Katra šūna sāk savu dzīvi, kad tā atdalās no mātes šūnas, un beidz savu eksistenci, ļaujot parādīties tās meitas šūnām. Daba nodrošina vairāk nekā vienu veidu, kā sadalīt to kodolu atkarībā no to struktūras.
Šūnu dalīšanas metodes
Kodoldalīšana ir atkarīga no šūnas veida:
- Binārā dalīšanās (atrodas prokariotos).
- Amitoze (tiešā sadalīšanās).
- Mitoze (atrodas eikariotos).
- Mejoze (paredzēta dzimumšūnu dalīšanai).
Kodolsadalīšanās veidus nosaka daba un tie atbilst šūnas uzbūvei un funkcijai, ko tā veic makroorganismā vai pati par sevi.
Binārā skaldīšana
Šis tips ir visizplatītākais prokariotu šūnās. Tas sastāv no apļveida DNS molekulas dubultošanas. Kodola bināro skaldīšanu tā sauc, jo no mātes šūnas parādās divas vienāda izmēra meitas šūnas.
Pēc tam, kad ģenētiskais materiāls (DNS vai RNS molekula) ir sagatavots atbilstošā veidā, tas ir, dubultots, sākas no šūnas sienasveidojas šķērseniskā starpsiena, kas pakāpeniski sašaurina un sadala šūnas citoplazmu divās aptuveni identiskās daļās.
Otro skaldīšanas procesu sauc par pumpuru veidošanos jeb nevienmērīgu bināro skaldīšanu. Šajā gadījumā šūnas sienas vietā parādās izvirzījums, kas pakāpeniski aug. Pēc tam, kad "nieru" un mātes šūnas izmērs būs vienāds, tie atdalīsies. Un daļa šūnas sienas tiek sintezēta vēlreiz.
Amitoze
Šis kodola sadalījums ir līdzīgs iepriekš aprakstītajam, ar atšķirību, ka nav ģenētiskā materiāla dublēšanās. Šo metodi pirmo reizi aprakstīja biologs Remaks. Šī parādība rodas patoloģiski izmainītās šūnās (audzēja deģenerācija), un tā ir arī fizioloģiska norma aknu audiem, skrimšļiem un radzenei.
Kodola dalīšanās procesu sauc par amitozi, jo šūna saglabā savas funkcijas un nezaudē tās kā mitozes laikā. Tas izskaidro šūnām raksturīgās patoloģiskās īpašības ar šo dalīšanas metodi. Turklāt tiešā kodola dalīšanās notiek bez skaldīšanas vārpstas, tāpēc hromatīns meitas šūnās ir sadalīts nevienmērīgi. Pēc tam šādas šūnas nevar izmantot mitotisko ciklu. Dažreiz amitozes rezultātā veidojas daudzkodolu šūnas.
Mitoze
Šī ir netieša kodola skaldīšanās. Visbiežāk tas atrodams eikariotu šūnās. Galvenā atšķirība starp šo procesu ir tāda, ka meitas šūnās un mātes šūnās ir vienāds hromosomu skaits. Tādējādiorganismā tiek uzturēts nepieciešamais šūnu skaits, iespējami arī reģenerācijas un augšanas procesi. Flemmings bija pirmais, kurš aprakstīja mitozi dzīvnieku šūnā.
Kodola dalīšanas process šajā gadījumā ir sadalīts starpfāzē un tiešā mitozē. Starpfāze ir šūnas miera stāvoklis starp dalījumiem. To var iedalīt vairākās fāzēs:
1. Presintētiskais periods - šūna aug, tajā uzkrājas olb altumvielas un ogļhidrāti, aktīvi sintezējas ATP (adenozīntrifosfāts).
2. Sintētiskais periods - ģenētiskais materiāls tiek dubultots.
3. Pēcsintētiskais periods - šūnu elementi dubultojas, parādās olb altumvielas, kas veido dalīšanas vārpstu.
Mitozes fāzes
Eukariotu šūnas kodola dalīšanās ir process, kura laikā nepieciešams izveidot papildu organellu – centrosomu. Tas atrodas blakus kodolam, un tā galvenā funkcija ir jaunas organellas - sadalīšanas vārpstas - veidošanās. Šī struktūra palīdz vienmērīgi sadalīt hromosomas starp meitas šūnām.
Ir četras mitozes fāzes:
1. Profāze: hromatīns kodolā kondensējas hromatīdos, kas pulcējas pie centromēra, veidojot hromosomas pa pāriem. Kodoli sadalās, un centrioli pārvietojas uz šūnas poliem. Veidojas skaldīšanas vārpsta.
2. Metafāze: hromosomas sarindojas līnijā cauri šūnas centram, veidojot metafāzes plāksni.
3. Anafāze: hromatīdi pārvietojas no šūnas centra uz poliem, un tad centromērs sadalās divās daļās. Tādaskustība iespējama, pateicoties dalīšanas vārpstai, kuras pavedieni saraujas un stiepjas hromosomas dažādos virzienos.
4. Telofāze: veidojas meitas kodoli. Hromatīdi atkal pārvēršas hromatīnā, veidojas kodols, bet tajā - nukleoli. Tas viss beidzas ar citoplazmas dalīšanos un šūnu sieniņas veidošanos.
Endomitoze
Ģenētiskā materiāla palielināšanos, kas nav saistīta ar kodola dalīšanu, sauc par endomitozi. Tas ir atrodams augu un dzīvnieku šūnās. Šajā gadījumā nenotiek citoplazmas un kodola apvalka iznīcināšana, bet hromatīns pārvēršas hromosomās un pēc tam atkal despiralizējas.
Šis process rada poliploīdus kodolus ar palielinātu DNS saturu. Līdzīgi notiek sarkano kaulu smadzeņu kolonijas veidojošajās šūnās. Turklāt ir gadījumi, kad DNS molekulas dubultojas, bet hromosomu skaits paliek nemainīgs. Tos sauc par politēnu, un tos var atrast kukaiņu šūnās.
Mitozes nozīme
Mitotiskā kodola dalīšana ir veids, kā uzturēt nemainīgu hromosomu kopu. Meitas šūnām ir tāds pats gēnu komplekts kā mātei un visas tam raksturīgās īpašības. Mitoze ir nepieciešama:
- daudzšūnu organisma augšana un attīstība (no dzimumšūnu saplūšanas);
- šūnu pārvietošana no apakšējiem slāņiem uz augšējiem, kā arī asins šūnu (eritrocītu, leikocītu, trombocītu) aizstāšana;
- bojāto audu atjaunošana (dažiem dzīvniekiem reģenerācijas spēja irnepieciešams nosacījums izdzīvošanai, piemēram, jūras zvaigzne vai ķirzakas);
- augu un dažu dzīvnieku (bezmugurkaulnieku) aseksuāla vairošanās.
Meioze
Dīgļšūnu kodoldalīšanās mehānisms nedaudz atšķiras no somatiskā. Rezultātā tiek iegūtas šūnas, kurām ir uz pusi vairāk ģenētiskās informācijas nekā to priekštečiem. Tas ir nepieciešams, lai uzturētu nemainīgu hromosomu skaitu katrā ķermeņa šūnā.
Meioze notiek divos posmos:
- samazināšanas posms;
- vienādojuma posms.
Pareiza šī procesa norise iespējama tikai šūnās ar vienmērīgu hromosomu kopu (diploīdu, tetraploīdu, heksaproīdu utt.). Protams, joprojām ir iespējama mejoze šūnās ar nepāra hromosomu kopu, taču tad pēcnācēji var nebūt dzīvotspējīgi.
Tas ir šis mehānisms, kas nodrošina sterilitāti starpsugu laulībās. Tā kā dzimumšūnas satur dažādas hromosomu kopas, tām ir grūti apvienoties un radīt dzīvotspējīgus vai auglīgus pēcnācējus.
Pirmā mejozes dalīšanās
Fāžu nosaukums atkārto mitozes fāzes: profāze, metafāze, anafāze, telofāze. Taču ir vairākas būtiskas atšķirības.
1. Profāze: dubultā hromosomu kopa veic virkni transformāciju, izejot cauri pieciem posmiem (leptotens, zigotēns, pahitēns, diplotēns, diakinēze). Tas viss notiek, pateicoties konjugācijai un krustošanai.
Konjugācija ir homologu hromosomu apvienošana. Jo leptoten starp tiem veidojastievi pavedieni, tad zigotā hromosomas savienojas pa pāriem un rezultātā iegūst četru hromatīdu struktūras.
Crossingover ir hromatīdu sekciju savstarpējas apmaiņas process starp māsām vai homologām hromosomām. Tas notiek pahitēna stadijā. Veidojas hromosomu krustojumi (chiasmata). Cilvēkam šādas apmaiņas var būt no trīsdesmit piecām līdz sešdesmit sešām. Šī procesa rezultāts ir iegūtā materiāla ģenētiskā neviendabība vai dzimumšūnu mainīgums.
Kad nāk diplotēna stadija, četru hromatīdu kompleksi sadalās un māsas hromosomas atgrūž viena otru. Diakinēze pabeidz pāreju no profāzes uz metafāzi.
2. Metafāze: hromosomas sarindojas netālu no šūnas ekvatora.
3. Anafāze: hromosomas, kas joprojām sastāv no divām hromatīdām, virzās viena no otras uz šūnas poliem.
4. Telofāze: vārpsta sabojājas, kā rezultātā veidojas divas haploīdas šūnas ar divreiz lielāku DNS daudzumu.
Meiozes otrā nodaļa
Šo procesu sauc arī par "meiozes mitozi". Brīdī starp divām fāzēm DNS dublēšanās nenotiek, un šūna nonāk otrajā fāzē ar tādu pašu hromosomu kopu, kādu tā atstāja pēc 1. telofāzes.
1. Profāze: hromosomas kondensējas, šūnas centrs atdalās (tā paliekas novirzās uz šūnas poliem), kodola apvalks tiek iznīcināts un veidojas dalīšanas vārpstiņa, kas atrodas perpendikulāri vārpstai no pirmā dalījuma.
2. Metafāze: hromosomas atrodas pie ekvatora, veidojasmetafāzes plāksne.
3. Anafāze: hromosomas sadalās hromatīdos, kas attālinās.
4. Telofāze: meitas šūnās veidojas kodols, hromatīdi despiralizējas par hromatīnu.
Otrās fāzes beigās no vienas vecāku šūnas mums ir četras meitas šūnas ar pusi hromosomu komplektu. Ja mejoze notiek saistībā ar gametoģenēzi (tas ir, dzimumšūnu veidošanos), tad dalīšanās ir pēkšņa, nevienmērīga un veidojas viena šūna ar haploīdu hromosomu kopumu un trim redukcijas ķermeņiem, kas nenes nepieciešamo ģenētisko informāciju. Tie ir nepieciešami, lai olšūnā un spermā saglabātos tikai puse no mātes šūnas ģenētiskā materiāla. Turklāt šī kodola dalīšanas forma nodrošina jaunu gēnu kombināciju rašanos, kā arī tīru alēļu pārmantošanu.
Vienšūņiem pastāv meiozes variants, kad pirmajā fāzē notiek tikai viens dalījums, bet otrajā notiek pāreja. Zinātnieki norāda, ka šī forma ir daudzšūnu organismu normālas mejozes evolūcijas priekštecis. Var būt arī citi kodola skaldīšanas veidi, par kuriem zinātnieki vēl nezina.
