هر سلول با جدا شدن از سلول مادر زندگی خود را آغاز می کند و به وجود خود پایان می دهد و اجازه می دهد سلول های دختر خود ظاهر شوند. طبیعت بیش از یک راه برای تقسیم هسته آنها بسته به ساختار آنها ارائه می دهد.
روشهای تقسیم سلولی
تقسیم هسته ای به نوع سلول بستگی دارد:
- شکافت دوتایی (در پروکاریوتها یافت می شود).
- آمیتوز (تقسیم مستقیم).
- میتوز (در یوکاریوت ها یافت می شود).
- میوز (طراحی شده برای تقسیم سلول های زایا).
انواع تقسیم هسته ای بر اساس طبیعت تعیین می شوند و با ساختار سلول و عملکردی که در ماکرو ارگانیسم یا به خودی خود انجام می دهد مطابقت دارد.
شکافت دوتایی
این نوع بیشتر در سلول های پروکاریوتی دیده می شود. این شامل دو برابر کردن مولکول DNA حلقوی است. شکافت دوتایی هسته به این دلیل نامیده می شود که دو سلول دختر با اندازه یکسان از سلول مادر ظاهر می شوند.
پس از اینکه ماده ژنتیکی (مولکول DNA یا RNA) به روشی مناسب تهیه شد، یعنی دو برابر شد، از دیواره سلولی شروع می شود.یک سپتوم عرضی تشکیل می شود که به تدریج سیتوپلاسم سلول را باریک کرده و به دو قسمت تقریباً یکسان تقسیم می کند.
فرایند شکافت دوم جوانه زدن یا شکافت دوتایی ناهموار نامیده می شود. در این حالت برجستگی در محل دیواره سلولی ظاهر می شود که به تدریج رشد می کند. پس از برابر شدن اندازه «کلیه» و سلول مادر، از هم جدا می شوند. و بخشی از دیواره سلولی دوباره سنتز می شود.
آمیتوز
این تقسیم هسته ای مشابه آنچه در بالا توضیح داده شد است، با این تفاوت که هیچ تکراری در مواد ژنتیکی وجود ندارد. این روش اولین بار توسط زیست شناس Remak توصیف شد. این پدیده در سلول‌های پاتولوژیک تغییر یافته (دژنراسیون تومور) رخ می‌دهد و همچنین یک هنجار فیزیولوژیکی برای بافت کبد، غضروف و قرنیه است.
فرآیند تقسیم هسته ای آمیتوز نامیده می شود، زیرا سلول عملکردهای خود را حفظ می کند و آنها را مانند هنگام میتوز از دست نمی دهد. این ویژگی های پاتولوژیک ذاتی سلول ها را با این روش تقسیم توضیح می دهد. علاوه بر این، تقسیم مستقیم هسته ای بدون دوک شکافت انجام می شود، بنابراین کروماتین در سلول های دختر به طور نابرابر توزیع می شود. متعاقبا، چنین سلول هایی نمی توانند از چرخه میتوزی استفاده کنند. گاهی اوقات، آمیتوز منجر به تشکیل سلول‌های چند هستهای می‌شود.
میتوز
این یک شکافت هسته ای غیر مستقیم است. بیشتر در سلول های یوکاریوتی یافت می شود. تفاوت اصلی بین این فرآیند این است که سلول های دختر و سلول مادر دارای تعداد مشابه کروموزوم هستند. در نتیجهتعداد سلول های مورد نیاز در بدن حفظ می شود و فرآیندهای بازسازی و رشد نیز امکان پذیر است. فلمینگ اولین کسی بود که میتوز را در یک سلول حیوانی توصیف کرد.
فرآیند تقسیم هسته ای در این مورد به دو فاز و میتوز مستقیم تقسیم می شود. اینترفاز حالت استراحت سلول بین تقسیمات است. می توان آن را به چند مرحله تقسیم کرد:
1. دوره پیش سنتز - سلول رشد می کند، پروتئین ها و کربوهیدرات ها در آن انباشته می شوند، ATP (آدنوزین تری فسفات) به طور فعال سنتز می شود.
2. دوره مصنوعی - ماده ژنتیکی دو برابر شده است.
3. دوره پس از سنتز - عناصر سلولی دو برابر می شوند، پروتئین هایی ظاهر می شوند که دوک تقسیم را تشکیل می دهند.
فازهای میتوز
تقسیم هسته یک سلول یوکاریوتی فرآیندی است که نیاز به تشکیل اندامک اضافی - سانتروزوم دارد. در کنار هسته قرار دارد و عملکرد اصلی آن تشکیل یک اندامک جدید - دوک تقسیم است. این ساختار به توزیع یکنواخت کروموزوم ها بین سلول های دختر کمک می کند.
چهار مرحله میتوز وجود دارد:
1. پروفاز: کروماتین در هسته به کروماتیدها متراکم می شود که در نزدیکی سانترومر جمع می شوند و کروموزوم ها را به صورت جفت تشکیل می دهند. هسته ها متلاشی می شوند و سانتریول ها به سمت قطب های سلول حرکت می کنند. یک دوک شکافت تشکیل می شود.
2. متافاز: کروموزوم ها در یک خط در مرکز سلول قرار می گیرند و صفحه متافاز را تشکیل می دهند.
3. آنافاز: کروماتیدها از مرکز سلول به سمت قطب ها حرکت می کنند و سپس سانترومر به دو قسمت تقسیم می شود. چنینحرکت به دلیل دوک تقسیم امکان پذیر است، نخ های آن کروموزوم ها را در جهات مختلف منقبض و کش می دهند.
4. تلوفاز: هسته های دختر تشکیل می شوند. کروماتیدها دوباره به کروماتین تبدیل می شوند، هسته تشکیل می شود و در آن - هسته ها. همه چیز با تقسیم سیتوپلاسم و تشکیل دیواره سلولی به پایان می رسد.
Endomitosis
افزایش مواد ژنتیکی که شامل تقسیم هسته ای نمی شود، اندومیتوز نامیده می شود. در سلول های گیاهی و جانوری یافت می شود. در این حالت سیتوپلاسم و پوسته هسته تخریب نمی‌شود، اما کروماتین به کروموزوم تبدیل می‌شود و مجدداً از بین می‌رود.
این فرآیند هسته های پلی پلوئیدی با افزایش محتوای DNA تولید می کند. مشابه در سلول های تشکیل دهنده کلنی مغز استخوان قرمز اتفاق می افتد. علاوه بر این، مواردی وجود دارد که اندازه مولکول های DNA دو برابر می شود، در حالی که تعداد کروموزوم ها ثابت می ماند. آنها پلیتن نامیده می شوند و در سلول های حشرات یافت می شوند.
معنای میتوز
تقسیم هسته ای میتوزی راهی برای حفظ مجموعه ای ثابت از کروموزوم ها است. سلول‌های دختر دارای مجموعه‌ای از ژن‌های مشابه مادر و تمام ویژگی‌های ذاتی آن هستند. میتوز برای: لازم است
- رشد و نمو یک ارگانیسم چند سلولی (از ادغام سلول های زایای)؛
- حرکت سلول ها از لایه های پایین به لایه های بالایی و همچنین جایگزینی سلول های خون (گلبول های قرمز، لکوسیت ها، پلاکت ها)؛
- ترمیم بافت های آسیب دیده (در برخی از حیوانات، توانایی بازسازیشرط لازم برای بقا، مانند ستاره های دریایی یا مارمولک ها؛
- تولید مثل غیرجنسی گیاهان و برخی حیوانات (بی مهرگان).
میوز
مکانیسم تقسیم هسته ای سلول های زاینده تا حدودی با سوماتیک متفاوت است. در نتیجه سلول هایی به دست می آیند که نیمی از اطلاعات ژنتیکی نسل های قبلی خود را دارند. این برای ثابت ماندن تعداد کروموزوم ها در هر سلول بدن ضروری است.
میوز در دو مرحله انجام می شود:
- مرحله کاهش؛
- مرحله معادله.
سیر صحیح این فرآیند فقط در سلول هایی با مجموعه ای از کروموزوم های یکنواخت (دیپلوئید، تتراپلوئید، هگزاپروئید و غیره) امکان پذیر است. البته، ممکن است در سلول‌هایی با مجموعه‌ای از کروموزوم‌ها دچار میوز شود، اما در این صورت ممکن است فرزندان زنده نباشند.
این مکانیسم است که عقیمی را در ازدواج های بین گونه ای تضمین می کند. از آنجایی که سلول های جنسی حاوی مجموعه های مختلف کروموزوم هستند، این امر ادغام آنها و تولید فرزندان زنده یا بارور را دشوار می کند.
اولین تقسیم میوز
نام فازها همان مراحل را در میتوز تکرار می کند: پروفاز، متافاز، آنافاز، تلوفاز. اما تعدادی تفاوت قابل توجه وجود دارد.
1. پروفاز: مجموعه ای دوگانه از کروموزوم ها یک سری دگرگونی ها را انجام می دهند و از پنج مرحله (لپتوتن، زیگوتن، پاکیتن، دیپلوتن، دیاکینزیس) عبور می کنند. همه اینها به لطف صرف و تلاقی اتفاق می افتد.
کونژوگاسیون به هم پیوستن کروموزوم های همولوگ است. در لپتوتن بین آنها تشکیل می شودرشته های نازک و سپس در زیگوتن کروموزوم ها به صورت جفت به هم متصل شده و در نتیجه ساختارهای چهار کروماتید به دست می آید.
Crossingover فرآیند تبادل متقاطع بخش‌های کروماتید بین کروموزوم‌های خواهر یا همولوگ است. این در مرحله پاکیتن رخ می دهد. تقاطع (chiasmata) کروموزوم ها تشکیل می شود. یک فرد می تواند از سی و پنج تا شصت و شش چنین مبادله ای داشته باشد. نتیجه این فرآیند ناهمگنی ژنتیکی مواد حاصله یا تغییرپذیری سلول‌های زاینده است.
هنگامی که مرحله دیپلوتن فرا می رسد، کمپلکس های چهار کروماتید شکسته می شوند و کروموزوم های خواهر یکدیگر را دفع می کنند. دیاکینزیس گذار از پروفاز به متافاز را کامل می کند.
2. متافاز: کروموزوم ها در نزدیکی خط استوای سلول قرار می گیرند.
3. آنافاز: کروموزوم‌ها که هنوز از دو کروماتید تشکیل شده‌اند، به سمت قطب‌های سلول حرکت می‌کنند.
4. تلوفاز: دوک دوک شکسته می شود و در نتیجه دو سلول هاپلوئید با دو برابر DNA تشکیل می شود.
بخش دوم میوز
این فرآیند "میتوز میوز" نیز نامیده می شود. در لحظه بین دو فاز، تکثیر DNA اتفاق نمی افتد و سلول با همان مجموعه کروموزوم هایی که پس از تلوفاز 1 باقی مانده بود وارد پروفاز دوم می شود.
1. پروفاز: کروموزوم ها متراکم می شوند، مرکز سلول جدا می شود (بقایای آن به سمت قطب های سلول جدا می شود)، پوشش هسته ای از بین می رود و یک دوک تقسیم تشکیل می شود که از اولین تقسیم عمود بر دوک قرار دارد.
2. متافاز: کروموزوم ها در خط استوا قرار دارند و تشکیل می شوندصفحه متافاز.
3. آنافاز: کروموزوم ها به کروماتیدها تقسیم می شوند که از هم دور می شوند.
4. تلوفاز: یک هسته در سلول های دختر تشکیل می شود، کروماتیدها به کروماتین تبدیل می شوند.
در پایان مرحله دوم، از یک سلول والد، چهار سلول دختر با نیم مجموعه کروموزوم داریم. اگر میوز همراه با گامتوژنز (یعنی تشکیل سلول‌های زاینده) اتفاق بیفتد، تقسیم ناگهانی، ناهموار است و یک سلول با مجموعه‌ای از کروموزوم‌ها و سه جسم کاهشی تشکیل می‌شود که اطلاعات ژنتیکی لازم را ندارند. آنها ضروری هستند تا فقط نیمی از مواد ژنتیکی سلول مادر در تخمک و اسپرم حفظ شود. علاوه بر این، این شکل از تقسیم هسته ای ظهور ترکیب های جدید ژن ها و همچنین به ارث بردن آلل های خالص را تضمین می کند.
در تک یاخته ها، نوعی میوز وجود دارد که در مرحله اول فقط یک تقسیم رخ می دهد و در مرحله دوم یک تقاطع وجود دارد. دانشمندان پیشنهاد می کنند که این شکل یک پیش ساز تکاملی برای میوز طبیعی در موجودات چند سلولی است. ممکن است روشهای دیگری برای شکافت هستهای وجود داشته باشد که دانشمندان هنوز درباره آنها نمی‌دانند.
