Definice buněčného dělení

Buněčné dělení je proces, kterým procházejí buňky při dělení. Existuje několik typů buněčného dělení v závislosti na tom, jaký typ organismu se dělí. Organismy se v průběhu času vyvíjely tak, aby měly různé a složitější formy buněčného dělení. Většina prokaryot neboli bakterií používá k dělení buňky binární dělení. Eukaryota všech velikostí používají k dělení mitózu. Pohlavně se rozmnožující eukaryota používají ke zmenšení genetického obsahu v buňce zvláštní formu buněčného dělení zvanou meióza. To je při pohlavním rozmnožování nezbytné, protože každý rodič musí dát pouze polovinu potřebného genetického materiálu, jinak by potomek měl příliš mnoho DNA, což může být problém. Tyto různé typy buněčného dělení jsou popsány níže.

Typy buněčného dělení

Dělení prokaryotických buněk

Prokaryota se replikují pomocí typu buněčného dělení známého jako binární dělení. Prokaryota jsou jednoduché organismy, mají pouze jednu membránu a nedělí se vnitřně. Když se tedy prokaryota dělí, jednoduše replikují DNA a rozdělí se na polovinu. Tento proces je o něco složitější, protože DNA musí být nejprve rozbalena pomocí speciálních bílkovin. Ačkoli DNA u prokaryot obvykle existuje v kruhu, může se při použití buňkou docela zamotat. Aby bylo možné DNA účinně kopírovat, musí být roztažena. To také umožňuje, aby se dva nově vytvořené prstence DNA po vytvoření oddělily. Dvě vlákna DNA se oddělí na dvou různých stranách prokaryotní buňky. Buňka se pak prodlouží a uprostřed se rozdělí. Tento proces je vidět na následujícím obrázku.

DNA je spletená linie. Ostatní složky jsou označeny. Plazmidy jsou malé kroužky DNA, které se také kopírují během binárního dělení a mohou být zachyceny v prostředí, z mrtvých buněk, které se rozpadají. Tyto plazmidy se pak mohou dále replikovat. Pokud je plazmid prospěšný, v populaci ho přibývá. Částečně tak dochází k rezistenci bakterií vůči antibiotikům. Ribozomy jsou malé bílkovinné struktury, které pomáhají vyrábět bílkoviny. Jsou také replikovány, aby jich každá buňka měla dostatek pro své fungování.

Dělení eukaryotických buněk: Mitoza

Eukaryotické organismy mají organely vázané na membrány a DNA, která existuje na chromozomech, což ztěžuje dělení buněk. Eukaryota musí před dělením replikovat svou DNA, organely a buněčné mechanismy. Mnoho organel se dělí pomocí procesu, který je v podstatě binárním dělením, což vede vědce k domněnce, že eukaryota vznikla tak, že prokaryota žila uvnitř jiných prokaryot.

Po replikaci DNA a organel během interfáze buněčného cyklu mohou eukaryota zahájit proces mitózy. Tento proces začíná během profáze, kdy dochází ke kondenzaci chromozomů. Pokud by mitóza probíhala bez kondenzace chromozomů, DNA by se zamotala a zlomila. Eukaryotická DNA je spojena s mnoha bílkovinami, které ji mohou skládat do složitých struktur. Při postupu mitózy do metafáze se chromozomy seřadí uprostřed buňky. Každá polovina chromozomu, známá jako sesterské chromatidy, protože se jedná o vzájemně replikované kopie, se při postupu mitózy rozdělí do každé poloviny buňky. Na konci mitózy se buňka dalším procesem zvaným cytokineze rozdělí na dvě nové dceřiné buňky.

Všechny eukaryotické organismy používají k dělení svých buněk mitózu. Mitózu jako formu rozmnožování však používají pouze jednobuněčné organismy. Většina mnohobuněčných organismů se rozmnožuje pohlavně a při rozmnožování kombinuje svou DNA s DNA jiného organismu. V těchto případech potřebují organismy jiný způsob dělení buněk. Mitóza dává identické buňky, ale meióza vytváří buňky s polovinou genetické informace běžné buňky, což umožňuje spojení dvou buněk z různých organismů stejného druhu.

Eukaryotické dělení buněk: Meióza

U pohlavně se rozmnožujících živočichů je obvykle nutné před oplozením snížit genetickou informaci. Některé rostliny mohou existovat s příliš mnoha kopiemi genetického kódu, ale u většiny organismů je příliš mnoho kopií velmi škodlivé. U lidí, kteří mají i jednu kopii jednoho chromozomu navíc, může dojít ke škodlivým změnám v jejich těle. Aby se tomu zabránilo, podstupují pohlavně se rozmnožující organismy typ buněčného dělení známý jako meióza. Stejně jako před mitózou dochází k replikaci DNA a organel. Proces meiózy obsahuje dvě různá buněčná dělení, která probíhají zády k sobě. První meióza, meióza I, odděluje homologní chromozomy. Homologní chromozomy přítomné v buňce představují dvě alely každého genu, které organismus má. Tyto alely jsou rekombinovány a odděleny, takže výsledné dceřiné buňky mají pouze jednu alelu pro každý gen a žádné homologní páry chromozomů. Při druhém dělení, meióze II, se oddělují dvě kopie DNA, podobně jako při mitóze. Konečným výsledkem meiózy v jedné buňce jsou 4 buňky, z nichž každá má pouze jednu kopii genomu, což je polovina normálního počtu.

Organismy obvykle tyto buňky balí do gamet, které mohou cestovat do okolí a hledat další gamety. Když se setkají dvě gamety správného typu, jedna oplodní druhou a vznikne zygota. Zygota je jediná buňka, která projde mitózou a vytvoří miliony buněk potřebných pro vznik velkého organismu. Většina eukaryot tedy používá jak mitózu, tak meiózu, ale v různých fázích svého životního cyklu.

Fáze buněčného dělení

V závislosti na tom, který typ buněčného dělení organismus používá, se mohou fáze mírně lišit.

Fáze mitózy

Mitóza začíná profází, ve které dochází ke kondenzaci chromozomů. Buňka přechází do metafáze, kde jsou chromozomy zarovnány na metafázní destičce. Poté se chromozomy oddělí v anafázi a během telofáze se cytoplazma buňky přitiskne k sobě. Cytokineze je závěrečný proces, při kterém se rozlomí buněčná membrána a buňka se rozdělí na dvě části.

Fáze meiózy

Fáze meiózy jsou podobné mitóze, ale chromozomy se chovají jinak. Meióza má dvě fáze, které zahrnují dvě samostatná buněčná dělení, aniž by se mezi nimi replikovala DNA. Meióza I a meióza II mají stejné 4 fáze jako mitóza: profázi, metafázi, anafázi a telofázi. Cytokineze uzavírá obě kola meiózy.

V profázi I dochází ke kondenzaci chromozomů. V metafázi I se chromozomy řadí napříč od svých homologních párů. Když se v anafázi I a telofázi I oddělí, je v každé buňce pouze jedna forma každého genu, což se nazývá redukční dělení. Meióza II probíhá stejně jako mitóza, při níž se sesterské chromatidy dělí na metafázové destičce. V telofázi II existují 4 buňky, z nichž každá má polovinu alel jako mateřská buňka a pouze jednu kopii genomu. Tyto buňky se nyní mohou stát gametami a splynout dohromady za vzniku nových organismů.

Kvíz

1. Somatické buňky jsou buňky, které vyplňují tělo a musí se rozmnožovat, aby opravily poškození. Gametické buňky jsou buňky, které vytvářejí gamety. Kterému typu buněčného dělení podléhají jednotlivé typy buněk?
A. Somatické= mitóza; Gametické= meióza
B. Somatické= mitóza; Gametické= meióza a mitóza
C. Somatická= mitóza a meióza; Gametická= meióza a mitóza

2. Mitochondrie jsou organely v buňkách, které vytvářejí ATP, molekulu používanou pro energii. Mitochondrie se musí replikovat uvnitř buňky, odděleně od mitózy nebo meiózy, aby regulovaly množství dodávané energie. V mitochondriích se nachází prstenec DNA, který řídí mitochondriální metabolismus. Tato mtDNA se replikuje, mitochondrie se prodlužuje a dělí se na poloviny. O jaký typ buněčného dělení se jedná?
A. Binární dělení
B. Mitóza
C. Meióza

3. Evoluce závisí na úspěšné replikaci DNA. Ve skutečnosti veškerá DNA na Zemi pochází pouze z jedné nebo dvou původních buněk a většina organismů je navzájem příbuzná. Co je zodpovědné za různé formy života?
A. Mutace
B. Genetická rekombinace
C. Obojí