Co znamená slovo haploidní?

Proč buňky těla neustále rostou a reprodukují se? Mohou se dělit donekonečna? Co jsou interfáze, profáze a telofáze? Zeptali jsme se Ivana Polikarpova, učitele biologie na Foxford Home School, jak probíhají procesy mitózy a meiózy.

Ivan Polikarpov,
učitel biologie na Foxford Home School

Co je mitóza

V jedné z hodin v 9. ročníku se zabýváme velmi důležitými procesy, které se v těle vyskytují téměř neznatelně a nelze je řídit mozkem ani míchou a mozek by s největší pravděpodobností nezvládl tak obrovskou počet buněk.

V mnohobuněčném organismu existují různé typy buněk, které tvoří tkáně. Mitóza je hlavním mechanismem dělení téměř všech eukaryotických buněk, tedy buněk, které mají jádro. Existují také buňky, které se dělí meiózou.

Při procesu mitózy se mateřská buňka dělí na dceřiné buňky, dochází tak k růstu a obnově tkání a orgánů. Z hlediska genetické informace jsou všechny buňky našeho těla identické, kromě pohlavních buněk neboli gamet, které se objevily v důsledku meiózy. Odkud se berou rozdíly mezi buňkami různých tkání? V závislosti na tom, do jaké tkáně buňka patří, budou rozdíly v implementaci genů. Svalové buňky budou produkovat proteiny svalových vláken, které pak povedou ke svalové kontrakci, a buňky štítné žlázy budou produkovat hormony, které ovlivní rychlost růstu těla nebo metabolismus. Navzdory stejné sadě genů fungují v různých buňkách různé geny.

V existenci buňky nebo buněčného cyklu lze rozlišit dvě období. Mitóza je druhé období, kdy se buňka dělí. Většinu buněčného cyklu zabírá první období – mezifáze. Během interfáze dochází:

• růst buněk,
• syntéza bílkovin a dalších organických látek buňky,
• tvorba organel.

Během interfáze dochází k aktivní syntéze a akumulaci látek nezbytných pro buněčné dělení. Interfáze je rozdělena do tří fází:

• G1 fáze (presyntetická) — buňka roste, syntetizují se organické látky a tvoří se organely.
• S-fáze (syntetika) – DNA replikace (vytvoření dvou dceřiných molekul DNA na základě rodičovské molekuly DNA). Dvě kopie stejné molekuly DNA se nazývají sesterské chromatidy. Obě sesterské chromatidy, pokud jsou spojeny centromerou, tvoří replikovaný chromozom. Po oddělení chromatid během buněčného dělení se nazývají dceřiné chromozomy. To znamená, že chromatidy jsou poloviny replikovaných chromozomů, které se během procesu dělení stávají autonomními strukturami a mění se na chromozomy. Každý chromozom tedy představuje buď jednu molekulu DNA, nebo před buněčným dělením dvě absolutně identické kopie jedné molekuly DNA.
• ‍G2 fáze (postsyntetická) — buňka se připravuje na dělení: syntetizují se bílkoviny, hromadí se zásoba látek bohatých na energii (ATP a glukóza).

Když jsou všechny tyto procesy dokončeny, buňka vstoupí do fáze dělení zvané mitóza.

Ve schématech dělení je haploidní sada chromozomů označena písmenem n a sada molekul DNA (tedy chromatid) písmenem c. Počet haploidních sad je uveden před písmeny: 1n2c – haploidní sada zdvojených chromozomů, 2n2c – diploidní sada jednoduchých chromozomů, 2n4c – diploidní sada zdvojených chromozomů.

Příklad. V lidských buňkách se haploidní sada skládá z 23 chromozomů. To znamená, že 2n2c znamená 46 chromozomů a 46 chromatid a 2n4c znamená 46 chromozomů a 92 chromatid.

Mitóza je rozdělena do čtyř fází (zpočátku mají buňky chromozomovou sadu 2n2c):

• Profáze (2n4c) – spirálizace chromozomů, destrukce jaderné membrány, vznik dělicího vřeténka.
• Metafáze (2n4c) – připojení chromozomů k závitům vřeténka; chromozomy tvoří rovníkovou (metafázovou) desku.
• Anafáze (4n4c) – oddělují sa centromery sesterských chromatid, zkracují se závity vřeténka, následkem čehož se dceřiné chromatidy přesouvají k opačným pólům. Tento pohyb pokračuje, dokud chromatidy, které se staly nezávislými chromozomy, nedosáhnou pólů.
• ‍Telofáze (2n2c) – despiralizace chromozomů; tvorba jaderné membrány; dělení cytoplazmy (cytokineze).

Některé buňky vstupují do fáze G0 (fáze klidu), během které jsou v klidu a nedělí se, ale jsou schopny plnit své hlavní funkce.

Mitóza je potřeba k rovnoměrnému rozložení chromozomů ve výsledných buňkách, každý z nich by jich měl mít přesně 46. Pokud je v buňkách 45 nebo 47 chromozomů, odumřou. Také díky mitóze rostou tkáně a orgány a dochází k regeneraci.

Co je meióza

Když ve třídě přejdeme k další části, meióze, musíme pochopit, že počet procesů, které se vyskytují během dělení, se zvyšuje. Nejdůležitější věcí, které obvykle věnujeme pozornost, je křížení a nezávislá segregace chromozomů. Tyto procesy zajišťují genetickou rozmanitost gamet a získání různorodých potomků je velmi důležité, protože není známo, jak se změní podmínky prostředí.

Druhý způsob dělení eukaryotické buňky je redukční dělení buněk. Jde o proces buněčného dělení, při kterém vznikají dceřiné buňky – gamety. U mužů je to spermie a u žen vajíčko. Gamety dostávají pouze polovinu genetické informace rodičovské buňky. Jiný název pro meiózu je redukční dělení, protože počet chromozomů je poloviční.

Gamety se pak mohou spojit a vytvořit novou buňku, která kombinuje genetickou informaci z obou rodičovských buněk – zygotu. Proces fúze zárodečných buněk se nazývá oplodnění. Ze zygoty se vytvoří nový organismus. Každá lidská gameta obsahuje 23 chromozomů – haploidní sadu (n). Když se gamety spojí, výsledkem je zygota se 46 chromozomy – diploidní sada (2n).

Během meiózy se jedna buňka se 46 chromozomy dělí dvakrát. První dělení se nazývá meióza I, druhé dělení je meióza II. Interfáze mezi oběma stupni meiotického dělení je tak krátká, že je prakticky nepostřehnutelná a nedochází v ní k duplikaci DNA. Výsledkem jsou čtyři dceřiné buňky, každá s 23 chromozomy.

Meióza I je rozdělena do čtyř fází, podobně jako fáze mitózy (zpočátku mají buňky chromozomovou sadu 2n2c):

• Profáze I (2n4c) – zabere 90 % času. Molekuly DNA se zkroutí a vytvoří se replikované chromozomy. Každý chromozom se skládá ze dvou sesterských chromatid. Dochází ke konjugaci chromozomů: homologní replikované chromozomy se spojují, vážou a tvoří bivalenty (tetrady), v každém bivalentu jsou čtyři sesterské chromatidy (z řec. tetra – čtyři). Pak se to stane přecházet – výměna úseků mezi homologními chromozomy. Jaderná membrána se rozpouští. Nukleoly jsou zničeny. Vznikne štěpné vřeteno.
• ‍Metafáze I (2n4c) – bivalenty se řadí na rovníku buňky, přičemž orientace centromer k pólům je zcela náhodná.
• Anafáze I (chromozomální sada na konci anafáze: na pólech – 1n2c, v buňce – 2n4c) – homologní replikované chromozomy se pohybují na různé póly. V důsledku náhodné orientace centromer je distribuce chromozomů k pólům také náhodná, protože závity vřeténka jsou připojeny náhodně.
• ‍Telofáze I (1n2c) – dochází k despiralizaci chromozomů. Pokud je mezifáze mezi děleními dlouhá, může se vytvořit nový jaderný obal.

Meióza II je rozdělena do čtyř podobných fází:

• Profáze II (1n2c) – vzniká nové štěpné vřeteno, jaderná membrána se rozpouští, pokud vznikla v telofázi I.
• Metafáze II (1n2c) – replikované chromozomy se seřadí v ekvatoriální části buňky a závity vřeténka jsou připojeny k centromerám.
• Anafáze II (sada chromozomů na každém pólu je 1n1c, v buňce – 2n2c) – centromery se rozdělí, dvouchromatidové replikované chromozomy se oddělí a nyní se ke každému pólu přesune chromozom s jednou chromatidou.
• ‍Telofáze II (1n1c) – dochází k despiralizaci chromozomů, tvorbě jaderných membrán a separaci cytoplazmy; Výsledkem dvou dělení jsou čtyři haploidní dceřiné buňky z diploidní mateřské buňky.

Biologickým významem meiózy je tvorba gamet u živočichů a spor u rostlin, tvorba nových genových kombinací.

A tento diagram jsme vymysleli přímo ve třídě, protože se ukázalo, že v prezentaci nebyla žádná ilustrace, která by komplexně popsala rozdíly v mitóze a meióze, ukázala, které chromozomy končí v různých buňkách a jak pochopit, co je 2n4c.

Rozdíl mezi mitózou a meiózou

• Mitóza má jedno dělení, meióza má dvě.
• Mitóza je druh buněčného dělení, který je nezbytný pro růst a vývoj těla, a meióza je nezbytná pro tvorbu zárodečných buněk.
• Mitóza produkuje dvě diploidní buňky a meióza produkuje čtyři haploidní buňky.
• Mitóza je základem nepohlavní reprodukce, na rozdíl od meiózy.
• V důsledku mitózy vznikají geneticky identické buňky a při meióze jsou díky náhodné divergenci chromozomů a křížení dceřiné buňky navzájem geneticky odlišné.
• Procesy mitózy a meiózy v buňkách zvířat, rostlin a hub se liší: mitóza téměř všech živočišných buněk je regulována buněčným centrem, tvoří vřeteno dělení. V buňkách hub a vyšších rostlin není žádné buněčné centrum, protože existuje buněčná stěna.

Mutace a zastavení dělení

Mutace se neustále vyskytují v jádrech buněk našeho těla, v DNA. Při kopírování DNA během procesu replikace dochází k poměrně velkému počtu mutací. Mutace mohou být prospěšné, škodlivé nebo neutrální. Prospěšné mohou buňkám poskytnout „superschopnost“; neutrální nijak neovlivní výkon buňky, ale škodlivé mohou vést k vážným následkům, například se buňka může stát rakovinnou nebo začít hůře plnit své funkce.

V lidském těle je v průměru asi 30 bilionů buněk.

Nakonec se buňky přestanou reprodukovat. Hayflick limit nebo Hayflick limit, – Jedná se o omezení počtu buněčných dělení živého organismu. V roce 1961 americký mikrobiolog Leonard Hayflick objevil, že buňky se mohou v lidském buněčném systému před smrtí rozdělit 50–52krát. Limit počtu buněčných dělení souvisí s velikostí telomer – oblastí na koncích DNA. V kmenových a embryonálních buňkách však působí speciální enzym telomeráza, který telomery obnovuje a tyto buňky se mohou dělit donekonečna.

Brzy se vám ozveme!

Nebo vám napíšeme e-mail, pokud se nemůžete dovolat po telefonu.