Mitoza i mejoza - porównanie

PODZIAŁ KOMÓRKI

Bardzo istotną właściwością żywej komórki jest jej zdolność dzielenia się, w konsekwencji czego powstają powstają komórki potomne, zupełnie podobne do komórki macierzystej, tylko początkowo od niej mniejsze. Za przekazywanie cech komórkom potomnym odpowiedzialne jest jądro. Dlatego podział jego musi odbywać się w taki sposób, aby jądra komórek potomnych miały taką samą zawartość, jak jądro komórki macierzystej.

Na podział komórki składają się dwa procesy: podział jądra, czyli kariokineza, i podział cytoplazmy, czyli cytokineza. Istnieją dwa typy podziału jądra: mitoza i mejoza.

MITOZA

Podział komórki rozpoczyna się podziałem jądra, który poprzedzony zostaje intensywną syntezą kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA). Dopiero po podwojeniu ilości DNA możliwe jest rozpoczęcie podziału.

Mitoza składa się z czterech kolejnych stadiów: profazy, metafazy, anafazy i telofazy przechodzących stopniowo jedno w drugie, bez wyraźnie zaznaczonych granic.

Tuż przed rozpoczęciem się profazy następuje podział centrioli. Centriol jest ziarenkowatym tworem znajdującym się w cytoplazmie, w pobliżu jądra. Podczas profazy potomne centriole zachowują się tak, jakby się wzajemnie odpychały i oddalając się od siebie ustawiają się na przeciwległych krańcach jądra komórkowego. Równocześnie części cytoplazmy przekształcają się w delikatne włókienka żelowe (mikrotubule). Część tych włókienek układa się promieniście wokół każdego centriolu, na podobieństwo szprych koła, tworząc tak zwaną astrosferę (gwiazdę). Inne włókienka żelowe natomiast formują się pomiędzy centriolami i łącząc je ze sobą tworzą wrzeciono podziałowe (kariokinetyczne) o biegunach wyznaczonych na każdym krańcu przez centriole.

Również podczas profazy błona jądrowa zwykle się rozpuszcza, jąderka rozpadają się, a chromosomy uwidoczniają. Jeszcze przed profazą każdy chromosom wytworzył dokładną kopię i ta podwojona forma staje się dobrze widoczna. Dwie nitki podwojonego chromosomu (zwane chromatydami), są ułożone równolegle. Łączą się one ze sobą w jednym punkcie – przy centromerach, będących wyspecjalizowanymi miejscami, które odpowiadają sobie położeniem na obu chromatydach. Pomiędzy centromerami a biegunami wrzeciona podziałowego wytwarzają się jeszcze włókienka.

Stadium metafazy rozpoczyna się w momencie, gdy połączone w pary chromatydy zaczynają się przemieszczać. Jeśli linię prostą, poprowadzoną między jednym biegunem a drugim, uznać za oś wrzeciona, to wówczas można określić, że połączone ze sobą pary chromatyd wędrują ku płaszczyźnie ustawionej pod kątem prostym do tej osi i przecinającej ją w połowie długości. Połączone w pary chromatydy ustawione w tej płaszczyźnie tworzą płytkę metafazową (równikową). W tym stadium (a niekiedy wcześniej) centromery oddzielają się od siebie, a dwie chromatydy z każdej pary stają się dzięki temu dwoma oddzielnymi chromosomami. Takie bliźniacze chromosomy zaczynają się teraz poruszać niezależnie, jeden ich zestaw wędruje w kierunku jednego bieguna wrzeciona, a identyczny bliźniaczy komplet – w kierunku drugiego. Okres wędrówki chromosomów do biegunów wrzeciona określany jest jako anafaza mitozy.

Gdy komplet chromosomów zgromadzony jest już w pobliżu każdego bieguna wrzeciona, włókienka wrzeciona i astrosfery zanikają. Wokół każdego kompletu chromosomów tworzy się nowa błona jądrowa, a chromosomy wytwarzają nowe jąderka w liczbie charakterystycznej la danego typu komórki. W ten sposób formują się dwa nowe jądra, a okres ich wytwarzania zwany jest telofazą mitozy.

Ostateczny podział cytoplazmy następuje po powstaniu jąder potomnych. W dzielących się komórkach zwierzęcych podczas telofazy, w płaszczyźnie równikowej komórki, powstaje bruzda, która stopniowo pogłębia się i dzieli cytoplazmę na dwie części. W komórkach roślinnych natomiast w obrębie wrzeciona cytokinetycznego, w płaszczyźnie równikowej komórki, następuje odkładanie substancji pektynowej oraz mikrofibrylli celulozowych, które budują nową ścianę dzielącą komórkę na dwie komórki potomne.

MEJOZA

Jedną z konsekwencji każdego procesu płciowego jest to, że zygota utworzona z dwóch gamet zawiera dwa razy więcej chromosomów niż pojedyncze gamety. Rozwijający się z zygoty organizm dorosły składa się więc z komórek wyposażonych również w podwójny garnitur chromosomów. W następnym więc pokoleniu wytworzonym płciowo liczba chromosomów powinna być już czterokrotnie wyższa. I gdyby ten proces trwał dalej, podwajanie liczby chromosomów w każdym następnym pokoleniu byłoby kontynuowane bez końca.

Przypadki takie nie zdarzają się jednak i liczba chromosomów znajdujących się w komórkach danego gatunku organizmu, pomimo zachodzących procesów płciowych, pozostaje jednakowa. Stałość ta utrzymuje się dzięki specjalnym podziałom jądra komórkowego, zwanym mejozą. W wielu przypadkach mejozie towarzyszy podział cytoplazmy i oba te wydarzenia łącznie określane są jako mejotyczne podziały komórki. Funkcja mejozy polega na zmniejszeniu o połowę liczby chromosomów, a tym samym na przeciwdziałaniu efektowi podwajania się liczby chromosomów w wyniku zapłodnienia. Niezredukowana liczba chromosomów przed mejozą oznaczana jest symbolem 2n i nazywana liczbą diploidalną. Zredukowana w wyniku mejozy liczba chromosomów, określana symbolem 1n, jest liczbą haploidalną.

Mejoza występuje w obrębie cyklów życiowych wszystkich organizmów, w których zachodzi proces płciowy. A zatem jest ona dość powszechna. Ale u poszczególnych organizmów mejoza może zachodzić w różnych miejscach i momentach ich cyklu życiowego.

Podczas mejozy zachodzą dwa sprzężone ze sobą podziały. Pierwszy rozpoczyna się, tak jak w mitozie, wyróżnicowaniem się chromosomów z substancji chromatynowej. Proces wyróżnicowania się chromosomów w profazie mejozy przebiega jednak inaczej niż w mitozie. Podczas gdy w mitozie formujące się z chromatyny chromosomy stosunkowo wcześnie dzielą się wzdłuż na połówki, czyli chromatydy, to w mejozie wyróżnicowujące się chromosomy są cienkie i przez długi czas nie podzielone. Podobne do siebie chromosomy, zwane chromosomami homologicznymi, zbliżają się ku sobie i układają parami, a następnie splatają się. Te pary chromosomów homologicznych noszą nazwę biwalentów. W dalszym etapie biwalenty grubieją i dopiero wówczas każdy dzieli się na dwie chromatydy, w konsekwencji czego każdy biwalent składa się z czterech chromatyd. Z kolei następuje rozplatanie się biwalentów, któremu towarzyszyć może pękanie chromatyd i wymiana ich odcinków w obrębie chromosomów homologicznych.

Zasadnicza różnica między mitozą a pierwszym podziałem mejotycznym dotyczy stadium metafazy. Podczas mitozy chromosomy , uprzednio podwojone i tworzące połączone w pary chromatydy, wędrują do płaszczyzny równikowej wrzeciona kariokinetycznego, gdzie wszystkie centromery ustawiają się w tej samej płaszczyźnie. Przy pierwszym podziale mejotycznym liczba 2n chromosomów podwaja się podczas profazy lub przed nią. 2n par chromatyd przesuwa się wówczas do płaszczyzny równikowej, lecz tylko połowa (n) par grupuje się w jednej płaszczyźnie. Pozostała połowa par wędruje do swojej płaszczyzny położonej równolegle do pierwszej. Charakterystyczne jest, że chromosomy homologiczne leżą naprzeciw siebie. Płytka równikowa zbudowana jest więc z dwóch zestawów połączonych w pary chromatyd, zwanych tetradami. Tetradą nazywamy więc zestaw czterech podobnych do siebie chromatyd leżących obok siebie. W całej płaszczyźnie znajduje się n takich tetrad.

W czasie anafazy do biegunów rozchodzą się nie chromatydy, lecz całe chromosomy, odciągane, podobnie jak w mitozie, przez włókna wrzeciona kariokinetycznego. W związku z tym w nowo tworzących się jądrach (telofazie) znajduje się liczba chromosomów o połowę mniejsza niż w jądrze przed podziałem. Dwa nowo powstałe jądra o zredukowanej liczbie chromosomów szybko zaczynają się dzielić na nowo. Chromosomy tych jąder, podzielone już na chromatydy, grubieją i teraz, jak w typowej matafazie, układają się obok siebie w równikowej płaszczyźnie wrzeciona. Wędrówkę ku biegunom, podobnie jak w mitozie, odbywają więc połówki chromosomów (chromatydy) i przechodzą opisane już wyżej przemiany, w wyniku których formują się dwa jądra potomne. Tak więc w konsekwencji dwóch podziałów składających się na mejozę powstają cztery jądra o liczbie chromosomów zredukowanej do połowy.

Fakt ten ma ogromne znaczenie dla organizmów rozmnażających się płciowo. Dwie płciowe komórki rozrodcze (gamety), łącząc się wnoszą do powstałej w ten sposób nowej komórki, zwanej zygotą, jądra zawierające po jednym komplecie chromosomów. Jądro zygoty ma więc teraz podwójną liczbę chromosomów charakterystyczną dla osobników danego gatunku.
Mejoza, dzięki redukcji liczby chromosomów o połowę, zapobiega więc ciągłemu zwiększaniu tej liczby w dalszych pokoleniach rozmnażających się płciowo, gdyż komórki rozrodcze wnoszą do zygoty zawsze po połowie liczby chromosomów (czyli 1n), dając w sumie diploidalną ich liczbę (czyli 2n).

Opisany wyżej podział komórki eukariotycznej charakterystyczny jest dla większości organizmów występujących na Ziemi – roślin, grzybów, pierwotniaków i zwierząt. Tylko dwie grupy organizmów – bakterie i sinice – należące do królestwa Monera mają komórki prokariotyczne, o odmiennej budowie, nie zawierające uorganizowanego jądra.