თითოეული უჯრედი იწყებს სიცოცხლეს, როდესაც ის გამოეყოფა დედა უჯრედს და ამთავრებს არსებობას, რაც საშუალებას აძლევს თავის ქალიშვილ უჯრედებს გამოჩნდნენ. ბუნება იძლევა ერთზე მეტ გზას მათი ბირთვის გასაყოფად, მათი სტრუქტურის მიხედვით.
უჯრედების გაყოფის მეთოდები
ბირთვული გაყოფა დამოკიდებულია უჯრედის ტიპზე:
- ორობითი გაყოფა (ნაპოვნი პროკარიოტებში).
- ამიტოზი (პირდაპირი გაყოფა).
- მიტოზი (აღმოჩენილია ევკარიოტებში).
- მეიოზი (განკუთვნილია ჩანასახოვანი უჯრედების გაყოფისთვის).
ბირთვული გაყოფის ტიპები განისაზღვრება ბუნებით და შეესაბამება უჯრედის სტრუქტურას და ფუნქციას, რომელიც მას ასრულებს მაკროორგანიზმში ან თავისთავად.
ორობითი დაშლა
ეს ტიპი ყველაზე გავრცელებულია პროკარიოტულ უჯრედებში. იგი შედგება წრიული დნმ-ის მოლეკულის გაორმაგებაში. ბირთვის ორობით გაყოფას ასე უწოდებენ, რადგან დედა უჯრედიდან ორი იდენტური ზომის შვილობილი უჯრედი ჩნდება.
მას შემდეგ, რაც გენეტიკური მასალა (დნმ ან რნმ-ის მოლეკულა) სათანადო გზით მომზადდება, ანუ გაორმაგდება, იწყება უჯრედის კედლიდან.იქმნება განივი ძგიდე, რომელიც თანდათან ვიწროვდება და ყოფს უჯრედის ციტოპლაზმას ორ დაახლოებით ერთნაირ ნაწილად.
მეორე დაშლის პროცესს ეწოდება კვირტი, ან არათანაბარი ორობითი გაყოფა. ამ შემთხვევაში უჯრედის კედლის ადგილზე ჩნდება პროტრუზია, რომელიც თანდათან იზრდება. მას შემდეგ, რაც "თირკმლის" და დედა უჯრედის ზომა გათანაბრდება, ისინი გამოყოფენ. და უჯრედის კედლის ნაწილი კვლავ სინთეზირდება.
ამიტოზი
ეს ბირთვული დაყოფა მსგავსია ზემოთ აღწერილის, იმ განსხვავებით, რომ არ არსებობს გენეტიკური მასალის დუბლირება. ეს მეთოდი პირველად აღწერა ბიოლოგმა რემაკმა. ეს ფენომენი გვხვდება პათოლოგიურად შეცვლილ უჯრედებში (სიმსივნური დეგენერაცია) და ასევე წარმოადგენს ღვიძლის ქსოვილის, ხრტილისა და რქოვანას ფიზიოლოგიურ ნორმას.
ბირთვული გაყოფის პროცესს ამიტოზი ეწოდება, რადგან უჯრედი ინარჩუნებს თავის ფუნქციებს და არ კარგავს მათ, როგორც მიტოზის დროს. ეს ხსნის უჯრედების თანდაყოლილ პათოლოგიურ თვისებებს გაყოფის ამ მეთოდით. გარდა ამისა, პირდაპირი ბირთვული დაყოფა ხდება დაშლის ღეროს გარეშე, ამიტომ ქალიშვილურ უჯრედებში ქრომატინი არათანაბრად ნაწილდება. შემდგომში ასეთი უჯრედები ვერ გამოიყენებენ მიტოზურ ციკლს. ზოგჯერ ამიტოზი იწვევს მრავალბირთვიანი უჯრედების წარმოქმნას.
მიტოზი
ეს არის არაპირდაპირი ბირთვული დაშლა. ის ყველაზე ხშირად გვხვდება ევკარიოტულ უჯრედებში. ამ პროცესს შორის მთავარი განსხვავება ისაა, რომ ქალიშვილი და დედა უჯრედი შეიცავს ქრომოსომების ერთსა და იმავე რაოდენობას. ამითორგანიზმში შენარჩუნებულია უჯრედების საჭირო რაოდენობა, ასევე შესაძლებელია რეგენერაციისა და ზრდის პროცესები. ფლემინგი იყო პირველი, ვინც აღწერა მიტოზი ცხოველურ უჯრედში.
ბირთვული გაყოფის პროცესი ამ შემთხვევაში იყოფა ინტერფაზად და უშუალოდ მიტოზად. ინტერფაზა არის უჯრედის მოსვენების მდგომარეობა განყოფილებებს შორის. ის შეიძლება დაიყოს რამდენიმე ეტაპად:
1. პრესინთეზური პერიოდი - უჯრედი იზრდება, მასში გროვდება ცილები და ნახშირწყლები, აქტიურად სინთეზირდება ATP (ადენოზინტრიფოსფატი)..
2. სინთეტიკური პერიოდი - გენეტიკური მასალა გაორმაგებულია.
3. პოსტსინთეზური პერიოდი - ფიჭური ელემენტები ორმაგდება, ჩნდება ცილები, რომლებიც ქმნიან გაყოფის ღერძს.
მიტოზის ფაზები
ევკარიოტული უჯრედის ბირთვის გაყოფა არის პროცესი, რომელიც მოითხოვს დამატებითი ორგანელის - ცენტროსომის წარმოქმნას. იგი მდებარეობს ბირთვის გვერდით და მისი მთავარი ფუნქციაა ახალი ორგანელის - გაყოფის ღეროს ფორმირება. ეს სტრუქტურა ეხმარება ქრომოსომების თანაბრად განაწილებას ქალიშვილ უჯრედებს შორის.
მიტოზის ოთხი ეტაპია:
1. პროფაზა: ბირთვში ქრომატინი კონდენსირდება ქრომატიდებად, რომლებიც იკრიბებიან ცენტრომერის მახლობლად და ქმნიან ქრომოსომებს წყვილებში. ბირთვები იშლება და ცენტრიოლები გადადიან უჯრედის პოლუსებზე. წარმოიქმნება დაშლის ღერი.
2. მეტაფაზა: ქრომოსომა ხაზს უსვამს უჯრედის ცენტრში და ქმნის მეტაფაზის ფირფიტას.
3. ანაფაზა: ქრომატიდები უჯრედის ცენტრიდან პოლუსებისკენ გადადიან და შემდეგ ცენტრომერი ორად იყოფა. ასეთიმოძრაობა შესაძლებელია გამყოფი ღეროს გამო, რომლის ძაფები იკუმშება და ჭიმავს ქრომოსომებს სხვადასხვა მიმართულებით.
4. ტელოფაზა: წარმოიქმნება ქალიშვილის ბირთვები. ქრომატიდები კვლავ გადაიქცევა ქრომატინად, იქმნება ბირთვი, მასში კი - ნუკლეოლი. ეს ყველაფერი მთავრდება ციტოპლაზმის გაყოფით და უჯრედის კედლის წარმოქმნით.
ენდომიტოზი
გენეტიკური მასალის ზრდას, რომელიც არ მოიცავს ბირთვულ დაყოფას, ენდომიტოზს უწოდებენ. ის გვხვდება მცენარეთა და ცხოველთა უჯრედებში. ამ შემთხვევაში, არ ხდება ციტოპლაზმისა და ბირთვის გარსის განადგურება, მაგრამ ქრომატინი გადაიქცევა ქრომოსომებად, შემდეგ კი ისევ დესპირალიზდება.
ეს პროცესი წარმოქმნის პოლიპლოიდურ ბირთვებს გაზრდილი დნმ-ის შემცველობით. მსგავსი ხდება წითელი ძვლის ტვინის კოლონიების წარმომქმნელ უჯრედებში. გარდა ამისა, არის შემთხვევები, როდესაც დნმ-ის მოლეკულები გაორმაგდება ზომით, ხოლო ქრომოსომების რაოდენობა იგივე რჩება. მათ უწოდებენ პოლიტენს და გვხვდება მწერების უჯრედებში.
მიტოზის მნიშვნელობა
მიტოზური ბირთვული დაყოფა არის ქრომოსომების მუდმივი ნაკრების შენარჩუნების საშუალება. ქალიშვილ უჯრედებს აქვთ იგივე გენების ნაკრები, როგორც დედას და მასში თანდაყოლილი ყველა მახასიათებელი. მიტოზი საჭიროა:
- მრავალუჯრედოვანი ორგანიზმის ზრდა და განვითარება (სასქესო უჯრედების შერწყმიდან);
- უჯრედების გადაადგილება ქვედა ფენებიდან ზედა შრეებში, აგრეთვე სისხლის უჯრედების ჩანაცვლება (ერითროციტები, ლეიკოციტები, თრომბოციტები);
- დაზიანებული ქსოვილების აღდგენა (ზოგიერთ ცხოველში, რეგენერაციის უნარი არისგადარჩენის აუცილებელი პირობა, როგორიცაა ვარსკვლავი ან ხვლიკი);
- მცენარეებისა და ზოგიერთი ცხოველის (უხერხემლოების) უსქესო გამრავლება.
მეიოზი
სქესობრივი უჯრედების ბირთვული გაყოფის მექანიზმი გარკვეულწილად განსხვავდება სომატურისგან. შედეგად მიიღება უჯრედები, რომლებსაც აქვთ წინამორბედების გენეტიკური ინფორმაციის ნახევარი. ეს აუცილებელია სხეულის თითოეულ უჯრედში ქრომოსომების მუდმივი რაოდენობის შესანარჩუნებლად.
მეიოზი მიმდინარეობს ორ ეტაპად:
- შემცირების ეტაპი;
- განტოლების ეტაპი.
ამ პროცესის სწორი მიმდინარეობა შესაძლებელია მხოლოდ ქრომოსომების თანაბარი ნაკრების მქონე უჯრედებში (დიპლოიდი, ტეტრაპლოიდი, ჰექსაპროიდი და ა.შ.). რა თქმა უნდა, შესაძლებელია მეიოზის გავლა უჯრედებში კენტი ქრომოსომების ნაკრებით, მაგრამ შემდეგ შთამომავლობა შეიძლება არ იყოს სიცოცხლისუნარიანი.
ეს არის ეს მექანიზმი, რომელიც უზრუნველყოფს უნაყოფობას სახეობათაშორის ქორწინებაში. ვინაიდან სასქესო უჯრედები შეიცავს ქრომოსომების სხვადასხვა კომპლექტს, ეს ართულებს მათ შერწყმას და სიცოცხლისუნარიან ან ნაყოფიერ შთამომავლობას.
მეიოზის პირველი გაყოფა
ფაზების სახელწოდება იმეორებს მიტოზის ფაზებს: პროფაზა, მეტაფაზა, ანაფაზა, ტელოფაზა. მაგრამ არსებობს მთელი რიგი მნიშვნელოვანი განსხვავებები.
1. პროფაზა: ქრომოსომების ორმაგი ნაკრები ასრულებს გარდაქმნების სერიას, გადის ხუთ ეტაპს (ლეპტოტენი, ზიგოტინი, პაჩიტენი, დიპლოტენი, დიაკინეზი). ეს ყველაფერი ხდება კონიუგაციისა და გადაკვეთის წყალობით.
კონიუგაცია არის ჰომოლოგიური ქრომოსომების გაერთიანება. ლეპტოტენში მათ შორის იქმნებაწვრილი ძაფები, შემდეგ ზიგოტენში ქრომოსომა წყვილ-წყვილად არის დაკავშირებული და შედეგად მიიღება ოთხი ქრომატიდის სტრუქტურა.
Crossingover არის ქრომატიდების მონაკვეთების ჯვარედინი გაცვლის პროცესი დის ან ჰომოლოგიურ ქრომოსომებს შორის. ეს ხდება პაჩიტენის სტადიაზე. იქმნება ქრომოსომების გადაკვეთები (ჭიასმატები). ადამიანს შეიძლება ჰქონდეს ოცდათხუთმეტიდან სამოცდაექვსამდე ასეთი გაცვლა. ამ პროცესის შედეგია მიღებული მასალის გენეტიკური ჰეტეროგენულობა, ანუ ჩანასახოვანი უჯრედების ცვალებადობა.
როდესაც დიპლოტენის სტადია მოდის, ოთხი ქრომატიდის კომპლექსები იშლება და ძმური ქრომოსომა იგერიებს ერთმანეთს. დიაკინეზი ასრულებს გადასვლას პროფაზიდან მეტაფაზაზე.
2. მეტაფაზა: ქრომოსომა დგას უჯრედის ეკვატორთან ახლოს.
3. ანაფაზა: ქრომოსომა, რომელიც ჯერ კიდევ ორი ქრომატიდისგან შედგება, შორდება უჯრედის პოლუსებისკენ.
4. ტელოფაზა: ღერძი იშლება, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ორი ჰაპლოიდური უჯრედი დნმ-ის ორჯერ მეტი რაოდენობით.
მეიოზის მეორე გაყოფა
ამ პროცესს ასევე უწოდებენ "მეიოზის მიტოზს". ორ ფაზას შორის მომენტში, დნმ-ის გაორმაგება არ ხდება და უჯრედი მეორე პროფაზაში შედის ქრომოსომების იგივე ნაკრებით, რაც მას დარჩა ტელოფაზა 1-ის შემდეგ.
1. პროფაზა: ქრომოსომა კონდენსირებულია, უჯრედის ცენტრი გამოყოფილია (მისი ნაშთები უჯრედის პოლუსებისკენ მიდის), ბირთვული გარსი ნადგურდება და წარმოიქმნება გამყოფი ღერო, რომელიც მდებარეობს პირველი დაყოფიდან ღერძზე პერპენდიკულარულად.
2. მეტაფაზა: ქრომოსომები განლაგებულია ეკვატორზე, წარმოქმნილიმეტაფაზის ფირფიტა.
3. ანაფაზა: ქრომოსომა იყოფა ქრომატიდებად, რომლებიც ერთმანეთისგან შორდებიან.
4. ტელოფაზა: ქალიშვილ უჯრედებში წარმოიქმნება ბირთვი, ქრომატიდები დესპირალიზდება ქრომატინში.
მეორე ფაზის ბოლოს, ერთი მშობელი უჯრედიდან, გვაქვს ოთხი შვილობილი უჯრედი ქრომოსომების ნახევარი ნაკრებით. თუ მეიოზი ხდება გამეტოგენეზთან ერთად (ანუ ჩანასახის უჯრედების წარმოქმნა), მაშინ დაყოფა ხდება მკვეთრი, არათანაბარი და ერთი უჯრედი იქმნება ქრომოსომების ჰაპლოიდური ნაკრებით და სამი შემცირების სხეულით, რომლებიც არ ატარებენ საჭირო გენეტიკურ ინფორმაციას. ისინი აუცილებელია იმისთვის, რომ კვერცხუჯრედსა და სპერმაში მშობელი უჯრედის გენეტიკური მასალის მხოლოდ ნახევარი იყოს დაცული. გარდა ამისა, ბირთვული დაყოფის ეს ფორმა უზრუნველყოფს გენების ახალი კომბინაციების გაჩენას, ასევე სუფთა ალელების მემკვიდრეობას.
პროტოზოებში არის მეიოზის ვარიანტი, როდესაც პირველ ფაზაში ხდება მხოლოდ ერთი გაყოფა, ხოლო მეორეში ხდება გადაკვეთა. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ ეს ფორმა მრავალუჯრედიან ორგანიზმებში ნორმალური მეიოზის ევოლუციური წინამორბედია. შესაძლოა არსებობდეს ბირთვული დაშლის სხვა გზებიც, რომელთა შესახებ მეცნიერებმა ჯერ არ იციან.
