokinēze ir atšķirīga. Augu šūnās tā vietā, lai sadalītos divās daļās, veidojas šūnas plāksnīte. Tā ir šūnas sieniņa, kas veidojas starp abiem kodoliem pēc to sadalīšanās. Tam jānotiek tāpēc, ka šūnām ir stingra forma, un, lai tās varētu funkcionēt, tām jābūt pilnībā apklātām ar šūnas sieniņu.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir mitoze?
A: Mitoze ir daļa no šūnu dalīšanās cikla, kurā hromosomas tiek kopētas, lai izveidotu divus identiskus hromosomu komplektus, un šūnas kodols sadalās divos identiskos kodolos.
J: Kas notiek pirms mitozes?
A: Pirms mitozes šūna izveido identisku savas ģenētiskās informācijas kopumu - to sauc par replikāciju. Ģenētiskā informācija ir hromosomu DNS.
J: Kā mēs varam novērot mitozi?
A: Mitozes sākumā hromosomas savijas un kļūst redzamas ar gaismas mikroskopu. Hromosomas tagad ir divas hromatīdes, kas savienotas centromērā. Tā kā abas hromatīdas ir identiskas viena otrai, tās sauc par māsas hromatīdām.
J: Kurā šūnu tipā notiek mitozes?
Atbilde: Mitoze notiek visu veidu cilvēka ķermeņa dalāmajās šūnās, izņemot spermatozoīdus un olšūnas (gametas jeb dzimumšūnas).
J: Kāds process notiek gametu vietā?
A: Gametām (spermatozoīdiem un olšūnām) notiek cita dalīšanās metode, ko sauc par mejozi.
J: Kā mēs saucam identisku komplektu, kas izveidots šūnā pirms mitozes?
A: Identisku kopu, ko šūna izveido pirms mitozes, sauc par replikāciju.
J: Kā mēs apzīmējam divas hromatīdas, kas mitozes laikā ir identiskas viena otrai?
A: Divas hromatīdas, kas mitozes laikā ir identiskas viena otrai, sauc par māsas hromatīdām.
