Definicja podziału komórki

Dział komórki to proces, przez który przechodzą komórki, aby się podzielić. Istnieje kilka rodzajów podziału komórek, w zależności od tego, jaki typ organizmu dzieli się. Organizmy ewoluowały w czasie, aby mieć różne i bardziej złożone formy podziału komórek. Większość prokariotów, czyli bakterii, wykorzystuje rozszczepienie binarne do podziału komórki. Eukarionty wszystkich rozmiarów wykorzystują mitozę do podziału. Eukarionty rozmnażające się płciowo używają specjalnej formy podziału komórkowego zwanej mejozą, aby zredukować zawartość genetyczną w komórce. Jest to konieczne w rozmnażaniu płciowym, ponieważ każde z rodziców musi przekazać tylko połowę wymaganego materiału genetycznego, w przeciwnym razie potomstwo miałoby zbyt dużo DNA, co może stanowić problem. Te różne typy podziału komórki są omówione poniżej.

Typy podziału komórki

Prokariotyczny podział komórki

Prokariota replikuje się poprzez typ podziału komórki znany jako rozszczepienie binarne. Prokariota jest prostym organizmem, z tylko jedną błoną i bez podziału wewnętrznego. Tak więc, kiedy prokariota się dzieli, po prostu replikuje DNA i dzieli się na pół. Proces ten jest nieco bardziej skomplikowany, ponieważ DNA musi być najpierw odwijane przez specjalne białka. Chociaż DNA u prokariotów zwykle występuje w postaci pierścienia, może się ono dość mocno poplątać, gdy jest wykorzystywane przez komórkę. Aby skutecznie skopiować DNA, musi ono zostać rozciągnięte. Pozwala to również na rozdzielenie dwóch nowych pierścieni DNA po ich wytworzeniu. Dwie nici DNA rozdzielają się na dwie różne strony komórki prokariota. Komórka wydłuża się, a następnie dzieli w środku. Proces ten można zobaczyć na poniższym obrazku.

DNA jest splątaną linią. Pozostałe składniki są oznaczone. Plazmidy to małe pierścienie DNA, które również są kopiowane podczas rozszczepienia binarnego i mogą być pobierane w środowisku, z martwych komórek, które się rozpadają. Plazmidy te mogą być następnie dalej replikowane. Jeśli plazmid jest korzystny, będzie się zwiększał w danej populacji. W ten sposób częściowo dochodzi do oporności bakterii na antybiotyki. Rybosomy to małe struktury białkowe, które pomagają w produkcji białek. Są one również replikowane, więc każda komórka może mieć wystarczająco dużo do funkcjonowania.

Podział komórek eukariotycznych: Mitoza

Organizmy eukariotyczne mają organelle związane z błoną i DNA, które istnieje na chromosomach, co sprawia, że podział komórki jest trudniejszy. Eukariota musi replikować swoje DNA, organelle i mechanizmy komórkowe przed podziałem. Wiele z organelli dzieli się przy użyciu procesu, który jest zasadniczo rozszczepieniem binarnym, co prowadzi naukowców do przekonania, że eukarionty zostały utworzone przez prokarionty żyjące wewnątrz innych prokariontów.

Po replikacji DNA i organelli podczas interfazy cyklu komórkowego, eukarionty mogą rozpocząć proces mitozy. Proces ten rozpoczyna się podczas profazy, kiedy chromosomy ulegają kondensacji. Jeśli mitoza przebiegałaby bez kondensacji chromosomów, DNA uległoby splątaniu i rozpadowi. Eukariotyczny DNA jest związany z wieloma białkami, które mogą go składać w złożone struktury. W miarę jak mitoza przechodzi do metafazy, chromosomy układają się w środku komórki. Każda połowa chromosomu, zwana chromatydami siostrzanymi, ponieważ są one replikowanymi kopiami siebie nawzajem, zostaje rozdzielona na każdą połowę komórki w miarę postępu mitozy. Na końcu mitozy inny proces, zwany cytokinezą, dzieli komórkę na dwie nowe komórki córki.

Wszystkie organizmy eukariotyczne wykorzystują mitozę do podziału swoich komórek. Jednak tylko organizmy jednokomórkowe używają mitozy jako formy rozmnażania. Większość organizmów wielokomórkowych rozmnaża się płciowo i łączy swoje DNA z DNA innego organizmu, aby się rozmnażać. W takich przypadkach, organizmy potrzebują innej metody podziału komórek. Mitoza daje identyczne komórki, ale mejoza wytwarza komórki z połową informacji genetycznej zwykłej komórki, co pozwala na połączenie dwóch komórek pochodzących z różnych organizmów tego samego gatunku.

Podział komórek eukariotycznych: Meiosis

W zwierzętach rozmnażających się płciowo, zwykle konieczne jest zredukowanie informacji genetycznej przed zapłodnieniem. Niektóre rośliny mogą istnieć ze zbyt wieloma kopiami kodu genetycznego, ale w większości organizmów posiadanie zbyt wielu kopii jest wysoce szkodliwe. Ludzie posiadający nawet jedną dodatkową kopię jednego chromosomu mogą doświadczyć szkodliwych zmian w swoim organizmie. Aby temu przeciwdziałać, organizmy rozmnażające się płciowo przechodzą typ podziału komórek zwany mejozą. Tak jak przed mitozą, DNA i organelle są replikowane. Proces mejozy obejmuje dwa różne podziały komórkowe, które zachodzą równolegle. W pierwszej mejozie, mejozie I, dochodzi do rozdzielenia chromosomów homologicznych. Chromosomy homologiczne obecne w komórce reprezentują dwa allele każdego genu, który posiada organizm. Te allele są rekombinowane i rozdzielane, więc powstałe komórki córki mają tylko jeden allel dla każdego genu i nie mają homologicznych par chromosomów. Drugi podział, mejoza II, rozdziela dwie kopie DNA, podobnie jak w mitozie. Końcowy wynik mejozy w jednej komórce to 4 komórki, każda z tylko jedną kopią genomu, co stanowi połowę normalnej liczby.

Organizmy zazwyczaj pakują te komórki w gamety, które mogą podróżować do środowiska, aby znaleźć inne gamety. Kiedy spotkają się dwie gamety odpowiedniego typu, jedna zapłodni drugą i wytworzy zygotę. Zygota jest pojedynczą komórką, która przejdzie mitozę, by wytworzyć miliony komórek niezbędnych do powstania dużego organizmu. Tak więc większość eukariontów wykorzystuje zarówno mitozę, jak i mejozę, ale na różnych etapach cyklu życia.

Etapy podziału komórki

Zależnie od tego, jaki typ podziału komórki wykorzystuje organizm, etapy mogą być nieco inne.

Etapy mitozy

Mitoza rozpoczyna się od profazy, w której chromosom jest skondensowany. Komórka przechodzi do metafazy, gdzie chromosomy są wyrównane na płytce metafazowej. Następnie chromosomy zostają rozdzielone w anafazie, a cytoplazma komórki zostaje ściśnięta podczas telofazy. Cytokineza jest ostatnim procesem, który przerywa błonę komórkową i dzieli komórkę na dwie części.

Etapy mejozy

Etapy mejozy są podobne do mitozy, ale chromosomy zachowują się inaczej. Mejoza ma dwie fazy, które obejmują dwa oddzielne podziały komórek bez replikacji DNA między nimi. Mejoza I i mejoza II mają te same 4 etapy co mitoza: profazę, metafazę, anafazę i telofazę. Cytokineza kończy obie rundy mejozy.

W profazie I chromosomy są skondensowane. W metafazie I, chromosomy ustawiają się w poprzek od swoich par homologicznych. Kiedy są rozdzielane w anafazie I i telofazie I, w każdej komórce znajduje się tylko jedna forma każdego genu, zwana podziałem redukcyjnym. Mejoza II przebiega w taki sam sposób jak mitoza, w której chromatydy siostrzane dzielą się na płytce metafazowej. W telofazie II powstają 4 komórki, z których każda posiada połowę alleli komórki rodzicielskiej i tylko jedną kopię genomu. Komórki te mogą teraz stać się gametami i połączyć się ze sobą, tworząc nowe organizmy.

Quiz

1. Komórki somatyczne to komórki, które wypełniają ciało i muszą się rozmnażać, aby naprawić szkody. Komórki gametyczne to komórki, które wytwarzają gamety. Jakiemu typowi podziału komórkowego ulegają poszczególne typy komórek? Somatyczna= mitoza; Gametyczna= mejoza
B. Somatyczna= mitoza; Gametyczna= mejoza i mitoza
C. Somatyczna= mitoza i mejoza; Gametyczna= mejoza i mitoza

2. Mitochondria są organellami w komórkach, które tworzą ATP, cząsteczkę używaną do produkcji energii. Mitochondria muszą się replikować wewnątrz komórki, oddzielnie od mitozy lub mejozy, aby regulować ilość dostarczanej energii. W mitochondriach znajduje się pierścień DNA, który kontroluje metabolizm mitochondrialny. Ten mtDNA jest replikowany, mitochondria wydłużają się i dzielą na pół. Jaki jest to typ podziału komórki?
A. Rozszczepienie binarne
B. Mitoza
C. Mejoza

3. Ewolucja zależy od udanej replikacji DNA. W rzeczywistości całe DNA na Ziemi pochodzi tylko z jednej lub dwóch oryginalnych komórek, a większość organizmów jest ze sobą spokrewniona. Co jest odpowiedzialne za różne formy życia?
A. Mutacja
B. Rekombinacja genetyczna
C. Oba