חלוקת תאים: סוגים, תהליכים וחשיבות - ביולוגיה - 2025

חלוקת תאים הוא תהליך המאפשר לכל החיים אורגניזמים לגדול ולהתרבות. בפרוקריוטות ואוקריוטות, התוצאה של חלוקת תאים היא תאי בת שיש להם מידע גנטי זהה לתא המקורי. זה קורה מכיוון שלפני החלוקה, המידע הכלול ב- DNA משוכפל.

בפרוקריוטים חלוקה מתרחשת על ידי ביקוע בינארי. הגנום של רוב הפרוקריוטות הוא מולקולת DNA מעגלית. למרות שאורגניזמים אלה אינם בעלי גרעין, ה- DNA הוא בצורה קומפקטית המכונה נוקלאואיד, השונה מהציטופלזמה הסובבת אותו.

מקור: Retama

באוקריוטות חלוקה מתרחשת באמצעות מיטוזה ומיוזה. הגנום האוקריוטי מורכב מכמויות גדולות של DNA המאורגן בתוך הגרעין. ארגון זה מבוסס על אריזת DNA עם חלבונים ויוצרים כרומוזומים המכילים מאות או אלפי גנים.

לאיקריוטות המגוונות מאוד, חד-תאיות ומטאוזיות, יש מחזורי חיים המתחלפים בין מיטוזה למיוזה. מחזורים אלה הם אלה עם: א) מיוזה גנטית (בעלי חיים, פטריות ואצות מסוימות), ב) מיוזה זיגוטית (כמה פטריות ופרוטוזות); ו- ג) לסירוגין בין מיוזה גנטית לזיגוטית (צמחים).

סוגים

חלוקת תאים יכולה להיות על ידי ביקוע בינארי, מיטוזה או מיוזה. כל אחד מהתהליכים המעורבים בסוגי חלוקת תאים אלה מתואר להלן.

פיצול בינארי

ביקוע פרוקריוטי, ביקוע בינארי, הוא סוג של רבייה א-מינית.

ביקוע בינארי מורכב מחלוקת התא המולידה שני תאי בת, שלכל אחד מהם עותק זהה של ה- DNA של התא המקורי.

לפני חלוקת התא הפרוקריוטי, מתרחש שכפול של DNA, שמתחיל באתר ספציפי ב- DNA הכפול גדילי, הנקרא מקור ההעתקה. אנזימי שכפול נעים לשני הכיוונים מהמוצא, ומייצרים עותק אחד של כל אחד מגדילי ה- DNA הכפול גדילי.

לאחר שכפול ה- DNA התא מתאריך וה- DNA מופרד בתוך התא. מיד מתחיל לצמוח קרום פלזמה חדש באמצע התא, ויוצר ספיגה.

תהליך זה מקלים על ידי חלבון ה- FtsZ, שמור מאוד מבחינה אבולוציונית בפרוקריוטים, כולל Archaea. לבסוף, התא מתחלק.

מחזור התא והמיטוזה

השלבים שעובר תא אוקריוטי בין שתי חלוקות תאים ברצף ידוע כמחזור התא. משך מחזור התא משתנה בין מספר דקות לחודשים, תלוי בסוג התא.

מחזור התא מחולק לשני שלבים, כלומר שלב ה- M והממשק. שני תהליכים מתרחשים בשלב M, הנקראים מיטוזיס וציטוקינזיס. מיטוזיס מורכב מחלוקה גרעינית. אותו מספר וסוגים של כרומוזומים שנמצאים בגרעין המקורי נמצאים בגרעיני הבת. תאים סומטיים של אורגניזמים רב-תאיים מתחלקים על ידי מיטוזה.

ציטוקינזיס מורכב מחלוקת הציטופלזמה ליצירת תאי בת.

לממשק שלושה שלבים: 1) G1, התאים צומחים ומבלים את רוב זמנם בשלב זה; 2) S, שכפול גנום; ו- 3) G2, שכפול של מיטוכונדריה ואברונים אחרים, עיבוי של כרומוזומים והרכבה של מיקרו-צינורות, בין שאר האירועים.

שלבי מיטוזה

מיטוזיס מתחיל בסיום שלב ה- G2, ומחולק לחמישה שלבים: פרובאז, פרמטאפזה, מטאפזה, אנאפזה וטלופאז. כולם קורים ברציפות.

משפט

משפט. Leomonaci98, מ- Wikimedia Commons

בשלב זה הרכבת הציר המיטוטי, או המנגנון המיטוטי, היא האירוע המרכזי. הנבואה מתחילה עם דחיסת הכרומטין ויוצרת את הכרומוזומים.

לכל כרומוזום יש זוג כרומטידי אחות, עם DNA זהה, הנקשרים היטב בסביבת המרכזיות שלהם. קומפלקסים של חלבונים הנקראים cohesins משתתפים באיחוד זה.

כל צנטרומר מחובר לקינטוקור, שהוא מתחם של חלבונים הנקשר למיקרו-צינורות. מיקרו-צינורות אלו מאפשרים להעביר כל עותק של הכרומוזומים לתאי הבת. מיקרו-צינורות קורנים מכל קצה התא ויוצרים את המנגנון המיטוטי.

בתאים של בעלי חיים, לפני הנבואה, מתרחשת הכפילות הצנטרוזומית, שהיא המרכז המארגן העיקרי למיקרו-צינורות והמקום בו מרכזי ההורה והילד נפגשים. כל צנטרוזום מגיע לקוטב הנגדי של התא, ומקים גשר של מיקרו-צינורות ביניהם המכונה המנגנון המיטוטי.

בצמחים שהתפתחו לאחרונה, בניגוד לתאים מהחי, אין צנטרוזומים ומקורם של המיקרו-צינורות אינו ברור. בתאים פוטוסינתטיים ממוצא אבולוציוני ישן יותר, כמו אצות ירוקות, ישנם צנטרוזומים.

Prometaphase

Leomonaci98

המיטוזיס חייב להבטיח את ההפרדה של הכרומוזומים ואת חלוקת המעטפה הגרעינית של מתחם הנקבוביות הגרעיניות והגרעינים. תלוי אם המעטפה הגרעינית (EN) נעלמת או לא, ומידת ההתפרקות הצפופה של ה- EN, המיטוזה נעה בין סגורה לפתוחה לחלוטין.

לדוגמה, ב- S. cerevisae המיטוזה סגורה, ב- A. nidulans היא פתוחה למחצה, ובבני אדם היא פתוחה.

במיטוזה סגורה, גופות הקוטב של הציר נמצאים בתוך המעטפה הגרעינית, המהווים את נקודות הגרעין של מיקרו-צינורות גרעיניים וציטופלסמיים. המיקרו-צינוריות הציטופלזמיות אינטראקציות עם קליפת המוח התאית ועם הקינטוכוריות של הכרומוזומים.

במיטוזה פתוחה למחצה, מכיוון שה- EN מפורק חלקית, החלל הגרעיני פולש על ידי מיקרו-צינורות גרעיניים מהצנטרוזומים ודרך שני פתחים ב- EN, ויוצרים צרורות מוקפים ב- EN.

במיטוזה פתוחה מתרחשת פירוק מוחלט של ה- EN, המנגנון המיטוטי הושלם, והכרומוזומים מתחילים להיות עקורים לעבר אמצע התא.

מטאפזה

כרומוזומים מיושרים בצלחת המשוונית של התא בזמן המטאפזה המיטוטית

במטאפזה הכרומוזומים מתיישרים קו קו המשווה של התא. המישור הדמיוני הניצב לציר הציר, העובר דרך ההיקף הפנימי של התא, נקרא צלחת המטאפזה.

בתאי יונקים המנגנון המיטוטי מסודר לציר מיטוטי מרכזי וזוג אסטרס. הציר המיטוטי מורכב מצרור סימטרי דו-צדדי של מיקרו-צינורות המתחלק בקו המשווה של התא, ויוצר שני חצאים מנוגדים. אסטרות מורכבות מקבוצה של מיקרו-צינורות בכל קוטב של הציר.

במנגנון המיטוטי יש שלוש קבוצות של מיקרו-צינורות: 1) אסטרל, המהווים את האסטר, מתחילים מהצנטרוזום וקורנים לעבר קליפת התא; 2) של kinetochore, אשר מחוברים כרומוזומים דרך kinetochore; ו- 3) קוטביים, המבדלים בין צינורות מיקרו מהקוטב הנגדי.

בכל המיקרו-צינוריות שתוארו לעיל, קצות (-) פונים אל הצנטרוזום.

בתאי צמח, אם אין צנטרוזום, הציר דומה לזה של תאים מן החי. הציר מורכב משני חצאים עם קוטביות הפוכה. הקצוות (+) נמצאים בצלחת המשוונית.

אנפזה

מקור: Leomonaci98, מ- Wikimedia Commons

אנאפאזה מחולקת למוקדמת ומאוחרת. באנאפזה המוקדמת מתרחשת הפרדה של כרומטידיות אחות.

הפרדה זו מתרחשת מכיוון שהחלבונים השומרים על האיחוד נסוקים ומכיוון שיש קיצור של המיקרו-צינורות של הקינטוקור. כאשר זוג הכרומטידים האחות נפרדים, הם נקראים כרומוזומים.

במהלך התזוזה קדימה של כרומוזומים, הקינטוקור נע לאורך המיקרו-צינורית של אותו קינטוכור כשקצה (+) מתנתק. בגלל זה, תנועת הכרומוזומים בזמן המיטוזה היא תהליך פסיבי שאינו דורש חלבונים מוטוריים.

באנאפזה מאוחרת מתרחשת הפרדה גדולה יותר של הקטבים. חלבון KRP, המחובר לקצה (+) של מיקרו-צינוריות קוטביות, באזור החפיפה של אותו, נוסע לעבר הקצה (+) של מיקרו-צינור קוטבי אנטי-פארמלי. לפיכך, KRP דוחף את המיקרו-צינור הקוטב הצמוד לכיוון הקצה (-).

בתאי צמחים, לאחר הפרדת הכרומוזומים, נותר חלל עם מיקרו-צינורות מעוברים או מכניסים זה לזה באמצע הציר. מבנה זה מאפשר התחלת המנגנון הציטוקינטטי, הנקרא הפרמופלסט.

טלופאז

טלופאז. Leomonaci98

בטלופאז קורים אירועים שונים. הכרומוזומים מגיעים לקטבים. Kinetochore נעלם. המיקרו-צינוריות הקוטביות ממשיכות להתארך, ומכינות את התא לציטוקינזיס. המעטפה הגרעינית נוצרת מחדש משברים של מעטפת האם. הגרעין מופיע שוב. הכרומוזומים מפונקים.

ציטוקינזיס

ציטוקינזיס הוא השלב של מחזור התא במהלכו התא מתחלק. בתאי בעלי חיים ציטוזינזיס מתרחשת באמצעות חגורת היצרות של חוטי אקטין. חוטים אלה גולשים זה על זה, קוטר הרצועה פוחת, ונוצר חריץ מחשוף סביב היקף התא.

ככל שהיצר ממשיך, העמק מתעמק ונוצר גשר בין-תאי המכיל את גוף האמצע. באזור המרכזי של הגשר הבין-תאי נמצאים צרורות המיקרו-צינורות, המכוסים על ידי מטריצת אלקטרודה.

פירוק הגשר הבין-תאי בין תאי אחות פוסט-מיטוטיים מתרחש באמצעות כריתה. ישנם שלושה סוגים של כישלון: 1) מנגנון פירוק מכני; 2) מנגנון המילוי על ידי שלפוחיות פנימיות; 3) היצרות קרום הפלזמה לביזוי.

בתאי צמח, מרכיבי הממברנה מתאספים בתוכם ופלטת התא נוצרת. לוח זה גדל עד שהוא מגיע לפני השטח של קרום הפלזמה, מתמזג איתו ומחלק את התא לשניים. ואז התאית מופקדת על קרום הפלזמה החדש ויוצרת את דופן התא החדשה.

מיוזה

מיוזה היא סוג של חלוקת תאים המפחיתה את מספר הכרומוזומים לחצי. לפיכך, תא דיפלואידי מתחלק לארבעה תאי בת מפושטים. מיוזה מופיעה בתאי נבט ומולידה גמטות.

שלבי המיוזה מורכבים משתי חלוקות של הגרעין והציטופלזמה, כלומר meiosis I ו- meiosis II. במהלך מיוזה אני, חברי כל זוג כרומוזומים הומולוגיים נפרדים. במהלך המיוזה השנייה, הכרומטידים של האחות נפרדים ומופקים ארבעה תאים חצובים.

כל שלב של מיטוזה מחולק לפרובאז, פרמטאפזה, מטאפזה, אנאפזה וטלופאז.

מיוזיס אני

- שלב I. הכרומוזומים מתעבים והציר מתחיל להיווצר. ה- DNA הוכפל. כל כרומוזום מורכב מכרומטידים של אחות, המחוברים לסנטרומרה. כרומוזומים הומולוגיים מזדווגים במהלך סינפסה, ומאפשרים מעבר, שהוא המפתח לייצור גמטות שונות.

- Metaphase I. זוג הכרומוזומים ההומולוגיים בשורה לאורך צלחת המטאפזה. הכריזמה עוזרת להחזיק את הצמד ביחד. מיקרו-צינורות של kinetochore בכל עמוד נקשרים לסנטרומרים של כרומוזום הומולוגי.

- Anaphase I. המיקרו-צינורות של kinetochore מתקצרים והזוגות ההומולוגיים מופרדים. הומולוג משוכפל אחד עובר לקוטב אחד של התא, ואילו ההומולוג המשוכפל השני הולך לצד השני של הקוטב.

- טלופאז I. הומולוגים נפרדים מהווים קבוצה בכל קוטב של התא. המעטפה הגרעינית מתהווה מחדש. ציטוקינזיס קורה. לתאים שהתקבלו יש מחצית ממספר הכרומוזומים של התא המקורי.

Meiosis II

- משפט שני. ציר חדש נוצר בכל תא וממברנת התא נעלמת.

- Metaphase II. הושלמה היווצרות הציר. בכרומוזומים יש כרומטידים אחים, המחוברים במרכז הצנטרום, מיושרים לאורך צלחת המטאפזה. המיקרו-צינורות של הקינטוקור המתחילים מקטבים מנוגדים נקשרים לסנטרומרים.

- אנפיסה II. מיקרו-צינורות מתקצרים, צנטרומרים מתחלקים, כרומטידיות אחות נפרדים ונעה לעבר קטבים מנוגדים.

- טלופאז II. המעטפה הגרעינית נוצרת סביב ארבע קבוצות של כרומוזומים: נוצרים ארבעה תאים מפושטים.

חֲשִׁיבוּת

כמה דוגמאות ממחישות את החשיבות של סוגים שונים של חלוקת תאים.

- מיטוזיס. למחזור התאים יש נקודות בלתי הפיכות (שכפול DNA, הפרדת כרומטידים אחיות) ומחסומים (G1 / S). חלבון p53 הוא המפתח למחסום G1. חלבון זה מגלה נזק ל- DNA, מפסיק את חלוקת התא וממריץ את פעילותם של אנזימים המתקנים נזקים.

בלמעלה מ- 50% ממקרי הסרטן האנושיים, לחלבון p53 יש מוטציות המבטלות את יכולתו לקשור רצפי DNA ספציפיים. מוטציות ב- p53 יכולות להיגרם מסרטנים, כמו בנזופרטן בעשן סיגריות.

- מיוזה. זה קשור להתרבות מינית. מנקודת מבט אבולוציונית, מאמינים כי רבייה מינית נוצרה כתהליך לתיקון ה- DNA. כך, ניתן לתקן את הנזק בכרומוזום על סמך מידע הכרומוזום ההומולוגי.

אומרים שהמצב הדיפלואידי היה חולף באורגניזמים קדומים, אך נעשה רלוונטי יותר ככל שהגנום הלך וגדל. באורגניזמים אלה יש להתרבות מינית תפקיד של השלמה, תיקון DNA ושונות גנטית.

הפניות

1. אלברטס, ב., ג'ונסון, א., לואיס, ג'יי, ואח '. 2007. ביולוגיה מולקולרית של התא. גרלנד מדע, ניו יורק.
2. Bernstein, H., Byers, GS, Michod, RE 1981. אבולוציה של רבייה מינית: החשיבות של תיקון DNA, השלמה וריאציה. נטורליסט אמריקני, 117, 537-549.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. ביולוגיה תאית ומולקולרית. העריכה Medica Panamericana, בואנוס איירס.
4. Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Singer, SR 2005 Biology. השכלה גבוהה, בוסטון.
5. סולומון, ב.מ., ברג, LR, מרטין, DW 2008. ביולוגיה. תומסון, ארה"ב.