Rozmnožovanie buniek: Typy, fázy a procesy

Rozmnožovanie, alebo reprodukcia, je základná funkcia všetkých živých organizmov, ktorá zabezpečuje pokračovanie rodu a rast jedinca. Tento proces je neoddeliteľne spojený s delením buniek, pri ktorom materské bunky dávajú vznik novým dcérskym bunkám. Výsledkom reprodukcie buniek sú nové generácie buniek, ktoré sú geneticky zhodné s materskou bunkou, alebo nesú kombinovanú genetickú informáciu od oboch rodičov.

Bunkové delenie tiež zabezpečuje regeneráciu poškodených tkanív, pletív a orgánov, ako aj náhradu opotrebovaných buniek. Život bunky, ktorý predstavuje bunkové delenie a interfáza (obdobie, keď sa bunka nedelí), sa nazýva bunkový cyklus.

Bunkový cyklus predstavuje obdobie života eukaryotickej bunky od jej vzniku delením až po opätovné rozdelenie. Trvanie tohto cyklu je geneticky naprogramované a určuje dĺžku života bunky (napríklad u niektorých baktérií 30 minút, u niektorých jednobunkovcov 24 hodín, zatiaľ čo nervové bunky žijú tak dlho ako celý organizmus).

Typy buniek a ich rozmnožovanie

Bunka je najmenšia stavebná a funkčná jednotka všetkých živých organizmov (s výnimkou vírusov, viroidov a vírusoidov). Môže byť samostatným organizmom alebo len časťou celku neschopnou samostatného života. Vnútorný živý obsah každej bunky je ohraničený dvojitou fosfolipidovou membránou (cytoplazmatickou alebo bunkovou membránou). Vo vnútri bunky sa nachádza genetický materiál vždy vo forme DNA.

Prokaryotické bunky

Prokaryotické bunky sú jednoduchšie a menšie ako eukaryotické bunky a neobsahujú membránovo viazané organely, ako je bunkové jadro. DNA prokaryotickej bunky sa skladá z jedného kruhového chromozómu, ktorý je v priamom kontakte s cytoplazmou. Jadrová oblasť v cytoplazme sa nazýva nukleoid. Bunku uzatvára plazmatická membrána pokrytá bunkovou stenou. Prokaryoty zahŕňajú baktérie a archeóny.

Rozdiely medzi prokaryotickou a eukaryotickou bunkou

Prokaryoty sa rozmnožujú tzv. amitózou, čo je priame delenie bunky bez tvorby deliaceho vretienka a viditeľných chromozómov.

Eukaryotické bunky

Eukaryotické bunky sú asi pätnásťkrát väčšie ako typické prokaryotické bunky. Hlavným rozlišovacím znakom eukaryotov je kompartmentalizácia, teda prítomnosť membránových organel (kompartmentov), v ktorých sa vykonávajú špecifické činnosti. Najdôležitejšou organelou je bunkové jadro, v ktorej je umiestnená jadrová DNA. Eukaryotická DNA je usporiadaná do jednej alebo viacerých lineárnych molekúl, nazývaných chromozómy, ktoré sú spojené s histónovými proteínmi. Medzi eukaryotické organizmy patria rastliny, zvieratá, huby, slizovky, prvoky a riasy.

Eukaryotické bunky sa rozmnožujú mitózou alebo meiózou.

Bunkový cyklus eukaryotickej bunky

Bunkový cyklus eukaryotickej bunky sa skladá z dvoch hlavných fáz: interfázy a M-fázy (fázy delenia). Súčasné pomenovanie fáz bunkového cyklu zaviedli v roku 1953 rádiobiológovia ALMA HOWARD (1913-1984) a STEPHEN PELC (1908-1973).

Interfáza

Interfáza je najdlhšia fáza bunkového cyklu, v ktorej bunka intenzívne rastie, plní svoje bežné metabolické funkcie a fyziologicky sa chystá na delenie. Interfáza sa delí na tri podfázy:

G1-fáza (Postmitotická fáza)

Začína sa bezprostredne po vzniku novej bunky. Bunka sa zotavuje z delenia, intenzívne rastie, syntetizuje RNA, bielkoviny a dopĺňa si bunkové organely. Prebieha tu tvorba zásoby nukleotidov a enzýmov nevyhnutných pre neskoršie zdvojenie DNA. Na konci G1-fázy sa nachádza hlavný kontrolný uzol. Ak bunka opustí aktívny cyklus, vstupuje do G0-fázy.

G0-fáza (Kliescencia - pokojové štádium)

V tomto štádiu bunka žije, plní svoje špecifické funkcie v organizme a morfologicky sa diferencuje, ale nedelí sa. Je to reverzibilné štádium, z ktorého sa bunka môže po čase opäť vrátiť do aktívneho cyklu. V mnohobunkových organizmoch sa v tejto fáze nachádza drvivá väčšina buniek (napríklad neuróny alebo svalové bunky). Ak bunka úspešne prejde kontrolným uzlom, vstupuje do energeticky mimoriadne náročnej S-fázy.

S-fáza (Syntetická fáza)

Prebieha v nej replikácia (syntéza DNA), ktorej výsledkom je presné zdvojnásobenie genetického materiálu. Každý chromozóm je na konci tejto fázy tvorený dvomi identickými sesterskými chromatídami, ktoré sú fyzicky spojené v mieste centroméry. Bunka je v tomto momente fyziologicky tetraploidná (\( 2 \times 2n = 4n \)). Zároveň sa syntetizujú bielkoviny deliaceho vretienka. Z pôvodných jednochromatídových chromozómov vznikajú dvojchromatídové chromozómy, spojené v centromére.

G2-fáza (Predmitotická fáza)

Záverečná časť interfázy, v ktorej sa bunka finálne chystá na delenie. Podobne ako v G1-fáze, aj tu pokračujú syntetické procesy - najvýraznejšie sa syntetizuje RNA a bielkoviny (napríklad tubulín, nevyhnutný pre stavbu deliaceho vretienka). Zároveň prebieha delenie semiautonómnych organel (mitochondrií a plastidov), čomu predchádza replikácia ich vlastnej mimojadrovej DNA.

M-fáza (Fáza delenia bunky)

Z časového hľadiska predstavuje samotné delenie bunky zhruba 10 % celkového trvania cyklu. Táto fáza sa skladá z dvoch logicky a fyziologicky odlišných procesov, ktoré na seba úzko nadväzujú: delenie jadra (karyokinéza) a delenie samotnej bunky (cytokinéza).

Karyokinéza (delenie jadra)

Cieľom karyokinézy je prísne rovnomerné rozdelenie zdvojeného genetického materiálu z materského jadra do dvoch budúcich dcérskych jadier. Existujú dva základné typy delenia jadra:

Mitóza

Mitóza je základný spôsob reprodukcie jadra somatických buniek (telových buniek). Prostredníctvom mitotického aparátu sa zabezpečuje presné rozdelenie chromozómov do dcérskych buniek, čím sa zachová genetická zhoda materskej a dcérskych buniek. Obdobie mitózy sa delí na niekoľko fáz:

Profáza: Dve centrioly sa od seba oddelia a pohybujú sa k opačným pólom bunky. Jadrová membrána sa rozpadáva a chromozómy sa zviditeľňujú.
Prometafáza: Vlákna deliaceho vretienka sa pripájajú na centroméry chromozómov.
Metafáza: Chromozómy sú zoskupené v ekvatoriálnej rovine bunky a tvoria tzv. metafázovú platňu.
Anafáza: Vlákna deliaceho vretienka sa pomaly skracujú a ťahajú jednotlivé sesterské chromatídy (ktoré sa teraz považujú za samostatné chromozómy) k opačným pólom bunky.
Telofáza: Na póloch bunky sa okolo každej sady chromozómov vytvárajú nové jadrové obaly. Chromozómy sa dekondenzujú a deliace vretienko sa rozpadáva. V tomto momente má bunka dve plnohodnotné jadrá.

M fáza bunkového cyklu

Meióza

Meióza je špecifický typ redukčného delenia jadra, ktorý prebieha výlučne pri dozrievaní pohlavných buniek (gamét) v pohlavných žľazách (gonádach). Výsledkom meiózy sú 4 bunky s polovičným - haploidným (n) počtom jednochromatidových chromozómov. Replikácia DNA prebehne len raz na začiatku, kým cytokinéza prebehne dvakrát.

Meióza I (Heterotypické delenie)

Dochádza k redukcii počtu chromozómov na polovicu.

Profáza I: Stráca sa jadrová membrána, zviditeľňujú sa chromozómy, vytvára sa deliace vretienko. Homologické chromozómy sa párujú, vytvárajú dvojice - bivalenty. Priblížením homologických chromozómov môže nastať ich prekríženie (crossing-over), pri ktorom si môžu vymeniť zodpovedajúce časti chromatíd. Profáza I má 5 štádií: leptoténne, zygoténne, pachyténne, diploténne a diakinéza.
Metafáza I: Bivalenty sa zoradia v ekvatoriálnej rovine.
Anafáza I: Dvojchromatídové páry homologických chromozómov sa rozdelia - jeden z dvojice ide k jednému pólu a druhý k druhému pólu bunky.
Telofáza I: Dvojchromatídové chromozómy sú sústredené na póloch bunky, nastáva rekonštrukcia jadra, dochádza k cytokinéze - rozdeleniu bunky.

Po krátkej interfáze, pri ktorej nedochádza k replikácii DNA, nasleduje Meióza II.

Meióza II (Homeotypické delenie)

Je v princípe podobná mitóze, ale má svoje špecifiká. Má 4 fázy, ktoré sa označujú ako Profáza II., Metafáza II., Anafáza II., Telofáza II.

Profáza II: Zviditeľňujú sa chromozómy, zaniká jadrová membrána, vytvára sa deliace vretienko.
Metafáza II: Chromozómy sa zoradia v ekvatoriálnej rovine.
Anafáza II: Chromozómy sa pozdĺžne delia, oddeľujú sa chromatidy a vznikajú jednochromatídové chromozómy, ktoré putujú k opačným pólom bunky.
Telofáza II: Na póloch sa rekonštruujú jadrá, dochádza k cytokinéze. Výsledkom sú 4 bunky s haploidným počtom jednochromatídových chromozómov.

Cytokinéza (delenie bunky)

Predstavuje samotné fyzické rozdelenie cytoplazmy a bunkových organel, čím z jednej materskej bunky definitívne vzniknú dve samostatné dcérske bunky. Mechanizmus tohto delenia priamo závisí od prítomnosti bunkovej steny:

U živočíšnych buniek: Prebieha zaškrtením cytoplazmatickej membrány od vonkajšieho povrchu do stredu (dostredivo, centripetálne). Tento proces zabezpečuje kontraktilný prstenec tvorený z bielkovín aktínu a myozínu.
U rastlinných buniek: Pre prítomnosť pevnej bunkovej steny sa bunka nemôže jednoducho zaškrtiť. Namiesto toho sa v strede bunky začnú hromadiť vezikuly z Golgiho aparátu, ktoré splývajú a vytvárajú novú bunkovú stenu.

Regulácia bunkového cyklu

Hoci má každá bunka schopnosť deliť sa, nie všetky bunky mnohobunkového organizmu sa delia. Pri rastlinách sú to bunky nedelivých (trvácich) pletív, pri živočíchoch sú to v dospelosti bunky takmer všetkých tkanív. Znamená to teda, že u týchto buniek sa bunkový cyklus preruší a vstupujú do G0 fázy.

V mnohobunkových organizmoch bunkový cyklus riadia regulačné mechanizmy, ktoré zabezpečujú zodpovedajúci počet buniek vo všetkých tkanivách a orgánoch. Regulácia bunkového cyklu je jedným z hlavných mechanizmov zabezpečujúcich celistvosť mnohobunkového organizmu. Bunkový cyklus je najčastejšie riadený prostredníctvom chemických látok, ktoré delenie buniek stimulujú alebo inhibujú. Všetky regulátory bunkového delenia ovplyvňujú priebeh bunkového cyklu v G1 fáze, kde je kontrolný uzol. U buniek, ktoré natrvalo stratili schopnosť delenia, je kontrolný uzol v G1 fáze natrvalo zablokovaný. Všetky ostatné životné funkcie vykonáva bunka bez prerušenia.

Chromozómy ako základné jednotky delenia

Chromozóm sa považuje za základnú jednotku bunkového delenia. Pozdĺžne rozdelený chromozóm pozostáva z dvoch chromatidov, ktoré sú viditeľné ako dvojice paralelných chromonémov, spojených v mieste prvotného delenia - centroméra. Chromozómy sú tvorené nukleoproteínovými vláknami.

Počet, tvar a veľkosť chromozómov je pre každý druh organizmu charakteristický a relatívne stály. Kompletný súbor chromozómov v bunke sa nazýva sada. V telových bunkách sa chromozómy vyskytujú v pároch, z ktorých jeden pochádza od otca a druhý od matky. Telové bunky sú diploidné - 2n a u človeka obsahujú 46 chromozómov. Naopak, pohlavné bunky majú polovičný počet chromozómov, sú haploidné - n.

tags: #rozmnozovanie #buniek #gif