Celična Delitev - Mitoza in Mejoza

Razmnoževanje Celic

• Prokariontske celice: Cepitev
• Evkariontske celice: Delitev
• Namen:
  • Rast in razvoj
  • Obnova
  • Nadomestitev iztrošenih celic
  • Celjenje poškodb

Prokariontska Cepitev

• Celična stena in membrana
• Prokariontski kromosom (krožna DNA)
• Citoplazma
• Cepitev bakterijske celice:
  • Kromosom (DNA) se pritrdi na celično membrano.
  • Prokariontske celice se razmnožujejo s cepitvijo.
  • Podvojitev DNA
  • Pritrditev DNA na celično membrano
  • Molekuli DNA se ločita na nasprotna pola celice
  • Celica se podaljša (tvori se nova celična membrana in celična stena) in razcepi na dve celici.
  • Iz ene celice nastaneta dve genetsko identični hčerinski celici.
  • Cepitev je hitrejša in preprostejša od mitoze.
  • Ne sodeluje delitveno vreteno, ne razpade jedro.

Celični Cikel

• Obdobje od ene do druge delitve celice
  • Celična delitev:
    • Delitev jedra (MITOZA): Nastajanje dveh gensko identičnih jeder
    • Delitev citoplazme (CITOKINEZA)
  • Vmesno obdobje (INTERFAZA):
    • Rast celice
    • Podvajanje celičnih organelov
    • Podvajanje DNA
    • Priprava na delitev

Faze Celičnega Cikla

• G1 faza (rast celice)
• S faza (replikacija DNA)
• G2 faza (priprava na mitozo)
• M faza (mitoza)

Nadzorne Točke

• M kontrolna točka:
  • Ali je oblikovano delitveno vreteno?
  • Ali so kromosomi pripeti?
• G2 kontrolna točka:
  • Ali je DNA podvojena?
• G1 kontrolna točka:
  • Če ni signala, preide v nedelečo se fazo (G0 faza).
• Encimi na kontrolnih točkah so kinaze, ki dajejo zeleno luč za potek pospešenih reakcij.
  • Aktivirajo jih ciklini, rastni faktorji.
• Rakaste celice se ne odzivajo na regulacijske dejavnike celičnega cikla in se delijo nenadzorovano.
• Diferenciacija: Celična specializacija.

Faze Rasti

• Po delitvi materinske celice v dve hčerinski se hčerinski celici nahajata v fazi rasti G1 (growth).
  • Prevladujeta transkripcija in translacija dednega materiala v proteine.
  • Služi izgradnji celice.
• G1 fazi sledi S (synthesis) faza, kjer je osrednji proces podvajanje dednega materiala.
• S fazi sledi G2 faza.
  • Celica se pripravi na mitozo.
  • Sintetizirajo se proteini, ki so potrebni za mitozo (za kondenzacijo kromosomov in formacijo delitvenega vretena).
• Faza M je faza mitotske delitve.

Mitoza - Profaza

• Kromatin (DNA ovita na histonih) se zgoščuje, DNA postane vidna kot podaljšane nitke - oblikujejo se kromosomi.
• Podvojena kromosoma ostaneta povezana na zožitveni točki – centromeru.
  • To sta sestrski kromatidi.
• Izginjajo jedrca in jedrni ovoj, začne se izdelovati delitveno vreteno iz mikrotubulov.

Zgradba Kromosoma

• Dvojna vijačnica DNA se navije okrog beljakovin - histonov.
• Dvojna vijačnica z beljakovinami se zvije v kromatinsko nit.
• Kromatinska nit se zguba.
• Kromatinska nit se še bolj zguba v kromosom.
• Prikaz spiralizacije ali kondenzacije (zgoščevanja) kromatina v dvokromatidni kromosom.

Podvojeni Kromosom

• Kromatidi
• Centromer ali primarni zažetek
• DNA (dvojna vijačnica)
• Beljakovine - histoni
• Vsak kromosom v profazi in metafazi sestavljata dve sestrski kromatidi (zaradi podvojitve DNA v interfazi).
  • Imenujemo ga dvokromatidni kromosom.
  • Vsaka kromatida vsebuje eno molekulo DNA in beljakovine.
  • Kromatidi sta med seboj povezani v predelu centromera ali primarnega zažetka.

Mitoza - Metafaza

• Delitveno vreteno se žarkasto širi iz polov celice in se pritrdi na kromosome v območju centromerov.
• Kromosomi se razporedijo v ekvatorialni ravnini.

Mitoza - Anafaza

• Je najkrajša stopnja mitoze.
• Sestrski kromatidi se ločita in potujeta na nasprotna pola vretena.
• Kromosomi so na koncu te faze ločeni in se nahajajo na polih celice.

Mitoza - Telofaza

• Delitveno vreteno izgine, oblikuje se jedrna ovojnica, pojavijo se jedrca.
• Kromosomi se razrahljajo v kromatin.

Mitoza - Citokineza

• Rastlinska celica:
  • Vezikli, ki se odcepljajo od Golgijevega aparata se zberejo v ekvatorialni ravnini.
  • Pričnejo se zlivati v celično ploščo.
  • Vsebujejo sestavine za celično steno, njihove membrane pa se spojijo v celično membrano.
• Živalska celica:
  • Nastanek delitvene brazde v ekvatorialni ravnini.
  • Ta se poglablja dokler celice ne predeli.

Pomembno o Metafazi

• Kromosomi so najbolj vidni.
• Niti delitvenega vretena se pritrdijo na centromere dvokromatidnih kromosomov in dvokromatidne kromosome razporedijo.
• V tej fazi kromosome najlažje preštejemo, saj so najkrajši in najbolj vidni.

Pomembno o Anafazi

• Kromatidi vsakega kromosoma se ločita in delitveno vreteno ju pomika proti nasprotnima poloma.
• Proti poloma potujejo enokromatidni kromosomi.
• Na vsakem polu je enako število enokromatidnih kromosomov.

Pomembno o Telofazi

• Despiralizacija ali dekondenzacija enokromatidnih kromosomov - nastaja kromatin.
• Delitveno vreteno se razgradi.
• Izoblikujeta se jedrni ovoj in jedrce - nastaneta dve identični hčerinski jedri.

Delitev Citoplazme (Citokineza)

• Živalska celica: z delitveno brazdo - zažemanje citoplazme od zunanjosti proti središču.
• Rastlinska celica: z delitveno (s celično) ploščo – nastaja v ekvatorialni ravnini z zlivanjem veziklov Golgijevega aparata, od sredine proti robu celice.
• Hčerinski celici imata enako število istovrstnih kromosomov kot njuna starševska celica.
• Citokineza se začne že v anafazi mitoze.
• Citokineza se konča v telofazi mitoze.
• Delitev celice se zaključi s citokinezo, ki je predelitev citoplazme na dve novonastali celici.

Število Kromosomov in Molekul DNA

• Vsak kromosom vsebuje eno molekulo DNA (v G1 fazi).
• Po replikaciji (v S fazi), vsak kromosom vsebuje dve enaki molekuli DNA.
• Po delitvi (v G1 fazi), vsak kromosom ponovno vsebuje eno molekulo DNA.

Mitohondriji in Kloroplasti

• Delijo se samostojno.
• Njihova delitev je podobna cepitvi bakterijske celice.
• Namnožijo se, ko celica raste in se pripravlja na delitev.
• Vsaka novonastala celica jih prejme nekaj.
• Vsaka celica prejme tudi dedno informacijo zapisano v mitohondrijski in kloroplastni DNA.

Kariogram

• Somatske (telesne) človeške celice imajo diploidno število kromosomov: $2n = 46$
• Število kromosomov se skozi generacije ohranja.
• V diploidni celici človeka je 46 kromosomov.
• Kariogram človeških kromosomov (kromosomski pari so enake oblike, enake velikosti ter nosijo istovrstne gene v enakem zaporedju).
• 46 dvokromatidnih kromosomov.

Mejoza - Redukcijska Delitev

• Razvoj spolnih celic, pri katerih se število kromosomov zmanjša na polovico.
• Spolne celice so haploidne: $1n = 23$
• Vključuje dve zaporedni delitvi.
• Odvija se v spolnih žlezah.
  • Jajčniki (ovariji) – jajčeca (oogeneza)
  • Moda (testisi) – semenčica (spermatogeneza)
• Po osemenitvi (oploditvi) zigota $2n$
• R! – pomeni redukcijska delitev, pri kateri se število kromosomov zmanjša na polovico.

Kje Poteka Mejoza?

• Celice, ki se delijo mejotsko:
  • Pri živalih in človeku: diploidne praspolne celice
  • Pri rastlinah in glivah: diploidne materinske celice v sporangijih.
• Celice, ki nastanejo z mejotsko delitvijo:
  • Pri živalih in človeku: haploidne spolne celice ali gamete
  • Pri rastlinah in glivah: haploidne spore.
• Mejotska delitev poteka:
  • Pri živalih in človeku: v spolnih žlezah ali gonadah (jajčniki in moda)
  • Pri rastlinah in glivah: v sporangijih ali trosovnikih.

Mejoza I - Profaza I

• Pred začetkom prve mejotske delitve se materini in očetovi homologni kromosomi podvojijo.
• Sledi poseben mejotski proces, v katerem se homologni kromosomi po celotni dolžini med seboj povežejo - sparitev.
• Nastajajo bivalenti, vsak iz štirih kromatid.
• Homologni kromosomi ostanejo povezani v bivalentu.
• Prične se proces prekrižanja (crossing over).
• Deli homolognih kromosomov se odprejo na istih mestih.
• Se navzkrižno povežejo in deli nesestrskih kromatid se izmenjajo.

Prekrižanje (Crossing Over)

• Prekrižanje nesestrskih kromatid med parjenjem homolognih kromosomov in izmenjava delov nesestrskih kromatid pri mejozi.
• Bivalent: dva homologna kromosoma ali en par homolognih podvojenih kromosomov.
• Kromatide so zdaj križanci z dedno snovjo materinih in očetovih homolognih kromosomov.
• Kromatidna tetrada

Profaza I Mejotske Delitve - Kombinacija Dednih Zapisov

• Dedni zapisi enega kromosoma se kombinirajo z dednimi zapisi drugega kromosoma v paru.
• Zaradi prekrižanja kromatid nastanejo rekombinantni kromosomi, ki so sestavljeni iz genetskih informacij, ki smo jih dobili od obeh staršev.

Osnovni Procesi Mejoze

• Oblikovanje jedra
• Kromosomi imajo po dve kromatidi
• Potovanje posameznega kromosomskega para na pol celice
• Bivalenti se razporedijo v ekvatorialni ravnini
• Nastali sta dve genetsko različni haploidni celici
• Nastajanje delitvenega vretena
• Razporeditev v ekvatorialni ravnini
• Kromatide se ločijo in potujejo na pol celice
• Kromosomi se razvijejo in oblikujejo se jedrne ovojnice
• Nastanek štirih gensko različnih gamet
• Praspolna diploidna celica
• Naključna ločitev homolognih kromosomov
• Prekrižanje
• Naključna ločitev dveh molekul DNA iz istega kromosoma

Potek Mejoze

• Mejoza poteka v dveh delitvah:
  • Mejoza I (R!): poteče crossing over in se ločijo homologni pari kromosomov
  • Mejoza II: ki je v bistvu mitoza, se ločijo sestrske kromatide kromosomov.
• Interfaza: podvojitev DNA
• MEJOZA I = R!
  • profaza I
  • metafaza I
  • anafaza I
  • telofaza I
  • citokineza I
• MEJOZA II
  • profaza II
  • metafaza II
  • anafaza II
  • telofaza II
  • citokineza II
• Med prvo in drugo mejotsko delitvijo je kratka atipična interfaza – ni podvojitve DNA
• Nastanejo štiri genetsko različne haploidne celice.

Primerjava Mitoze in Mejoze

Spolni Razmnoževalni Sistem

• Iz ene diploidne (2n) prasemenčice nastanejo štiri genetsko različni haploidni (n) spermiji.
• Iz ene diploidne prajajčne celice nastanejo tri majhna haploidna polarna telesca (polocite), ki propadejo in ena velika haploidna jajčna celica
• ena n jajčna celica in tri n polarna telesca, ki propadejo

Raznolikost Vrste

• PREKRIŽANJE
• NAKLJUČNA POSTAVITEV IN LOČITEV HOMOLOGNIH KROMOSOMSKIH PAROV MED I MEJOTSKO DELITVIJO
• NAKLJUČNA POSTAVITEV IN LOČITEV DVOKROMATIDNIH KROMOSOMOV V ENOKROMATIDNE MED II MEJOTSKO DELITVIJO
• NAKLJUČNA ZDRUŽITEV MOŠKIH IN ŽENSKIH SPOLNIH CELIC

Razvojni Krog Človeka

• oče (2n)
• mati (2n)
• ženska gameta (n)
• moška gameta (n)
• zigota (2n)
• mitotske delitve
• novi osebek
• mejoza (v modih)
• mejoza (v jajčnikih)
• diferenciacija
• oploditev