Solunjakautumisen määritelmä

Solunjakautuminen on prosessi, jonka solut käyvät läpi jakautuakseen. Solunjakautumista on useita eri tyyppejä riippuen siitä, minkälainen organismi jakautuu. Organismit ovat ajan myötä kehittyneet niin, että niillä on erilaisia ja monimutkaisempia solunjakautumismuotoja. Useimmat prokaryootit eli bakteerit käyttävät solunjakautumiseen binääristä jakautumista. Kaiken kokoiset eukaryootit käyttävät jakautumiseen mitoosia. Sukupuolisesti lisääntyvät eukaryootit käyttävät erityistä solunjakautumismuotoa, meioosia, solun geneettisen sisällön vähentämiseksi. Tämä on välttämätöntä sukupuolisessa lisääntymisessä, koska kummankin vanhemman on annettava vain puolet tarvittavasta geneettisestä materiaalista, koska muuten jälkeläisillä olisi liikaa DNA:ta, mikä voi olla ongelma. Näitä eri solunjakautumistyyppejä käsitellään seuraavassa.

Solunjakautumisen tyypit

Prokaryoottien solunjakautuminen

Prokaryootit monistuvat solunjakautumistyypin avulla, joka tunnetaan nimellä binäärinen jakautuminen. Prokaryootit ovat yksinkertaisia organismeja, joilla on vain yksi kalvo ja joilla ei ole sisäistä jakautumista. Kun prokaryootti siis jakautuu, se yksinkertaisesti monistaa DNA:n ja jakautuu kahtia. Prosessi on hieman monimutkaisempi, sillä DNA:n on ensin purkauduttava erityisten proteiinien avulla. Vaikka prokaryoottien DNA on yleensä rengasmainen, se voi sotkeutua melkoisesti, kun solu käyttää sitä. Jotta DNA:ta voitaisiin kopioida tehokkaasti, se on venytettävä. Tämä mahdollistaa myös sen, että syntyneet kaksi uutta DNA-rengasta voidaan erottaa toisistaan sen jälkeen, kun ne on tuotettu. DNA:n kaksi säiettä erottuvat prokaryoottisolun kahdelle eri puolelle. Tämän jälkeen solu pitenee ja jakautuu keskeltä. Prosessi näkyy alla olevassa kuvassa.

DNA on sekoittunut viiva. Muut osat on merkitty. Plasmidit ovat pieniä DNA:n renkaita, jotka myös kopioituvat binäärisen fission aikana ja joita voidaan poimia ympäristöstä, kuolleista, hajoavista soluista. Näitä plasmideja voidaan sitten edelleen monistaa. Jos plasmidi on hyödyllinen, se lisääntyy populaatiossa. Bakteerien antibioottiresistenssi syntyy osittain näin. Ribosomit ovat pieniä proteiinirakenteita, jotka auttavat tuottamaan proteiineja. Niitäkin monistetaan, jotta jokaisella solulla on riittävästi toimintaa varten.

Eukaryoottisten solujen jakautuminen: Mitoosi

Eukaryoottisissa eliöissä on kalvoihin sidottuja organelleja ja kromosomeissa olevaa DNA:ta, mikä vaikeuttaa solunjakautumista. Eukaryoottien on monistettava DNA:nsa, organellinsa ja solumekanisminsa ennen jakautumista. Monet organelleista jakautuvat prosessin avulla, joka on pohjimmiltaan binäärinen fissio, mikä saa tutkijat uskomaan, että eukaryootit ovat syntyneet prokaryoottien asuessa toisten prokaryoottien sisällä.

Kun DNA ja organellit on monistettu solusyklin interfaasin aikana, eukaryootti voi aloittaa mitoosiprosessin. Prosessi alkaa profaasin aikana, jolloin kromosomit tiivistyvät. Jos mitoosi etenisi ilman kromosomien tiivistymistä, DNA sotkeutuisi ja katkeaisi. Eukaryoottiseen DNA:han liittyy monia proteiineja, jotka voivat taittaa sen monimutkaisiksi rakenteiksi. Kun mitoosi etenee metafaasiin, kromosomit asettuvat riviin solun keskelle. Kromosomien kumpikin puolikas, joita kutsutaan sisarkromatideiksi, koska ne ovat toistensa monistettuja kopioita, jakautuu solun kumpaankin puolikkaaseen mitoosin edetessä. Mitoosin lopussa toinen prosessi, jota kutsutaan sytokineesiksi, jakaa solun kahdeksi uudeksi tytärsoluksi.

Kaikki eukaryoottiset eliöt käyttävät mitoosia solujensa jakamiseen. Kuitenkin vain yksisoluiset eliöt käyttävät mitoosia lisääntymismuotona. Useimmat monisoluiset eliöt lisääntyvät sukupuolisesti ja yhdistävät DNA:nsa toisen eliön DNA:n kanssa lisääntyäkseen. Näissä tapauksissa organismit tarvitsevat toisenlaista solunjakautumismenetelmää. Mitoosi tuottaa identtisiä soluja, mutta meioosi tuottaa soluja, joiden geneettinen informaatio on puolet tavallisen solun geneettisestä informaatiosta, jolloin kaksi saman lajin eri organismien solua voi yhdistyä.

Eukaryoottinen solunjakautuminen: Meioosi

Sukupuolisesti lisääntyvillä eläimillä on yleensä tarpeen vähentää geneettistä informaatiota ennen hedelmöitystä. Joissakin kasveissa voi olla liikaa kopioita geneettisestä koodista, mutta useimmissa eliöissä on erittäin haitallista, jos kopioita on liikaa. Ihmiset, joilla on jopa yksi ylimääräinen kopio yhdestä kromosomista, voivat kokea haitallisia muutoksia kehossaan. Tämän vastapainoksi sukupuolisesti lisääntyvät organismit käyvät läpi eräänlaisen solunjakautumisen, joka tunnetaan nimellä meioosi. Kuten ennen mitoosia, DNA ja organellit monistuvat. Meioosiprosessi sisältää kaksi erilaista solunjakautumista, jotka tapahtuvat peräkkäin. Ensimmäisessä meioosissa, meioosi I:ssä, erotetaan homologiset kromosomit. Solussa olevat homologiset kromosomit edustavat organismin kunkin geenin kahta alleelia. Nämä alleelit yhdistetään uudelleen ja erotetaan toisistaan, joten syntyvissä tytärsoluissa on vain yksi alleeli kustakin geenistä eikä homologisia kromosomipareja. Toisessa jakautumisessa, meioosi II:ssa, DNA:n kaksi kopiota erotetaan toisistaan, aivan kuten mitoosissa. Meioosin lopputuloksena yhdessä solussa on neljä solua, joissa jokaisessa on vain yksi kopio genomista, mikä on puolet normaalista määrästä.

Organismit pakkaavat nämä solut tyypillisesti sukusoluiksi, jotka voivat matkustaa ympäristöön etsimään muita sukusoluja. Kun kaksi oikeantyyppistä sukusolua kohtaa, toinen hedelmöittää toisen ja tuottaa zygootin. Zygootti on yksittäinen solu, joka käy läpi mitoosin tuottaakseen miljoonia soluja, joita tarvitaan suuressa organismissa. Useimmat eukaryootit käyttävät siis sekä mitoosia että meioosia, mutta elinkaarensa eri vaiheissa.

Solunjakautumisen vaiheet

Sitä riippuen, kumpaa solunjakautumistyyppiä organismi käyttää, vaiheet voivat olla hieman erilaisia.

Mitoosin vaiheet

Mitoosi alkaa profaasilla, jossa kromosomi tiivistyy. Solu etenee metafaasiin, jossa kromosomit kohdistuvat metafaasilevylle. Sitten kromosomit erkanevat anafaasissa ja solun sytoplasma puristuu erilleen telopaasin aikana. Sytokinesis on viimeinen prosessi, joka rikkoo solukalvon ja jakaa solun kahtia.

Meioosin vaiheet

Meioosin vaiheet ovat samankaltaisia kuin mitoosin, mutta kromosomit toimivat eri tavalla. Meioosissa on kaksi vaihetta, jotka sisältävät kaksi erillistä solunjakautumista ilman, että DNA monistuu niiden välillä. Meioosi I:ssä ja meioosi II:ssa on samat neljä vaihetta kuin mitoosissa: profaasi, metafaasi, anafaasi ja telofaasi. Sytokinesis päättää molemmat meioosikierrokset.

Profaasi I:ssä kromosomit tiivistyvät. Metafaasi I:ssä kromosomit asettuvat vastakkain homologisista pareistaan. Kun ne erkanevat anafaasi I:ssä ja telofaasi I:ssä, kussakin solussa on vain yksi muoto kustakin geenistä, mitä kutsutaan pelkistäväksi jakautumiseksi. Meioosi II etenee samalla tavalla kuin mitoosi, jossa sisarkromatidit jakautuvat metafaasilevyllä. Telofaasi II:een mennessä soluja on neljä, joissa jokaisessa on puolet vanhemman solun alleeleista ja vain yksi kopio genomista. Solut voivat nyt muuttua sukusoluiksi ja fuusioitua toisiinsa luodakseen uusia organismeja.

Tehtävä

1. Somaattiset solut ovat soluja, jotka täyttävät elimistön, ja niiden täytyy lisääntyä vaurioiden korjaamiseksi. Geneettiset solut ovat soluja, jotka tuottavat sukusoluja. Minkä tyyppisen solunjakautumisen kumpikin solutyyppi käy läpi?
A. Somaattinen= mitoosi; Geneettinen= meioosi
B. Somaattinen= mitoosi; Gametic= meioosi ja mitoosi
C. Somaattinen= mitoosi ja meioosi; Gametic= meioosi ja mitoosi

2. Mitokondriot ovat solujen organelleja, jotka tuottavat ATP:tä, energiaan käytettävää molekyyliä. Mitokondrioiden on monistuttava solun sisällä, erillään mitoosista tai meioosista, jotta ne voivat säädellä toimitettavan energian määrää. Mitokondrioissa on DNA-rengas, joka ohjaa mitokondrioiden aineenvaihduntaa. Tämä mtDNA monistuu, mitokondrio pitenee ja jakautuu kahtia. Minkälainen solunjakautuminen on kyseessä?
A. Binäärinen jakautuminen
B. Mitoosi
C. Meioosi

3. Evoluutio on riippuvainen DNA:n onnistuneesta monistumisesta. Itse asiassa kaikki maapallolla oleva DNA on peräisin vain yhdestä tai kahdesta alkuperäisestä solusta, ja useimmat eliöt ovat sukua toisilleen. Mikä on vastuussa elämän eri muodoista?
A. Mutaatio
B. Geneettinen rekombinaatio
C. Molemmat