מיטוזיס: שלבים ומאפייניהם, תפקידיהם ואורגניזמים - ביולוגיה - 2025

מיטוזה היא תהליך חלוקת התא, שבו תא מייצר תאי הבת זהים גנטית; נוצרות שתי "בנות" עם אותו עומס כרומוזומלי עבור כל תא. חלוקה זו מתרחשת בתאים סומטיים של אורגניזמים אוקיארוטים.

תהליך זה הוא אחד משלבי מחזור התאים של אורגניזמים אוקריוטיים, המורכב מארבעה שלבים: S (סינתזת DNA), M (חלוקת תאים), G1 ו- G2 (שלבי ביניים שבהם מיוצרים mRNA וחלבונים) . יחד, שלבי ה- G1, G2 ו- S נחשבים כממשק. החלוקה הגרעינית והציטופלסמטית (מיטוזה וציטוקינזיס) מהווים את השלב האחרון של מחזור התא.

סקירה כללית של מיטוזה. מקור: Viswaprabha

ברמה המולקולרית, המיטוזה מתחילה בהפעלת קינאז (חלבון) הנקרא MPF (Maturation Promoting Factor) והזרחה הנגרמת כתוצאה ממספר משמעותי מחלבוני המרכיב של התא. זה האחרון מאפשר לתא להציג את השינויים המורפולוגיים הנחוצים לביצוע תהליך החלוקה.

מיטוזיס הוא תהליך א-מיני, מכיוון שלתא הבן ובנותיו יש את אותו מידע גנטי בדיוק. תאים אלה מכונים דיפלואיד מכיוון שהם נושאים את העומס הכרומוזומלי השלם (2n).

מיוזה, לעומת זאת, היא תהליך חלוקת התא שמוביל להתרבות מינית. בתהליך זה, תא גזע דיפלואידי משכפל את הכרומוזומים שלו ואז מתחלק פעמיים ברציפות (מבלי לשכפל את המידע הגנטי שלו). לבסוף, 4 תאי בת נוצרים עם מחצית העומס הכרומוזומלי, הנקראים haploid (n).

סקירה כללית של מיטוזה

מיטוזיס באורגניזמים חד תאיים בדרך כלל מייצרת תאי בת הדומים מאוד לאביהם. לעומת זאת, במהלך התפתחותם של יצורים רב-תאיים, תהליך זה יכול להוליד שני תאים עם מאפיינים שונים (למרות שהם זהים גנטית).

בידול תאים זה מוליד את סוגי התאים השונים המרכיבים אורגניזמים רב-תאיים.

במהלך חיי האורגניזם מחזור התא מתרחש ברציפות, ויוצר כל הזמן תאים חדשים אשר בתורם צומחים ומתכוננים להתחלק באמצעות מיטוזה.

צמיחת תאים וחלוקה מוסדרים על ידי מנגנונים, כמו אפופטוזיס (מוות תאים מתוכנת) המאפשרים שמירה על איזון, הימנעות מעודף צמיחת רקמות. בדרך זו מובטח כי התאים הפגומים מוחלפים על ידי תאים חדשים, בהתאם לדרישות ולצרכי הגוף.

עד כמה התהליך הזה רלוונטי?

יכולת ההתרבות היא אחד המאפיינים החשובים ביותר של כל האורגניזמים (מאחד-תאיים עד רב-תאיים) ושל התאים המרכיבים אותו. איכות זו מבטיחה את המשכיות המידע הגנטי שלך.

הבנת תהליכי המיטוזה והמיוזה מילאו תפקיד מהותי בהבנת המאפיינים התאיים המסקרנים של אורגניזמים. לדוגמא, המאפיין של שמירה על מספר הכרומוזומים קבועים מתא לתא בתוך יחיד, ובין פרטים מאותו מין.

כשאנחנו סובלים מסוג מסוים של חתך או פצע בעורנו, אנו רואים כיצד בעוד כמה ימים העור הפגוע מתאושש. זה מתרחש בזכות תהליך המיטוזה.

שלבים ומאפייניהם

באופן כללי, המיטוזה עוקבת אחר אותו רצף תהליכים (שלבים) בכל התאים האוקריוטים. בשלבים אלה חלים שינויים מורפולוגיים בתא. ביניהם עיבוי הכרומוזומים, קרע בקרום הגרעיני, הפרדת התא מהמטריקס החוץ תאי ותאים אחרים וחלוקת הציטופלזמה.

בחלק מהמקרים, חלוקה גרעינית וחלוקה ציטופלסמית נחשבים לשלבים נפרדים (מיטוזיס וציטוקינזיס בהתאמה).

למחקר והבנה טובה יותר של התהליך, נקבעו שישה שלבים (6) הנקראים: פרוזאז, פרמטאפזה, מטאפזה, אנאפזה וטלופאז, ואז הציטוקינזיס נחשב לשלב שישי, שמתחיל להתפתח במהלך האנאפיזה.

טלופאז הוא השלב האחרון של המיטוזה. נלקח מ https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg. באמצעות Wikimedia Commons

שלבים אלה נחקרו מאז המאה ה -19 באמצעות מיקרוסקופ האור, כך שכיום ניתן לזהותם בקלות על פי המאפיינים המורפולוגיים שהתא מציג, כמו עיבוי כרומוזומלי, ויצירת הציר המיטוטי.

משפט

משפט. Leomonaci98, מ- Wikimedia Commons

פרובאז 'הוא הביטוי הראשון הנראה לעין של חלוקת תאים. בשלב זה ניתן לראות את המראה של הכרומוזומים כצורות נבדלות, בשל הדחיסה המתקדמת של הכרומטין. עיבוי כרומוזומים זה מתחיל בזרחן של מולקולות היסטון H1 על ידי קינאס MPF.

תהליך העיבוי מורכב מההתכווצות ולכן הפחתת גודל הכרומוזומים. זה מתרחש עקב התפתלות סיבי הכרומטין, ומייצר מבנים הניתנים לניתוק בקלות רבה יותר (כרומוזומים מיטוטיים).

כרומוזומים ששוכפלו בעבר בתקופת ה- S של מחזור התא, משיגים מראה גדילי כפול, הנקרא כרומטות אחות, גדילים אלו מוחזקים יחד דרך אזור המכונה הסנטרומרה. בשלב זה הגרעין נעלם גם הוא.

היווצרות ציר מיטוטי

מאת Silvia3, מ- Wikimedia Commons

במהלך נבואה נוצר הציר המיטוטי, המורכב ממיקרו-צינורות וחלבונים המרכיבים סט סיבים.

עם צורת הציר, מפרקים את המיקרו-צינורות של הציטוס שלד (על ידי השבתת החלבונים השומרים על מבנהם), ומספקים את החומר הדרוש ליצירת הציר המיטוטי האמור.

הצנטרוזום (אברון נטול ממברנות, הפונקציונלי במחזור התא), המשוכפל בממשק, משמש כיחידת ההרכבה של מיקרו-צינורות הציר. בתאים מהחי יש לצנטרוזום במרכז זוג צנטריולים; אך אלה נעדרים ברוב תאי הצומח.

הצנטרוזומים המשוכפלים מתחילים להיפרד זה מזה בזמן שמיקרו-צינורות הציר מתאספים בכל אחד מהם ומתחילים לנדוד לכיוון קצוות הנגדים של התא.

בסוף הנבואה מתחיל קרע המעטפה הגרעינית, המתרחש בתהליכים נפרדים: פירוק הנקבובית הגרעינית, הלמינה הגרעינית והממברנות הגרעיניות. הפסקה זו מאפשרת לציר ולכרומוזומים מיטוטיים להתחיל ליצור אינטראקציה.

Prometaphase

Leomonaci98

בשלב זה המעטפה הגרעינית הייתה מקוטעת לחלוטין, כך שהמיקרו-צינורות של הציר פולשים לאזור זה תוך אינטראקציה עם הכרומוזומים. שני הצנטרוזומים נפרדו, כל אחד מהם ממוקם בקטבים של הציר המיטוטי, בקצוות מנוגדים של התאים.

כעת, הציר המיטוטי כולל את המיקרו-צינורות (המשתרעים מכל צנטרוזום לכיוון מרכז התא), הצנטרוזומים וזוג אסטרס (מבנים עם התפלגות רדיאלית של מיקרו-צינורות קצרים, הנפרשים מכל צנטרוזום).

הכרומטידים פיתחו כל אחד מבנה חלבון ייעודי, הנקרא kinetochore, הממוקם במרכז. Kinetochores אלה ממוקמים בכיוונים מנוגדים וכמה מיקרו-צינורות, המכונים צינורות מיקרו-צינורות, דבקים בהם.

מיקרו-צינורות אלה, המחוברים לקינטוקור, מתחילים לעבור לכרומוזום שבסופו הם נמשכים; חלקם מקוטב אחד ואחרים מהקוטב ההפוך. זה יוצר אפקט "משיכה וכווץ" שכאשר הוא מתייצב מאפשר לכרומוזום להגיע בין קצות התא.

מטאפזה

כרומוזומים מיושרים בצלחת המשוונית של התא בזמן המטאפזה המיטוטית

במטפאז, הצנטרוזומים ממוקמים בקצוות מנוגדים של תאים. הציר מראה מבנה ברור, במרכזו נמצאים הכרומוזומים. הצנטרומרים של כרומוזומים אלה מחוברים לסיבים ומתיישרים במישור דמיוני הנקרא צלחת המטאפזה.

הכרומטיד kinetochores נותרו צמודים למיקרו-צינורות של kinetochore. מיקרו-צינורות שאינם דבקים בקינטוכוריים ונמשכים מקטבים מנוגדים של הציר עוסקים כעת זה בזה. בשלב זה המיקרו-צינורות מהאסטרות נמצאים במגע עם קרום הפלזמה.

צמיחה ואינטראקציה זו של מיקרו-צינורות משלימים את מבנה הציר המיטוטי, ומעניקים לו מראה "כלוב ציפורים".

מבחינה מורפולוגית, השלב הזה הוא זה עם השינויים המעטים ביותר, וזו הסיבה שהוא נחשב לשלב מנוחה. עם זאת, למרות שהם לא מורגשים בקלות, תהליכים חשובים רבים מתרחשים בו, בנוסף להיותם השלב הארוך ביותר של המיטוזה.

אנפזה

מקור: Leomonaci98, מ- Wikimedia Commons

במהלך אנאפאזה, כל זוג כרומטידים מתחיל להיפרד (עקב הפעלת החלבונים המחזיקים אותם זה בזה). כרומוזומים מופרדים עוברים לקצוות מנוגדים של התא.

תנועת נדידה זו נובעת מקיצור המיקרו-צינורות של הקינטוקור, ויוצרת אפקט "משיכה" הגורם לכל כרומוזום לנוע מהצנטרום שלו. תלוי במיקומם של הצנטרומרים בכרומוזום, הוא עשוי לקבל צורה מסוימת כמו V או J.

המיקרו-צינורות שלא נדבקו בקינטוקור, צומחים ומתארכים על ידי הדבקה של טובולין (חלבון) ועל ידי פעולת חלבונים מוטוריים הנעים עליהם ומאפשרים למגע ביניהם להפסיק. כאשר הם מתרחקים זה מזה, מוטות הציר עושים זאת גם כן, ומאריכים את התא.

בסוף שלב זה, קבוצות הכרומוזומים ממוקמות בקצוות מנוגדים של הציר המיטוטי, ומשאירות לכל קצה התא מערך שלם ושווה ערך של כרומוזומים.

טלופאז

טלופאז. Leomonaci98

הטלופאז הוא השלב האחרון של חלוקת הגרעין. המיקרו-צינורות של הקינטוקור מתפרקים ואילו המיקרו-צינורות הקוטביים מאריכים עוד יותר.

הממברנה הגרעינית מתחילה להיווצר סביב כל מערכת כרומוזומים, תוך שימוש במעטפות הגרעיניות של תא האבא, שהיו כמו שלפוחיות בציטופלזמה.

בשלב זה הכרומוזומים שנמצאים בקטבי התא מתפרקים לחלוטין עקב התייבשות של מולקולות ההיסטון (H1). היווצרות היסודות של הממברנה הגרעינית מכוונת על ידי מספר מנגנונים.

במהלך אנאפאזה, רבים מהחלבונים הזרחניים בפרופאז החלו להתייבש. זה מאפשר בתחילת הטלופאז, שלפוחיות הגרעין מתחילות להרכיב מחדש, ומתאגדות עם פני הכרומוזומים.

מצד שני, נקבובית הגרעין מוחזרת מחדש ומאפשרת שאיבה של חלבונים גרעיניים. חלבוני הלמינה הגרעינית מאוחסנים בזרחן, ומאפשרים להם להתקשר שוב, כדי להשלים את היווצרות הלמינה הגרעינית האמורה.

לבסוף, לאחר הוצאת הכרומוזומים באופן מוחלט, מופעלת מחדש סינתזת RNA ויוצרת את הגרעין שוב ובכך משלימה את היווצרות גרעיני הבין-המתח החדשים של תאי הבת.

ציטוקינזיס

ציטוקינזיס נראית כאירוע נפרד מהחלוקה הגרעינית, ובדרך כלל בתאים טיפוסיים, תהליך החלוקה הציטופלסמית מלווה כל מיטוזה, החל מאנאפזה. מספר מחקרים הראו כי בכמה עוברים חלוקות גרעין מרובות מתרחשות לפני חלוקה ציטופלסמית.

התהליך מתחיל במראה של חריץ או שסע המסומנים במישור לוחית המטאפזה, ומבטיח כי החלוקה מתרחשת בין קבוצות הכרומוזומים. אתר השסע מצוין על ידי הציר המיטוטי במיוחד, המיקרו-צינורות של האסטרות.

בשסע המסומן נמצא סדרה של מיקרופילמנטים היוצרים טבעת המכוונת לצד הציטופלזמתי של קרום התא, המורכב ברובו מאקטין ומיוזין. חלבונים אלה מתקשרים זה עם זה ומאפשרים לטבעת להתכווץ סביב החריץ.

כיווץ זה נוצר על ידי החלקה של חוטים של חלבונים אלה, כאשר הם מתקשרים זה בזה, באותה דרך שהם עושים, למשל, ברקמות שריר.

התכווצות annulus מעמיקה, מפעילה אפקט "הידוק" המחלק סוף סוף את תא האב-אב, ומאפשר הפרדה של תאי הבת, עם תוכנם הציטופלזמתי המתפתח.

ציטוקינזיס בתאי צמחים

לתאי צמח יש קיר תא, כך שתהליך החלוקה הציטופלסמטית שלהם שונה מזה שתואר קודם ומתחיל בטלופאז.

היווצרות דופן תא חדשה מתחילה כאשר מורכבים המיקרו-צינורות של הציר הנותר, המהווים את השברמופלסט. מבנה גלילי זה מורכב משתי קבוצות של מיקרו-צינורות המחוברים בקצותיהם, וקטותיהם החיוביות משובצות בצלחת אלקטרונית במישור המשווה.

שלפוחיות קטנות ממנגנון גולגי, עמוסות מבשרי קיר לתא, עוברות דרך המיקרו-צינורות של הפברמופלסט לאזור המשווה, ומשתלבים יחד ליצירת צלחת תא. תכולת שלפוחית ​​מופרשת בצלחת זו ככל שהיא גדלה.

לוח זה גדל ומתמזג עם קרום הפלזמה לאורך היקף התא. זה מתרחש עקב הסידור מחדש הבלתי פוסק של המיקרו-צינוריות של השברמופלסט בשולי הפלטה, ומאפשר ליותר שלפוחיות לנוע לכיוון מישור זה ולרוקן את תוכנן.

בדרך זו מתרחשת ההפרדה הציטופלסמית של תאי הבת. לבסוף, תוכן לוחית התא, יחד עם סיבי המיקרו התאית בתוכה, מאפשרים את השלמת הקמת תא התא החדש.

מאפיינים

מיטוזיס הוא מנגנון חלוקה בתאים, והוא חלק מאחד השלבים של מחזור התא באיקריוטים. באופן פשוט ניתן לומר שהתפקיד העיקרי של תהליך זה הוא רבייה של תא בשני תאי בת.

עבור אורגניזמים חד-תאיים פירושו חלוקת תאים דור של אנשים חדשים, ואילו עבור אורגניזמים רב-תאיים תהליך זה הוא חלק מהצמיחה והתפקוד התקין של האורגניזם כולו (חלוקת תאים מייצרת התפתחות של רקמות ותחזוקה של מבנים).

תהליך המיטוזה מופעל בהתאם לדרישות הגוף. אצל יונקים, למשל, תאי דם אדומים (אריתרוציטים) מתחילים להתחלק, ויוצרים יותר תאים, כאשר הגוף זקוק לספיגת חמצן טובה יותר. באופן דומה, תאי דם לבנים (לויקוציטים) מתרבים כאשר יש צורך להילחם בזיהום.

לעומת זאת, חלק מתאי בעלי החיים המתמחים למעשה חסרים את תהליך המיטוזה או שהוא איטי מאוד. דוגמאות לכך הן תאי עצב ותאי שריר).

באופן כללי, מדובר בתאים המהווים חלק מרקמת החיבור והמבנה של הגוף ואשר ההתרבות שלהם הכרחית רק כאשר לתא יש פגם או התדרדרות ויש צורך להחליפו.

ויסות גידול וחלוקה של תאים.

מערכת חלוקת התאים ומערכת בקרת הצמיחה מורכבת הרבה יותר באורגניזמים רב-תאיים מאשר במערכות חד-תאיות. באחרון, ההתרבות מוגבלת בעיקר על ידי זמינות המשאבים.

בתאי בעלי חיים נעצרת חלוקה עד שיש איתות חיובי להפעלת תהליך זה. הפעלה זו באה בצורה של אותות כימיים מתאים סמוכים. זה מאפשר למנוע צמיחה בלתי מוגבלת של רקמות, והתרבות של תאים פגומים, העלולים לפגוע אנושות בחיי האורגניזם.

אחד המנגנונים השולטים בכפל התא הוא אפופטוזיס, שם תא נפטר (עקב ייצור חלבונים מסוימים שמפעילים הרס עצמי) אם הוא מביא נזק רב או נגוע בנגיף.

ישנה גם ויסות התפתחות התאים באמצעות עיכוב גורמי גדילה (כמו חלבונים). כך התאים נשארים בממשק, מבלי להמשיך לשלב M של מחזור התא.

אורגניזמים שמבצעים אותה

תהליך המיטוזה מתרחש ברוב המוחלט של התאים האוקריוטים, החל מאורגניזמים חד-תאיים כמו שמרים, המשתמשים בהם כתהליך רבייה א-מיני, וכלה באורגניזמים רב-תאיים מורכבים כמו צמחים ובעלי חיים.

למרות שבאופן כללי מחזור התא זהה לכל התאים האוקריוטים, ישנם הבדלים בולטים בין אורגניזמים חד-תאיים לבין רב-תאיים. בראשון, צמיחת התאים וחלוקה מועדפת על ידי סלקציה טבעית. באורגניזמים רב-תאיים התפשטות מוגבלת על ידי מנגנוני בקרה קפדניים.

באורגניזמים חד-תאיים, ההתרבות מתרחשת באופן מואץ, מכיוון שמחזור התא פועל ללא הרף ותאי הבת יוצאים במהירות למיטוזה כדי להמשיך במחזור זה. ואילו לתאים של אורגניזמים רב-תאיים נדרש זמן רב משמעותית לגדול ולהתחלק.

ישנם גם כמה הבדלים בין התהליכים המיטוטיים של תאי צמחים ובעלי חיים, כמו בחלק מהשלבים של תהליך זה, עם זאת, באופן עקרוני, המנגנון פועל באופן דומה באורגניזמים אלה.

חלוקת תאים בתאים פרוקריוטיים

תא פרוקריוטים

תאים פרוקריוטים בדרך כלל צומחים ומתחלקים בקצב מהיר יותר מתאי אוקריוטים.

אורגניזמים עם תאים פרוקריוטיים (בדרך כלל חד-תאיים או במקרים מסוימים רב-תאיים) חסרים קרום גרעיני שמבודד את החומר הגנטי בתוך גרעין, ולכן הוא מפוזר בתא, באזור המכונה הגרעין. לתאים אלה יש כרומוזום ראשי עגול.

לפיכך חלוקת תאים באורגניזמים אלה היא הרבה יותר ישירה מאשר בתאים אוקריוטיים, חסרה את המנגנון שתואר (מיטוזה). בהם, ההתרבות מתבצעת על ידי תהליך הנקרא ביקוע בינארי, בו שכפול DNA מתחיל באתר ספציפי בכרומוזום המעגלי (מקור הכפול או OriC).

לאחר מכן נוצרים שני מקורות הנודדים לצדדים מנוגדים של התא עם התרחשות שכפול, והתא נמתח לגודל כפול. בתום השכפול, ממברנת התא צומחת לציטופלזמה ומחלקת את תא הוולד לשתי בנות עם אותו חומר גנטי.

התפתחות המיטוזה

התפתחות התאים האוקריוטים הביאה עמה עלייה במורכבות בגנום. זה כלל פיתוח של מנגנוני חלוקה מורכבים יותר.

מה קדם למיטוזה?

ישנן השערות המציעות כי חלוקת חיידקים היא המנגנון הקודם של המיטוזה. נמצא קשר מסוים בין חלבונים הקשורים לביקוע בינארי (שיכולים להיות אלו המעגנים כרומוזומים לאתרים ספציפיים בקרום הפלזמה של בנות) עם טובולין ואקטין בתאים אוקיוטרטים.

כמה מחקרים מצביעים על מוזרויות מסוימות בחלוקת הפרוטסטים החד-תאיים המודרניים. בתוכם הקרום הגרעיני נותר על כנו במהלך המיטוזה. הכרומוזומים המשוכפלים נשארים מעוגנים לאתרים מסוימים בממברנה זו, ונפרדים כאשר הגרעין מתחיל להימתח במהלך חלוקת התא.

זה מראה צירוף מקרים עם תהליך הביקוע הבינארי, בו הכרומוזומים המשוכפלים נקשרים למקומות מסוימים על קרום התא. ההשערה עולה אז כי המפגינים המציגים איכות זו במהלך חלוקת התאים שלהם יכלו לשמור על מאפיין זה של תא פרוקריוטי של אבות.

נכון לעכשיו טרם פותחו הסברים מדוע בתאים אוקריוטיים של אורגניזמים רב-תאיים יש צורך שהממברנה הגרעינית תתפורר בתהליך חלוקת התאים.

הפניות

1. Albarracín, A., & Telulón, AA (1993). תורת התא במאה ה -19. מהדורות AKAL.
2. אלברטס, ב., ג'ונסון, א., לואיס, ג'יי, רף, מ., רוברט, ק., וולטר, פ (2008). ביולוגיה מולקולרית של התא. גרלנד מדע, טיילור ופרנסיס גרופ.
3. קמפבל, נ., וריי, ג'יי (2005). ביולוגיה 7 ^th Edition, AP.
4. גריפית'ס, AJ, Lewontin, RC, Miller, JH, and Suzuki, DT (1992). מבוא לניתוח גנטי. מקגרו היל אינטרמריקנה.
5. Karp, G. (2009). ביולוגיה תאית ומולקולרית: מושגים וניסויים. ג'ון וויילי ובניו.
6. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). ביולוגיה מולקולרית של תאים. מקמילן.
7. סגורה-ולדז, MDL, קרוז-גומז, SDJ, לופז-קרוז, ר., זוואלה, ג., וג'ימז-גרסיה, LF (2008). ויזואליזציה של מיטוזה במיקרוסקופ הכוח האטומי. עֵצָה. מגזין המתמחה במדעים כימיים-ביולוגיים, 11 (2), 87-90.