როგორ იყოფა უჯრედი, რომ წარმოქმნას ორი გენეტიკურად იდენტური უჯრედი. პროფაზა, მეტაფაზა, ანაფაზა და ტელოფაზა.

შესავალი

რა საერთოა თქვენს ნაწლავებს, პურის ცომის საფუარსა და განვითარებად ბაყაყს შორის? მათ რამდენიმე მსგავსება აქვთ, მათ შორის კი - მიტოზი - უჯრედების გაყოფა მეტი, გენეტიკურად იდენტური უჯრედის წარმოსაქმნელად.
რატომაა საჭირო ამ ძალიან განსხვავებული ორგანიზმებისა და ქსოვილებისთვის მიტოზი? ნაწლავის უჯრედები დროთა განმავლობაში "ცვდება" და უნდა ჩანაცვლდეს; საფუარა სოკოები უნდა გამრავლდნენ, რათა მათმა პოპულაციამ ზრდა არ შეწყვიტოს; თავკომბალამ კი ახალი უჯრედები უნდა წარმოშვას, რათა გაიზარდოს და უფრო რთულ ორგანიზმად ჩამოყალიბდეს.

რა არის მიტოზი?

მიტოზი უჯრედის გაყოფის სახეა, რომლის დროსაც ერთი (დედა) უჯრედი იყოფა და ორ ახალ (შვილეულ), გენეტიკურად თავის იდენტურ უჯრედს წარმოქმნის. უჯრედის ციკლის თვალტახედვით თუ განვიხილავთ, მიტოზი გაყოფის პროცესის ნაწილია, რომლის დროსაც უჯრედის ბირთვის დნმ ქრომოსომათა ორ იდენტურ ნაკრებად იყოფა.
თქვენს ორგანიზმში უჯრედთა უმრავლესობა მიტოზით იყოფა. მიტოზის წყალობით განვითარებისა და ზრდის პროცესში ორგანიზმს უჯრედები ემატება, ცხოვრების მანძილზე კი ძველი და გაცვეთილი უჯრედები ახლით ჩანაცვლდება. ერთუჯრედიანი ეუკარიოტებისთვის, მაგალითად, საფუარა სოკოებისთვის, მიტოზით გაყოფა გამრავლების ერთ-ერთი ფორმაა, რომლის შედეგადაც პოპულაციას ახალი ინდივიდები ემატება.
ყველა შემთხვევაში, მიტოზის "მიზანი" ისაა, რომ ორივე შვილობილმა უჯრედმა ქრომოსომების იდეალური, სრული ნაკრები მიიღოს დედისგან მემკვიდრეობით. ზედმეტი ან არასაკმარისი რაოდენობის ქრომოსომების მქონე უჯრედები, როგორც წესი, კარგად არ ფუნქციონირებს: ისინი შეიძლება, დაიღუპონ ან ავთვისებიანი სიმსივნეც კი გამოიწვიონ. შესაბამისად, მიტოზში დნმ უბრალოდ ორად კიარ იყოფა და ორ შვილეულ უჯრედში შემთხვევითად გადანაწილდება, არამედ გაორმაგებული ქრომოსომები ძალიან დეტალურად გათვლილ პროცესში განცალკევდება ერთმანეთისგან.

მიტოზის ფაზები

მიტოზი ოთხი ძირითადი ფაზისგან შედგება: პროფაზა, მეტაფაზა, ანაფაზა და ტელოფაზა. ზოგ წიგნში ხუთ ფაზას მოიხსენიებენ, რადგან პროფაზას კიდევ ორად ყოფენ: ადრეულ (პროფაზა) და გვიან (პრომეტაფაზა) ფაზებად. ეს ფაზები ძალიან მკაცრად დადგენილი თანმიმდევრობით წარიმართება, ხოლო ციტოკინეზი - ბირთვის გარდა უჯრედის დანარჩენი შიგთავსის გაყოფა ორი ახლის წარმოსაქმნელად - ანაფაზაში ან ტელოფაზაში იწყება.
მიტოზის ფაზები: პროფაზა, მეტაფაზა, ანაფაზა, ტელოფაზა. ციტოკინეზი, როგორც წესი, ანაფაზის ან ტელოფაზის პარალელურად მიმდინარეობს.
ფაზების თანმიმდევრობის დასამახსოვრებლად, შესაძლოა, ცნობილი ინგლისური მნემონიკური ხერხი გამოგადგეთ: [Please] Pee on the MAT. მაგრამ სახელწოდებებს ძალიანაც ნუ გამოეკიდებით, მთავარი ისაა, გესმოდეთ, რა ხდება თითოეულ ფაზაში და რატომაა ეს მნიშვნელოვანი ქრომოსომების გასაყოფად.
გვიანი G2 ფაზა. უჯრედს ორი ცენტროსომა აქვს, თითოეულს კი - ორი ცენტრიოლი. დნმ-ის ასლი უკვე დამზადებულია. ამ ეტაპზე დნმ ბირთვის გარსითაა შემოსაზღვრული და ბირთვში ბირთვაკი შეიმჩნევა.
მოდით, უჯრედი ჯერ მიტოზის დაწყების ზუსტად წინა საფეხურზე შევისწავლოთ. ეს უჯრედი ინტერფაზაშია (გვიან G2_2 ფაზაში) და მას უკვე დამზადებული აქვს დნმ-ის ასლი. შესაბამისად, ბირთვში თითოეული ქრომოსომა ორი ერთმანეთთან დაკავშირებული ასლისგან - ორი დობილი ქრომატიდისგან - შედგება. ამ ეტაპზე ქრომოსომები კარგად არ ჩანს, რადგან ისინი გაშლილ, ანუ დეკონდენსირებულ, მდგომარეობაშია და გრძელი ძაფებივით გამოიყურება.
ამ ცხოველურ უჯრედს უკვე გაორმაგებულიც აქვს თავისი ცენტროსომაც, ორგანელა, რომელიც მიტოზის მიტოზში "ორკესტრის დირიჟორის" როლს შეასრულებს. შესაბამისად, უჯრედში ორი ცენტროსომაა (მცენარეულ უჯრედებს ცენტრიოლებიანი ცენტროსომები არ აქვთ, მათში მიკრომილაკების ორგანიზაციის ცენტრი სხვანაირია, თუმცა იმავე ფუნქციას ასრულებს).
ადრეული პროფაზა. მიტოზური თითისტარას ჩამოყალიბება იწყება, ქრომოსომები კონდენსირდებიან და ბირთვაკი ქრება.
ადრეულ პროფაზაში უჯრედი ზოგ სტრუქტურას შლის, ზოგიერთს კი პირიქით, აწყობს, რათა შეიქმნას შესაფერისი გარემო ქრომოსომების გაყოფისთვის.
  • ქრომოსომები დახვევას, ანუ კონდენსაციას, იწყებენ (რაც აადვილებს მათ განცალკევებას მოგვიანებით).
  • იწყება მიტოზური თითისტარას ჩამოყალიბება. თითისტარა მიკრომილაკებისგან შედგება, მტკიცე ბოჭკოებისგან, რომლებიც უჯრედის "ჩონჩხს" ქმნის. მისი ფუნქცია მიტოზში ქრომოსომების სწორად დალაგება და მათი განცალკევებაა. თითისტარა ნელ-ნელა იზრდება ცენტროსომებს შორის მათი ერთმანეთისგან დაშორების პროცესში.
  • ბირთვაკი, ბირთვის ის ნაწილი, სადაც რიბოსომები იწყობა, ქრება. ეს იმის ნიშანია, რომ ბირთვი დასაშლელად ემზადება.
გვიანი პროფაზა (პრომეტაფაზა). ბირთვის გარსი იშლება და ქრომოსომები სრულად კონდენსირდება.
გვიან პროფაზაში (მას პრომეტაფაზასაც უწოდებენ) მიტოზური თითისტარა ქრომოსომების დაჭერასა და ორგანიზაციას, სწორად დალაგებას იწყებს.
  • ქრომოსომები სრულად კონდენსირდებიან, ამიტომ მათში დნმ ძალიან კომპაქტურადაა ჩალაგებული.
  • ბირთვის გარსი იშლება და ქრომოსომები "თავისუფლდება".
  • თითისტარა კიდევ უფრო იზრდება და ზოგი მიკრომილაკი ქრომოსომების "დაჭერას" იწყებს.
მიტოზური თითისტარას აგებულება. დიაგრამაზე მითითებულია კინეტოქორის (კინეტოქორთან დაკავშირებული) მიკრომილაკები და ასტროსფერო. ასტროსფეროს ცენტროსომიდან უჯრედის კიდისკენ რადიალურად განლაგებული მიკრომილაკები ქნის. დიაგრამაზე ნაჩევნებია ქრომოსომის ცენტრომერული ნაწილიც, ვიწრო "წელი", სადაც დობილი ქრომატიდები ყველაზე მტკიცედაა დაკავშირებული ერთმანეთთან. ასევე მითითებულია კინეტოქორი, ცენტრომერზე განლაგებული ცილების ფირფიტა.
მიკრომილაკები უკავშირდება ქრომოსომების კინეტოქორს, ანუ თითოეული დობილი ქრომატიდის ცენტრომერზე არსებულ ცილების ფირფიტას. (ცენტრომერები დნმ-ის ის უბნებია, რომლითაც დობილი ქრომატიდები ყველაზე მტკიცედ უკავშირდება ერთმანეთს).
ქრომოსომასთან დაკავშირებულ მიკრომილაკებს კინეტოქორის მიკრომილაკები ეწოდება. დანარჩენი მიკრომილაკები კი საპირისპირო პოლუსიდან მომავლებს უკავშირდება და სტაბილურობას ჰმატებს თითისტარას. კიდევ უფრო მეტი მიკრომილაკი თითოეული ცენტროსომიდან უჯრედის კიდისკენ მიემართება, რაც ქმნის სტრუქტურას, სახელწოდებით ასტროსფერო.
მეტაფაზა. ქრომოსომები მეტაფაზურ ფირფიტაზე განლაგდება მიტოზური თითისტარას წყალობით. თითოეული ქრომოსომის ორ დობილ ქრომატიდს თითისტარას საპირისპირო პოლუსიდან წამოსული მიკრომილაკი უკავშირდება.
მეტაფაზაში თითისტარას მილაკებს უკვე ყველა ქრომოსომა დაჭერილი და უჯრედის შუა ნაწილში, ეკვატორზე განლაგებული ჰყავთ. ქრომოსომები მზად არიან გასაყოფად.
  • ყველა ქრომოსომა მეტაფაზურ ფირფიტაზე განლაგდება (ეს რაიმე ფიზიკური სტრუქტურა არ არის, უბრალოდ სიბრტყეა, სადაც ქრომოსომები დამწკრივდება).
  • ამ ეტაპზე თითოეული ქრომოსომის ორივე კინეტოქორი თითისტარას საპირისპირო პოლუსებიდან მომავალ მიკრომილაკებთან უნდა იყოს დაკავშირებული.
ანაფაზაში გადასვლამდე უჯრედი კიდევ ერთხელ უნდა დარწმუნდეს, რომ ყველა ქრომოსომა მეტაფაზურ ფირფიტაზეა განლაგებული და მათი კინეტოქორები სწორადაა დაკავშირებული მიკრომილაკებთან. ამას თითისტარას საკონტროლო პუნქტი ეწოდება და მისი წყალობით დობილი ქრომატიდები თანაბრად განაწილდება ორ შვილეულ უჯრედს შორის შემდეგ ფაზაში. თუ ქრომოსომები სწორად არაა განლაგებული ან დაკავშირებული, უჯრედის გაყოფა დაყოვნდება მანამ, სანამ შეცდომა არ გამოსწორდება.
ანაფაზა. დობილი ქრომატიდები ერთმანეთისგან განცალკევდება და უჯრედის საპირისპირო პოლუსებისკენ გადაადგილდება. ის მიკრომილაკები, რომლებიც ქრომოსომებთან არაა დაკავშირებული, თითისტარას ორ პოლუსს აშორებს ერთმანეთს, კინეტოქორის მიკროტუბულები კი ქრომოსომებს ექაჩება ამ პოლუსებისკენ.
ანაფაზაში დობილი ქრომატიდები ერთმანეთისგან განცალკევდება და მათ მიკრომილაკები უჯრედის საპირისპირო პოლუსებისკენ გაქაჩავენ.
  • ცილოვანი "წებო", რომელიც ორ დობილ ქრომატიდს ერთმანეთს უმაგრებდა, იშლება და ქრომატიდები განცალკევდება. ამ მომენტის შემდეგ მათ უკვე ქრომოსომები ეწოდებათ. წყვილიდან თითოეული ქრომოსომა უჯრედის საპირისპირო პოლუსისკენ მიემართება.
  • მიკრომილაკები, რომლებიც ქრომოსომებთან არაა დაკავშირებული, გრძელდება და ორ პოლუსს ერთმანეთისგან კიდევ უფრო აშორებს, რის გამოც უჯრედი წაგრძელებულ ფორმას იღებს.
ყველა ამ პროცესს მოტორული ცილები წარმართავენ, მოლეკულური მანქანები, რომლებიც მიკრომილაკების ლიანდაგებზე მოძრაობენ და თან ტვირთი მიაქვთ. მიტოზში მოტორულ ცილებს ქრომოსომები ან სხვა მიკრომილაკები გადააქვთ.
ტელოფაზა. თითისტარა ქრება და ქრომოსომათა თითოეული ნაკრების გარშემო ბირთვის მემბრანა ყალიბდება. თითოეულ ახალ ბირთვში ბირთვაკი ჩნდება. ქრომოსომები დეკონდენსაციას, ანუ გაშლას, იწყებენ.
ტელოფაზაში უჯრედს თითქმის დამთავრებული აქვს გაყოფა, მიმდინარეობს ციტოკინეზი (უჯრედის დანარჩენი შიგთავსის ორად გაყოფა) და ნელ-ნელა ჩვეული სტრუქტურები ხელახლა წარმოიქმნება.
  • მიტოზური თითისტარა შემადგენელ ნაწილებად იშლება.
  • ყალიბდება ორი ახალი ბირთვი, რომლებშიც ქრომოსომათა თითო ნაკრებია მოთავსებული. ბირთვის მემბრანა და ბირთვაკიც ხელახლა ჩნდება.
  • ქრომოსომები დეკონდენსაციას, ანუ გაშლას, იწყებენ და თავის ძაფისებრ ფორმას უბრუნდებიან.
ციტოკინეზი ცხოველურ და მცენარეულ უჯრედებში.
ციტოკინეზი ცხოველურ უჯრედში: უჯრედის შუა ნაწილს გარშემო აქტინის რგოლი შემოეჭირება და ჩაღრმავება, გაყოფის ღარი წარმოიქმნება.
ციტოკინეზი მცენარეულ უჯრედში: უჯრედის შუა ნაწილში უჯრედული ფირფიტა წარმოიქმნება და ყალიბდება ახალი უჯრედის კედელი, რომელიც შუაზე ყოფს დედა უჯრედს.
ციტოკინეზი, ანუ ციტოპლაზმის ორად გაყოფა ორი ახალი უჯრედის წარმოსაქმნელად, მიტოზის ბოლო ფაზების პარალელურად მიმდინარეობს. იგი შეიძლება ანაფაზაში ან ტელოფაზაში დაიწყოს (გააჩნია უჯრედის ტიპს) და ტელოფაზის შემდეგ მალევე რჩება.
ცხოველურ უჯრედებში ციტოკინეზი კუმშვადია, ანუ უჯრედის შუა ნაწილი ისე იჭმუხნება, როგორც პატარა ტომარა შუაში ძაფის შემოჭერისას. ეს "ძაფი" ცილა აქტინის ბოჭკოებისგან იქმნება, უჯრედის შუა ნაწილში გაჩენილ ჩაღრმავებას კი გაყოფის ღარი ეწოდება. მცენარეული უჯრედები ასე ვერ გაიყოფა, რადგან მათ უჯრედის კედელი აქვთ და ზედმეტად ხისტნი არიან. ამის ნაცვლად, უჯრედი შუა ნაწილში წარმოიქმნება სტრუქტურა უჯრედული ფირფიტა, რომლის მეშვეობითაც ორი შვილეული უჯრედი ახალი კედლით გამოიყოფა ერთმანეთისგან.
გაყოფის დასრულების შემდეგ ორ შვილეულ უჯრედს ვიღებთ. თითოეულ მათგანს ქრომოსომათა სრული ნაკრები აქვს, თავისი დობილის (და დედა უჯრედის) იდენტური. შვილეული უჯრედი თავის უჯრედულ ციკლს G1 ფაზით იწყებს.
ციტოკინეზის დასრულების შემდეგ ვიღებთ ორ ახალ უჯრედს, რომელთაგანაც თითოეულს დედა უჯრედის იდენტური ქრომოსომათა ნაკრები აქვს. შვილეულ უჯრედებს ამის შემდეგ საკუთარი "ცხოვრების" დაწყება შეუძლიათ და იმის მიხედვით, თუ რა "უნდათ, რომ გამოვიდნენ", როცა გაიზრდებიან, შეიძლება ისევ მიტოზით გაიყონ და ციკლი ხელახლა გამეორდეს.
სტატია ვრცელდება ლიცენზიით: CC BY-NC-SA 4.0.

წყაროები:

ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია. (27 მაისი, 2016. უჯრედის ციკლი. In OpenStax CNX. წყარო http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.53:1tJ55Ot6@7/The-Cell-Cycle.
Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). How cells divide. In Biology (10th ed., AP ed., pp. 187-206). New York, NY: McGraw-Hill.
Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). The cell cycle. In Campbell biology (10th ed., pp. 232-250). San Francisco, CA: Pearson.
იტვირთება