Szervezetosztódás definíciója
A sejtosztódás a sejtek osztódási folyamata. A sejtosztódásnak több típusa van, attól függően, hogy milyen típusú szervezet osztódik. A szervezetek az idők során úgy fejlődtek, hogy a sejtosztódás különböző és összetettebb formái alakultak ki. A legtöbb prokarióta, vagyis baktérium bináris osztódást használ a sejtosztódáshoz. A különböző méretű eukarióták a mitózist használják az osztódáshoz. Az ivarosan szaporodó eukarióták a sejtosztódás egy speciális formáját, a meiózist használják a sejt genetikai tartalmának csökkentésére. Erre azért van szükség az ivaros szaporodásban, mert mindkét szülőnek csak a szükséges genetikai anyag felét kell átadnia, különben az utódok túl sok DNS-t kapnának, ami problémát jelenthet. A sejtosztódás ezen különböző típusait az alábbiakban tárgyaljuk.
A sejtosztódás típusai
Prokarióta sejtosztódás
A prokarióták a sejtosztódás egy olyan típusán keresztül szaporodnak, amelyet bináris osztódásnak nevezünk. A prokarióták egyszerű szervezetek, csak egy membránnal és belső osztódással nem rendelkeznek. Így amikor egy prokarióta osztódik, egyszerűen megismétli a DNS-t és kettéválik. A folyamat ennél egy kicsit bonyolultabb, mivel a DNS-t először speciális fehérjéknek kell feltekerniük. Bár a DNS a prokariótákban általában gyűrű alakban létezik, a sejt általi használat során eléggé összegabalyodhat. A hatékony másoláshoz a DNS-t ki kell feszíteni. Ez lehetővé teszi azt is, hogy a létrehozott két új DNS-gyűrűt a keletkezésük után szét lehessen választani. A két DNS-szál a prokarióta sejt két különböző oldalán válik szét. A sejt ezután meghosszabbodik, és középen osztódik. A folyamat az alábbi képen látható.
A DNS a kusza vonal. A többi komponens fel van címkézve. A plazmidok kis DNS-gyűrűk, amelyek szintén a bináris hasadás során másolódnak, és a környezetből, a széteső, elhalt sejtekből is felvehetők. Ezeket a plazmidokat aztán tovább lehet sokszorosítani. Ha egy plazmid előnyös, akkor elszaporodik egy populációban. Részben így alakul ki az antibiotikum-rezisztencia a baktériumokban. A riboszómák olyan kis fehérjeszerkezetek, amelyek segítenek a fehérjék előállításában. Ezek is replikálódnak, hogy minden sejtnek legyen elég a működéshez.
Eukarióta sejtosztódás: Mitózis
Az eukarióta szervezetek membránhoz kötött organellumokkal és kromoszómákon létező DNS-sel rendelkeznek, ami nehezebbé teszi a sejtosztódást. Az eukariótáknak az osztódás előtt meg kell sokszorozniuk DNS-üket, organelláikat és sejtmechanizmusaikat. Sok organellum osztódik egy olyan folyamat segítségével, amely lényegében bináris osztódás, ami a tudósokat arra engedi következtetni, hogy az eukarióták más prokarióták belsejében élő prokariótákból alakultak ki.
Az eukarióta a sejtciklus interfázisa során a DNS és a szervsejtek replikációja után megkezdheti a mitózis folyamatát. A folyamat a profázis során kezdődik, amikor a kromoszómák kondenzálódnak. Ha a mitózis a kromoszómák kondenzálódása nélkül folytatódna, a DNS összegabalyodna és elszakadna. Az eukarióta DNS számos fehérjéhez kapcsolódik, amelyek összetett struktúrákba tudják hajtogatni. Ahogy a mitózis a metafázis felé halad, a kromoszómák a sejt közepén sorakoznak fel. A kromoszómák egyes felei, amelyeket testvérkromatidáknak neveznek, mivel egymás replikált másolatai, a mitózis előrehaladtával szétválnak a sejt mindkét felében. A mitózis végén egy másik, citokinézisnek nevezett folyamat osztja a sejtet két új leánysejtre.
Minden eukarióta szervezet a sejtosztódáshoz mitózist használ. Azonban csak az egysejtűek használják a mitózist a szaporodás egyik formájaként. A legtöbb többsejtű szervezet ivarosan szaporodik, és DNS-ét egy másik szervezet DNS-ével kombinálja a szaporodáshoz. Ezekben az esetekben a szervezeteknek más sejtosztódási módszerre van szükségük. A mitózis azonos sejteket eredményez, a meiózis azonban a normál sejt genetikai információjának felével rendelkező sejteket hoz létre, ami lehetővé teszi, hogy két azonos fajhoz tartozó, különböző szervezetből származó sejt egyesüljön.
Eukarióta sejtosztódás: Meiózis
A szexuálisan szaporodó állatoknál általában szükséges a genetikai információ csökkentése a megtermékenyítés előtt. Egyes növények létezhetnek a genetikai kód túl sok másolatával is, de a legtöbb élőlényben rendkívül káros a túl sok másolat. Az embereknél akár egy kromoszóma egy plusz példánya is káros változásokat okozhat a szervezetükben. Ennek ellensúlyozására az ivarosan szaporodó szervezetek egyfajta sejtosztódáson, a meiózison mennek keresztül. Mint a mitózis előtt, a DNS és a szervsejtek megismétlődnek. A meiózis folyamata két különböző sejtosztódást tartalmaz, amelyek egymás után következnek be. Az első meiózis, a meiózis I, szétválasztja a homológ kromoszómákat. A sejtben lévő homológ kromoszómák képviselik az egyes gének két allélját, amelyekkel a szervezet rendelkezik. Ezek az allélok rekombinálódnak és szétválnak, így a keletkező leánysejtek minden génhez csak egy alléllal rendelkeznek, és nincsenek homológ kromoszómapárok. A második osztódás, a meiózis II, a mitózishoz hasonlóan szétválasztja a DNS két példányát. A meiózis végeredménye egy sejtben 4 sejt, amelyek mindegyike a genomnak csak egy-egy példányával rendelkezik, ami a normális szám felét jelenti.
A szervezetek általában ezeket a sejteket ivarsejtekbe csomagolják, amelyek utazhatnak a környezetbe, hogy más ivarsejteket találjanak. Amikor két megfelelő típusú ivarsejt találkozik, az egyik megtermékenyíti a másikat, és zigóta keletkezik. A zigóta egyetlen sejt, amely mitózison megy keresztül, hogy létrehozza a nagy szervezethez szükséges több millió sejtet. A legtöbb eukarióta tehát mind a mitózist, mind a meiózist használja, de az életciklus különböző szakaszaiban.
Szervezetek sejtosztódási szakaszai
Attól függően, hogy egy szervezet melyik típusú sejtosztódást használja, a szakaszok kissé eltérőek lehetnek.
Mitózis szakaszai
A mitózis a profázissal kezdődik, amelyben a kromoszóma kondenzálódik. A sejt továbbhalad a metafázisba, ahol a kromoszómák a metafázislemezre igazodnak. Ezután a kromoszómák az anafázisban szétválnak, majd a sejt citoplazmája a telofázisban szétcsípődik. A citokinézis a végső folyamat, amely megszakítja a sejtmembránt és kettéosztja a sejtet.
Meiózis szakaszai
A meiózis szakaszai hasonlóak a mitózishoz, de a kromoszómák másképp viselkednek. A meiózisnak két fázisa van, amelyek két különálló sejtosztódást tartalmaznak anélkül, hogy a DNS replikálódna közöttük. A meiózis I és a meiózis II ugyanazzal a 4 fázissal rendelkezik, mint a mitózis: profázis, metafázis, anafázis és telofázis. A meiózis mindkét fordulóját a citokinézis zárja le.
A profázis I-ben a kromoszómák kondenzálódnak. Az I. metafázisban a kromoszómák homológ párjaikkal szemben sorakoznak. Amikor az I. anafázisban és az I. telofázisban szétválnak, minden sejtben minden génnek csak egy formája van, amit redukciós osztódásnak nevezünk. A meiózis II ugyanúgy zajlik, mint a mitózis, a testvérkromatidák a metafázislemezen osztódnak. A II. telofázisra 4 sejt keletkezik, amelyek mindegyike az allélok felével rendelkezik, mint az anyasejt, és a genomnak csak egyetlen példánya van. A sejtek most már ivarsejtekké válhatnak, és összeolvadva új szervezeteket hozhatnak létre.
Kvíz
1. A szomatikus sejtek a testet kitöltő sejtek, amelyeknek szaporodniuk kell a károsodások kijavításához. A gametikus sejtek olyan sejtek, amelyek ivarsejteket termelnek. Melyik típusú sejtosztódáson mennek keresztül az egyes sejttípusok?
A. Szomatikus= mitózis; Gametikus= meiózis
B. Szomatikus= mitózis; Gametikus= meiózis és mitózis
C. Szomatikus= mitózis és meiózis; Gametikus= meiózis és mitózis
2. A mitokondriumok a sejtekben található olyan szervsejtek, amelyek ATP-t, az energiához használt molekulát állítanak elő. A mitokondriumoknak a sejten belül, a mitózistól vagy a meiózistól elkülönülve kell szaporodniuk, hogy szabályozzák a szállított energia mennyiségét. A mitokondriumokban egy DNS-gyűrű található, amely a mitokondriumok anyagcseréjét szabályozza. Ez az mtDNS replikálódik, a mitokondrium megnyúlik, és kettéválik. Milyen típusú sejtosztódásról van szó?
A. Bináris osztódás
B. Mitózis
C. Meiózis
3. Az evolúció a DNS sikeres replikációjától függ. Valójában minden DNS a Földön csak egy vagy két eredeti sejtből származik, és a legtöbb élőlény rokonságban áll egymással. Mi felelős a különböző életformákért?
A. A mutáció
B. Genetikai rekombináció
C. Mindkettő