🔄

Κύκλος ζωής του κυττάρου και μίτωση

Τεύχος Α΄ · §4.1 Κύκλος ζωής του κυττάρου · §4.3 Κυτταρική διαίρεση (μίτωση)

Πώς κλείνει μόνη της μια γρατζουνιά;

Γδέρνεις το γόνατό σου και σε λίγες μέρες η πληγή έχει κλείσει. Κανείς δεν «έραψε» νέο δέρμα: τα κύτταρα γύρω από την πληγή διαιρέθηκαν, και κάθε νέο κύτταρο πήρε ακριβές αντίγραφο του γενετικού υλικού. Αυτή η διαίρεση είναι η μίτωση — και σε αυτό το μάθημα θα μάθεις να μετράς χρωμοσώματα και μόρια DNA σε κάθε φάση της.

Ο κύκλος ζωής του κυττάρου

Κύκλος ζωής ενός κυττάρου είναι η περίοδος από τη στιγμή που δημιουργείται από τη διαίρεση του μητρικού του κυττάρου μέχρι τη στιγμή που θα διαιρεθεί και το ίδιο. Περιλαμβάνει δύο στάδια:

τη μεσόφαση, που καταλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του κύκλου, και
τη διαίρεση (μίτωση και κυτταροπλασματική διαίρεση).

Η μεσόφαση υποδιαιρείται σε:

G1: το κύτταρο αυξάνεται σε μέγεθος, συνθέτει πρωτεΐνες και οργανίδια.
S: γίνεται η αντιγραφή του DNA (διπλασιασμός του γενετικού υλικού).
G2: το κύτταρο προετοιμάζεται για τη διαίρεση.

Κύτταρα που δεν διαιρούνται (π.χ. τα περισσότερα νευρικά και μυϊκά) παραμένουν μόνιμα σε μια κατάσταση της μεσόφασης (φάση G0).

Χρωματίνη και χρωμοσώματα

Κατά τη μεσόφαση το DNA βρίσκεται σε μορφή λεπτών ινιδίων χρωματίνης. Μετά την αντιγραφή (φάση S) κάθε ινίδιο αποτελείται από δύο πανομοιότυπα μόρια DNA. Στην αρχή της μίτωσης η χρωματίνη συσπειρώνεται και σχηματίζονται τα ευδιάκριτα χρωμοσώματα.

Κάθε μεταφασικό χρωμόσωμα αποτελείται από δύο αδελφές χρωματίδες, που συγκρατούνται στο κεντρομερίδιο. Οι αδελφές χρωματίδες είναι πανομοιότυπες, αφού προέκυψαν από την αντιγραφή του ίδιου μορίου DNA. Κάθε χρωματίδα περιέχει ένα μόριο DNA.

Τα σωματικά κύτταρα του ανθρώπου είναι διπλοειδή ( $2n = 46$ ): έχουν τα χρωμοσώματα σε ζεύγη ομολόγων (ένα από τον πατέρα, ένα από τη μητέρα).

Γρήγορος έλεγχος

Πόσα μόρια DNA περιέχει ένα χρωμόσωμα στη μετάφαση της μίτωσης;

Η μίτωση

Η μίτωση είναι η διαίρεση του πυρήνα που εξασφαλίζει ότι κάθε θυγατρικό κύτταρο παίρνει ακριβές αντίγραφο του γενετικού υλικού. Διακρίνεται σε τέσσερις φάσεις:

Πρόφαση: η χρωματίνη συσπειρώνεται σε χρωμοσώματα, ο πυρηνίσκος και ο πυρηνικός φάκελος εξαφανίζονται, αρχίζει να σχηματίζεται η άτρακτος (από μικροσωληνίσκους).
Μετάφαση: τα χρωμοσώματα, με τη μέγιστη συσπείρωση, διατάσσονται στο ισημερινό επίπεδο του κυττάρου, συνδεδεμένα με ινίδια της ατράκτου στο κεντρομερίδιο.
Ανάφαση: οι αδελφές χρωματίδες αποχωρίζονται και μετακινούνται προς τους αντίθετους πόλους· από εδώ και πέρα κάθε χρωματίδα θεωρείται ανεξάρτητο χρωμόσωμα.
Τελόφαση: στους πόλους σχηματίζονται νέοι πυρηνικοί φάκελοι, τα χρωμοσώματα αποσυσπειρώνονται.

Ακολουθεί η κυτταροπλασματική διαίρεση. Τελικά προκύπτουν δύο θυγατρικά κύτταρα, γενετικά όμοια μεταξύ τους και με το μητρικό.

Κόλπο μνήμης

Οι φάσεις λένε μόνες τους τι γίνεται: Πρόφαση = πριν (προετοιμασία, συσπείρωση). Μετάφαση = στη μέση (χρωμοσώματα στο ισημερινό επίπεδο). Ανάφαση = αναχώρηση (οι αδελφές χρωματίδες φεύγουν προς τους πόλους). Τελόφαση = τέλος (νέοι πυρήνες).

Σημασία της μίτωσης

Αύξηση πολυκύτταρων οργανισμών και ανανέωση ιστών (π.χ. επιδερμίδα, κύτταρα αίματος).
Επούλωση τραυμάτων και αναγέννηση.
Αγενής αναπαραγωγή μονοκύτταρων ευκαρυωτικών οργανισμών.

Η μίτωση διατηρεί τον ίδιο αριθμό χρωμοσωμάτων: διπλοειδές κύτταρο ( $2n$ ) δίνει διπλοειδή κύτταρα ( $2n$ ).

Ήξερες ότι;

Τα κύτταρα HeLa προέρχονται από καρκινικό όγκο της Henrietta Lacks, που πάρθηκε το 1951 χωρίς να το γνωρίζει η ίδια. Από τότε διαιρούνται μιτωτικά σε εργαστήρια σε όλο τον κόσμο και έχουν χρησιμοποιηθεί σε αμέτρητες έρευνες — ανάμεσά τους και στην ανάπτυξη του εμβολίου κατά της πολιομυελίτιδας.

$\text{Μίτωση:} 1 \text{ κύτταρο} (2n) \rightarrow 2 \text{ γενετικά όμοια κύτταρα} (2n)$

Μέθοδος: μέτρηση χρωμοσωμάτων, χρωματίδων και μορίων DNA

Χρωμοσώματα = αριθμός κεντρομεριδίων.
Μόρια DNA = αριθμός χρωματίδων αν τα χρωμοσώματα είναι διπλασιασμένα, αλλιώς = αριθμός χρωμοσωμάτων.
G1: $2n$ χρωμοσώματα, $2n$ μόρια DNA. Μετά την S (G2, πρόφαση, μετάφαση): $2n$ χρωμοσώματα, $4n$ μόρια DNA.
Ανάφαση (μετά τον αποχωρισμό, σε όλο το κύτταρο): $4n$ χρωμοσώματα, $4n$ μόρια DNA.
Κάθε θυγατρικό κύτταρο: $2n$ χρωμοσώματα, $2n$ μόρια DNA.

Παράδειγμα 1: Ανθρώπινο σωματικό κύτταρο ( $2n = 46$ ). Πόσα μόρια DNA υπάρχουν στον πυρήνα του στη G1 και πόσα στη G2;

Λύση: Στη G1 κάθε χρωμόσωμα είναι ένα μόριο DNA: 46. Στη φάση S το DNA αντιγράφεται, άρα στη G2: $2 \cdot 46 =$ 92 μόρια DNA — ο αριθμός των χρωμοσωμάτων παραμένει 46 (κάθε ένα με δύο αδελφές χρωματίδες).

Παράδειγμα 2: Κύτταρο με $2n = 8$ βρίσκεται σε μετάφαση μίτωσης. Βρες χρωμοσώματα, χρωματίδες, μόρια DNA και ζεύγη ομολόγων.

Λύση:

Χρωμοσώματα: 8 (8 κεντρομερίδια)
Χρωματίδες: $8 \cdot 2 =$ 16
Μόρια DNA: 16 (ένα ανά χρωματίδα)
Ζεύγη ομολόγων: $8 / 2 =$ 4

Άσκηση τύπου Πανελλαδικών: Ένα κύτταρο οργανισμού με $2n = 12$ διαιρείται μιτωτικά. Η ποσότητα DNA του πυρήνα στη G1 είναι $6 \cdot 10^{-12}\ g$ .

(α) Ποια η ποσότητα DNA στη G2 και στη μετάφαση; (β) Πόσα χρωμοσώματα υπάρχουν στο κύτταρο κατά την ανάφαση; (γ) Ποια η ποσότητα DNA σε κάθε θυγατρικό κύτταρο;

Λύση:

(α) Στη φάση S το DNA διπλασιάζεται: G2 και μετάφαση $= 2 \cdot 6 \cdot 10^{-12} = 12 \cdot 10^{-12}\ g$ (δηλαδή $1{,}2 \cdot 10^{-11}\ g$ ).

(β) Στην ανάφαση οι 24 αδελφές χρωματίδες αποχωρίζονται και καθεμία θεωρείται χρωμόσωμα: 24 χρωμοσώματα στο κύτταρο (12 σε κάθε πόλο).

(γ) Κάθε θυγατρικό κύτταρο παίρνει το μισό: $6 \cdot 10^{-12}\ g$ , όσο και το μητρικό στη G1 — η μίτωση διατηρεί σταθερό το γενετικό υλικό.

Γρήγορος έλεγχος

Σε ποια φάση του κυτταρικού κύκλου γίνεται η αντιγραφή του DNA;

Γρήγορος έλεγχος

Κύτταρο με $2n = 20$ βρίσκεται στο τέλος της ανάφασης της μίτωσης. Πόσα χρωμοσώματα υπάρχουν σε όλο το κύτταρο;

Πρόκληση

Σε έναν ιστό που διαιρείται μετράς την ποσότητα DNA ανά πυρήνα και βρίσκεις τρεις ομάδες κυττάρων: $3 \cdot 10^{-12}\ g$ , $4{,}5 \cdot 10^{-12}\ g$ και $6 \cdot 10^{-12}\ g$ . Σε ένα κύτταρο της τρίτης ομάδας βλέπεις χρωμοσώματα στο ισημερινό επίπεδο με 16 χρωματίδες συνολικά.

(α) Σε ποια φάση βρίσκεται κάθε ομάδα; (β) Ποιος είναι ο $2n$ του οργανισμού; (γ) Πόσα χρωμοσώματα και πόσο DNA θα έχει το κύτταρο στην ανάφαση; (δ) Ένα νευρικό κύτταρο του ίδιου οργανισμού σε G0: πόσο DNA έχει;

Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση

(α) $3 \cdot 10^{-12}\ g$ : G1 (DNA πριν από την αντιγραφή). $4{,}5 \cdot 10^{-12}\ g$ : φάση S — το DNA αντιγράφεται και η ποσότητα είναι ανάμεσα στην αρχική και στη διπλάσια. $6 \cdot 10^{-12}\ g$ : G2 ή μίτωση (διπλάσιο DNA)· το κύτταρο με τα χρωμοσώματα στο ισημερινό επίπεδο είναι σε μετάφαση.

(β) 16 χρωματίδες σε μετάφαση → $16 / 2 = 8$ χρωμοσώματα, άρα $2n = 8$ .

(γ) Στην ανάφαση οι 16 χρωματίδες αποχωρίζονται και καθεμία είναι πια χρωμόσωμα: 16 χρωμοσώματα. Το DNA δεν έχει μοιραστεί ακόμη σε δύο κύτταρα: $6 \cdot 10^{-12}\ g$ .

(δ) Το κύτταρο σε G0 δεν αντιγράφει το DNA του: $3 \cdot 10^{-12}\ g$ , όσο ένα κύτταρο σε G1.

Συνηθισμένα λάθη

«Στη μίτωση το DNA αντιγράφεται.» Η αντιγραφή γίνεται στη φάση S της μεσόφασης.
Σύγχυση αδελφών χρωματίδων (πανομοιότυπες) με ομόλογα χρωμοσώματα (από διαφορετικούς γονείς, μπορεί να φέρουν διαφορετικά αλληλόμορφα).
Ίδιος αριθμός χρωμοσωμάτων και μορίων DNA σε όλες τις φάσεις: λάθος — μετά την S τα μόρια DNA είναι διπλάσια.
«Η μεσόφαση είναι φάση ηρεμίας.» Είναι η πιο δραστήρια περίοδος (ανάπτυξη, σύνθεση, αντιγραφή).

Σύνοψη — τι κρατάμε

Κύκλος ζωής: μεσόφαση (G1 → S → G2) + διαίρεση (μίτωση + κυτταροπλασματική διαίρεση).
Φάση S: αντιγραφή DNA· κάθε χρωμόσωμα αποκτά δύο αδελφές χρωματίδες ενωμένες στο κεντρομερίδιο.
Μίτωση: πρόφαση, μετάφαση (ισημερινό επίπεδο), ανάφαση (αποχωρισμός αδελφών χρωματίδων), τελόφαση.
Αποτέλεσμα: 2 γενετικά όμοια κύτταρα με ίδιο αριθμό χρωμοσωμάτων με το μητρικό.
Μετά την S: μόρια DNA $= 2 \times$ χρωμοσώματα· χρωμοσώματα = κεντρομερίδια.

Ο κύκλος ζωής του κυττάρου

τη μεσόφαση, που καταλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του κύκλου, και

τη διαίρεση (μίτωση και κυτταροπλασματική διαίρεση).

Η μεσόφαση υποδιαιρείται σε:

G1: το κύτταρο αυξάνεται σε μέγεθος, συνθέτει πρωτεΐνες και οργανίδια.

S: γίνεται η αντιγραφή του DNA (διπλασιασμός του γενετικού υλικού).

G2: το κύτταρο προετοιμάζεται για τη διαίρεση.