כל תא מתחיל את חייו כאשר הוא נפרד מתא האם, ומסיים את קיומו, ומאפשר לתאי הבת שלו להופיע. הטבע מספק יותר מדרך אחת לחלק את הגרעין שלהם, בהתאם למבנה שלהם.
שיטות לחלוקת תאים
חלוקה גרעינית תלויה בסוג התא:
- ביקוע בינארי (נמצא בפרוקריוטים).
- Amitosis (חלוקה ישירה).
- מיטוזיס (נמצא באוקריוטים).
- Meiosis (נועד לחלוקה של תאי נבט).
סוגי החלוקה הגרעינית נקבעים על פי הטבע ותואמים למבנה התא ולתפקוד שהוא מבצע במקרואורגניזם או בפני עצמו.
ביקוע בינארי
סוג זה נפוץ ביותר בתאים פרוקריוטיים. זה מורכב מהכפלת מולקולת ה-DNA המעגלית. ביקוע בינארי של הגרעין נקרא כך מכיוון ששני תאי בת בגודל זהה מופיעים מתא האם.
לאחר שהחומר הגנטי (מולקולת DNA או RNA) הוכן בצורה מתאימה, כלומר הכפלה, מדופן התא מתחילנוצר מחיצה רוחבית, שמצרה בהדרגה ומחלקת את הציטופלזמה של התא לשני חלקים זהים בערך.
תהליך הביקוע השני נקרא ניצנים, או ביקוע בינארי לא אחיד. במקרה זה, מופיעה בליטה באתר דופן התא, אשר גדלה בהדרגה. לאחר שגודל ה"כליה" ותא האם יהיו שווים, הם ייפרדו. וקטע מדופן התא מסונתז שוב.
Amitosis
חלוקה גרעינית זו דומה לזו שתוארה לעיל, עם ההבדל שאין שכפול של חומר גנטי. שיטה זו תוארה לראשונה על ידי הביולוג Remak. תופעה זו מתרחשת בתאים שעברו שינוי פתולוגי (ניוון גידולי), ומהווה גם נורמה פיזיולוגית לרקמת כבד, סחוס וקרנית.
תהליך החלוקה הגרעינית נקרא אמיטוזיס, מכיוון שהתא שומר על תפקידיו, ואינו מאבד אותם, כמו בזמן מיטוזה. זה מסביר את התכונות הפתולוגיות הטבועות בתאים בשיטת חלוקה זו. בנוסף, חלוקה גרעינית ישירה מתבצעת ללא ציר ביקוע, ולכן הכרומטין בתאי הבת מתפזר בצורה לא אחידה. לאחר מכן, תאים כאלה אינם יכולים להשתמש במחזור המיטוטי. לפעמים, אמיטוזיס מביא ליצירת תאים מרובי גרעינים.
Mitosis
זהו ביקוע גרעיני עקיף. הוא נמצא לרוב בתאים איקריוטיים. ההבדל העיקרי בין תהליך זה הוא שתאי הבת ותא האם מכילים מספר זהה של כרומוזומים. בְּכָךמספר התאים הדרוש נשמר בגוף, וגם תהליכי התחדשות וצמיחה אפשריים. פלמינג היה הראשון שתיאר מיטוזה בתא חיה.
תהליך החלוקה הגרעינית במקרה זה מחולק ל-interphase ולמיטוזה ישירות. אינטרפאזה היא מצב המנוחה של התא בין חלוקות. ניתן לחלק אותו למספר שלבים:
1. תקופה פרה-סינתטית - התא גדל, חלבונים ופחמימות מצטברים בו, ATP (אדנוזין טריפוספט) מסונתז באופן פעיל.
2. תקופה סינתטית - החומר הגנטי מוכפל.
3. תקופה פוסט-סינטטית - יסודות התא כפולים, מופיעים חלבונים המרכיבים את ציר החלוקה
שלבי מיטוזיס
חלוקת הגרעין של תא אוקריוטי היא תהליך הדורש יצירת אברון נוסף - הצנטרוזום. הוא ממוקם ליד הגרעין, ותפקידו העיקרי הוא יצירת אברון חדש - ציר החלוקה. מבנה זה עוזר להפיץ את הכרומוזומים באופן שווה בין תאי הבת.
יש ארבעה שלבים של מיטוזה:
1. פרופאזה: הכרומטין בגרעין מתעבה לכרומטידים, המתאספים ליד הצנטרומר ויוצרים כרומוזומים בזוגות. הנוקלאולי מתפרקים והצנטריולים עוברים לקטבים של התא. נוצר ציר ביקוע.
2. מטאפאזה: כרומוזומים מסתדרים בקו דרך מרכז התא, ויוצרים את לוח המטאפאזה.
3. אנפאזה: הכרומטידות נעות ממרכז התא אל הקטבים, ואז הצנטרומר מתפצל לשניים. כגוןתנועה אפשרית עקב ציר החלוקה, שחוטיו מתכווצים ומותחתים את הכרומוזומים לכיוונים שונים.
4. טלופאזה: נוצרים גרעיני בת. הכרומטידות הופכות שוב לכרומטין, נוצר הגרעין, ובו - הגרעין. הכל מסתיים בחלוקת הציטופלזמה ויצירת דופן תא.
Endomitosis
הגידול בחומר הגנטי שאינו כרוך בחלוקה גרעינית נקרא אנדומיטוזיס. הוא נמצא בתאי צמחים ובעלי חיים. במקרה זה, אין הרס של הציטופלזמה ושל קליפת הגרעין, אלא הכרומטין הופך לכרומוזומים, ואז שוב נואש.
תהליך זה מייצר גרעינים פוליפלואידים עם תכולת DNA מוגברת. דומה מתרחש בתאים היוצרים מושבה של מח העצם האדום. בנוסף, ישנם מקרים שבהם מולקולות ה-DNA מכפילות את גודלן, בעוד שמספר הכרומוזומים נשאר זהה. הם נקראים פוליטן וניתן למצוא אותם בתאי חרקים.
משמעות של מיטוזה
חלוקה גרעינית מיטוטית היא דרך לשמור על מערך קבוע של כרומוזומים. לתאי הבת יש אותה מערכת גנים כמו האם, וכל המאפיינים הטמונים בה. נדרשת מיטוזיס עבור:
- צמיחה והתפתחות של אורגניזם רב-תאי (מהתמזגות של תאי נבט);
- העברת תאים מהשכבות התחתונות לשכבות העליונות, כמו גם החלפת תאי דם (אריתרוציטים, לויקוציטים, טסיות דם);
- שיקום רקמות פגועות (בבעלי חיים מסוימים, היכולת להתחדש היאתנאי הכרחי להישרדות, כגון כוכבי ים או לטאות);
- רבייה א-מינית של צמחים וכמה בעלי חיים (חסרי חוליות).
Meiosis
מנגנון החלוקה הגרעינית של תאי נבט שונה במקצת מסומטי. כתוצאה מכך מתקבלים תאים שיש להם חצי מידע גנטי מקודמיהם. זה הכרחי על מנת לשמור על מספר קבוע של כרומוזומים בכל תא בגוף.
Meiosis מתרחש בשני שלבים:
- שלב הפחתה;
- שלב משוואה.
מהלך נכון של תהליך זה אפשרי רק בתאים עם קבוצה שווה של כרומוזומים (דיפלואיד, טטרפלואיד, הקספרואיד וכו'). כמובן, זה נשאר אפשרי לעבור מיוזה בתאים עם קבוצה מוזרה של כרומוזומים, אבל אז ייתכן שהצאצאים לא יהיו בר-קיימא.
מנגנון זה הוא שמבטיח סטריליות בנישואים בין המינים. מאחר שתאי המין מכילים קבוצות שונות של כרומוזומים, הדבר מקשה עליהם להתמזג ולייצר צאצאים ברי קיימא או פוריים.
חלוקה ראשונה של מיוזה
שם השלבים חוזר על אלו שנמצאים במיטוזה: פרופאזה, מטפאזה, אנפאזה, טלופזה. אבל יש מספר הבדלים משמעותיים.
1. פרופאזה: קבוצה כפולה של כרומוזומים מבצעת סדרה של טרנספורמציות, העוברות דרך חמישה שלבים (לפטוטן, זיגוטן, פאכיטן, דיפלוטן, דיאקינזיס). כל זה קורה הודות לצימוד ולחצייה.
צימוד הוא חיבור של כרומוזומים הומולוגיים. בלפטוטן ביניהם נוצריםחוטים דקים, ואז בזיגוטן, הכרומוזומים מחוברים בזוגות וכתוצאה מכך מתקבלים מבנים של ארבע כרומטידות.
Crossingover הוא תהליך של החלפה צולבת של מקטעים של כרומטידים בין כרומוזומים אחים או הומולוגיים. זה מתרחש בשלב של pachytene. נוצרים הצלבות (chiasmata) של כרומוזומים. לאדם יכולים להיות משלושים וחמש עד שישים ושש חילופים כאלה. התוצאה של תהליך זה היא ההטרוגניות הגנטית של החומר המתקבל, או השונות של תאי נבט.
כשמגיע שלב הדיפלוטן, הקומפלקסים של ארבע כרומטידים מתפרקים והכרומוזומים האחיים דוחים זה את זה. דיאקינזיס משלימה את המעבר מפרופזה למטאפאזה.
2. מטאפאזה: כרומוזומים מסתדרים ליד קו המשווה של התא.
3. אנפאזה: הכרומוזומים, שעדיין מורכבים משתי כרומטידות, מתרחקים לכיוון הקטבים של התא.
4. טלופאז: הציר מתפרק, וכתוצאה מכך שני תאים הפלואידים עם כמות כפולה של DNA.
חלוקה שנייה של מיוזה
תהליך זה נקרא גם "מיטוזיס של מיוזה". ברגע שבין שני שלבים, שכפול DNA אינו מתרחש, והתא נכנס לפרופזה השנייה עם אותה קבוצת כרומוזומים שנשארה לו לאחר טלופזה 1.
1. פרופאזה: כרומוזומים מתעבים, מרכז התא נפרד (שרידיו מתפצלים לכיוון קטבי התא), המעטפת הגרעינית נהרסת ונוצר ציר חלוקה הממוקם בניצב לציר מהחלוקה הראשונה
2. מטאפאזה: כרומוזומים ממוקמים בקו המשווה, נוצריםלוח מטאפאזה.
3. אנפאזה: כרומוזומים מתחלקים לכרומטידים, שמתרחקים זה מזה.
4. טלופאז: גרעין נוצר בתאי בת, כרומטידים מתפזרים לכרומטין.
בסוף השלב השני, מתא הורה אחד, יש לנו ארבעה תאי בת עם חצי סט של כרומוזומים. אם המיוזה מתרחשת בשילוב עם גמטוגנזה (כלומר, היווצרות תאי נבט), אז החלוקה היא פתאומית, לא אחידה, ונוצר תא אחד עם קבוצה הפלואידית של כרומוזומים ושלושה גופי הפחתה שאינם נושאים את המידע הגנטי הדרוש. הם נחוצים כדי שרק מחצית מהחומר הגנטי של תא האב נשמר בביצית ובזרע. בנוסף, צורה זו של חלוקה גרעינית מבטיחה את הופעתם של שילובים חדשים של גנים, כמו גם תורשה של אללים טהורים.
בפרוטוזואה, יש וריאנט של מיוזה, כאשר רק חלוקה אחת מתרחשת בשלב הראשון, ובשני יש חצייה. מדענים מציעים שצורה זו היא מבשר אבולוציוני למיוזה נורמלית באורגניזמים רב-תאיים. ייתכן שיש דרכים אחרות לביקוע גרעיני שמדענים עדיין לא יודעים עליהן.
