Mitóza

Rozbalit box

Obsah boxu

Mitóza je typ buněčného dělení u eukaryotických buněk, které vede ke vzniku dvou geneticky identických dceřiných buněk z jedné mateřské buňky. Jde o klíčový proces pro růst, vývoj, obnovu tkání a nepohlavní rozmnožování u mnohobuněčných i jednobuněčných organismů. Hlavním cílem mitózy je přesné rozdělení chromozomů, aby každá dceřiná buňka obdržela kompletní sadu chromozomální DNA. Proces mitózy je součástí širšího buněčného cyklu, konkrétně jeho M-fáze.

⏳ Historie

První pozorování mitotického dělení je připisováno ruskému botanikovi Ivan D. Čisťakovovi v roce 1873, který studoval rostlinné buňky. Nezávisle na něm popsal proces dělení jádra u mořských červů Anton Schneider také v roce 1873. Nejpodrobnější a nejdůkladnější popis mitózy, včetně pojmenování mnoha jejích fází, provedl v 80. letech 19. století německý anatom Walther Flemming. Flemming použil anilinová barviva k vizualizaci chromozomů a v roce 1882 publikoval svou klíčovou práci Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung (Buněčná substance, jádro a buněčné dělení), kde popsal proces u živočišných buněk. Termín "mitóza" (z řeckého mitos, vlákno) byl zaveden právě Flemmingem.

💡 Význam

Mitóza je fundamentální proces pro život eukaryotických organismů. Mezi její hlavní významy patří:

• Růst a vývoj: Z jediné zygoty se mitotickým dělením vyvíjí komplexní mnohobuněčný organismus. Mitóza zvyšuje počet buněk v organismu, což je základ pro jeho růst.
• Obnova a oprava tkání: Staré nebo poškozené buňky jsou neustále nahrazovány novými buňkami, které vznikají mitózou. Příkladem je obnova kůže, krvetvorných buněk nebo regenerace po zranění.
• Asexuální rozmnožování: U jednobuněčných organismů, jako jsou kvasinky nebo prvoci, a také u některých mnohobuněčných organismů (např. rostliny vegetativním rozmnožováním), je mitóza mechanismem nepohlavního rozmnožování, kdy vznikají geneticky identičtí potomci.
• Udržování genetické stability: Díky přesnému rozdělení chromozomů zajišťuje mitóza, že každá dceřiná buňka obdrží identickou sadu genetické informace jako mateřská buňka.

🧬 Fáze mitózy

Mitóza je kontinuální proces, který se pro didaktické účely dělí do několika fází: profáze, prometafáze, metafáze, anafáze a telofáze, po nichž následuje cytokineze. Před samotnou mitózou probíhá interfáze, během níž dochází k růstu buňky a replikaci DNA.

Profáze

V profázi dochází k postupné kondenzaci chromatinu, čímž se tvoří viditelné, silné chromozomy. Každý chromozom se skládá ze dvou identických sesterských chromatid, které jsou spojeny v oblasti zvané centromera. V cytoplazmě se začíná vytvářet mitotické vřeténko z mikrotubulů, které jsou organizovány centrozomy (u živočišných buněk). Centrozomy se začínají vzdalovat k opačným pólům buňky. Jadérko mizí.

Prometafáze

Prometafáze je přechodná fáze, během níž dochází k rozpadu jaderné obálky, čímž se chromozomy uvolňují do cytoplazmy. Mikrotubuly mitotického vřeténka nyní mohou proniknout do jaderného prostoru a připojovat se k kinetochorům, což jsou proteinové komplexy lokalizované na centromerách chromozomů. Některé mikrotubuly se vážou na kinetochory (kinetochorové mikrotubuly), jiné se překrývají s mikrotubuly z opačného pólu (polární mikrotubuly) a další se vážou na buněčnou membránu (asterální mikrotubuly).

Metafáze

Během metafáze se všechny chromozomy seřadí v jedné rovině uprostřed buňky, nazývané metafázní destička (nebo ekvatoriální rovina). Toto seřazení je kritické pro zajištění rovnoměrného rozdělení genetického materiálu. Každý chromozom je připojen k mikrotubulům z obou pólů vřeténka prostřednictvím svých kinetochorů, což vytváří napětí a zajišťuje správnou orientaci. Kontrolní bod metafázního kontrolního bodu (M-kontrolní bod) ověřuje, zda jsou všechny chromozomy správně připojeny k vřeténku a seřazeny. Teprve po splnění této podmínky může buňka postoupit do anafáze.

Anafáze

V anafázi dochází k rozdělení sesterských chromatid. Enzym separáza štěpí kohezinové proteiny, které drží sesterské chromatidy pohromadě. Každá chromatida se nyní stává samostatným chromozomem a je tažena k protilehlým pólům buňky kinetochorovými mikrotubuly, které se zkracují. Současně se polární mikrotubuly prodlužují a roztlačují póly buňky od sebe, což přispívá k prodlužování buňky. Anafáze je nejrychlejší fází mitózy.

Telofáze

Během telofáze dorazí sady chromozomů k protilehlým pólům buňky. Chromozomy se začínají dekondenzovat a stávají se méně viditelnými. Kolem každé sady chromozomů se začíná znovu formovat jaderná obálka z fragmentů původní jaderné obálky a z endoplazmatického retikula. Znovu se objevují jadérka. Mitotické vřeténko se rozpadá. V podstatě jde o reverzní proces profáze a prometafáze.

Cytokineze

Cytokineze je konečná fáze buněčného dělení, při níž se dělí cytoplazma buňky a vznikají dvě samostatné dceřiné buňky. U živočišných buněk se vytváří kontraktilní prstenec z aktinových a myozinových vláken podél metafázní destičky, který se stahuje a vytváří rýhu dělení, jež postupně zaškrtí buňku na dvě části. U rostlinných buněk, které mají pevnou buněčnou stěnu, se místo rýhy dělení vytváří buněčná destička uprostřed buňky, která postupně roste a spojuje se s původní buněčnou stěnou, čímž vznikají dvě dceřiné buňky.

⚙️ Regulace mitózy

Mitóza je přísně regulovaný proces, který je součástí buněčného cyklu. Kontrola je zajištěna systémem kontrolních bodů, které monitorují správný průběh jednotlivých fází a zajišťují, že buňka nepostoupí do další fáze, dokud nejsou splněny všechny předchozí podmínky. Klíčovými regulátory jsou cykliny a cyklin-dependentní kinázy (CDK).

• G1 kontrolní bod: Rozhoduje, zda se buňka začne dělit. Kontroluje velikost buňky, dostupnost živin a přítomnost růstových faktorů.
• G2 kontrolní bod: Zajišťuje, že veškerá DNA byla správně replikována a že nedošlo k jejímu poškození.
• M kontrolní bod (metafázní kontrolní bod): Zajišťuje, že všechny chromozomy jsou správně připojeny k mitotickému vřeténku a seřazeny na metafázní destičce.

⚠️ Chyby v mitóze

Chyby během mitózy mohou mít vážné důsledky pro buňku i pro celý organismus. Mezi nejčastější chyby patří:

• Aneuploidie: Nesprávné rozdělení chromozomů (tzv. non-disjunkce) vede k tomu, že dceřiné buňky mají buď nadbytečný, nebo chybějící chromozom. Takové buňky jsou často nefunkční nebo mohou vést k vážným onemocněním, jako je například Downův syndrom (trisomie chromozomu 21), ačkoli Downův syndrom je častěji způsoben chybami v meióze. U somatických buněk může aneuploidie přispět ke vzniku nádorových onemocnění.
• Polyploidie: Vznik buněk s více než dvěma sadami chromozomů. Může dojít, pokud se buňka rozdělí, ale nedojde k cytokinezi.
• Chromozomální aberace: Zahrnují delece, duplikace, inverze nebo translokace částí chromozomů.

🔄 Rozdíly mezi mitózou a meiózou

Ačkoli jsou mitóza a meióza oba typy buněčného dělení, mají odlišné funkce a výsledky:

Srovnání mitózy a meiózy

Znak	Mitóza	Meióza
Účel	Růst, oprava, nepohlavní rozmnožování	Tvorba gamet (pohlavních buněk) pro pohlavní rozmnožování
Typ buněk	Somatické buňky (tělní buňky)	Zárodečné buňky (produkují gamety)
Počet dělení	Jedno dělení jádra	Dvě dělení jádra (meióza I a meióza II)
Počet dceřiných buněk	Dvě	Čtyři
Genetická identita dceřiných buněk	Geneticky identické s mateřskou buňkou	Geneticky odlišné od mateřské buňky a navzájem
Ploidie dceřiných buněk	Diploidní (2n)	Haploidní (n)
Crossing-over	Nevyskytuje se	Vyskytuje se v profázi I
Seřazení chromozomů v metafázi	Jednotlivé chromozomy se řadí na metafázní destičku	Homologické chromozomy se párují a řadí se na metafázní destičku

🔬 Aplikace a výzkum

Výzkum mitózy má široké uplatnění v lékařství a biotechnologiích. Pochopení mechanismů mitotického dělení je klíčové pro studium:

• Rakovina: Nekontrolované buněčné dělení je charakteristickým znakem rakoviny. Léky proti rakovině (např. chemoterapie) často cílí na mitotické vřeténko nebo jiné aspekty buněčného cyklu, aby zastavily proliferaci nádorových buněk.
• Regenerativní medicína: Schopnost kontrolovat buněčné dělení a diferenciaci je zásadní pro kmenové buňky a regenerativní medicínu, kde se snažíme nahradit poškozené tkáně.
• Vývojová biologie: Studium mitózy pomáhá porozumět ranému vývoji organismů a formování tkání a orgánů.
• Stárnutí: Dysregulace buněčného cyklu a akumulace chyb v dělení buněk přispívají k procesům stárnutí organismu.

V roce 2025 se výzkum mitózy zaměřuje na detailní pochopení molekulárních mechanismů regulace jednotlivých fází, roli epigenetických modifikací v kontrole dělení a vývoj nových terapeutických strategií založených na cílení mitotických procesů. Pokroky v mikroskopických technikách a CRISPR technologii umožňují bezprecedentní vizualizaci a manipulaci s mitotickými komponentami v reálném čase.

👶 Pro laiky

Představte si buňku jako malou továrnu, která má za úkol vyrábět kopie sebe sama. Mitóza je jako když se tato továrna dokonale rozdělí na dvě úplně stejné menší továrny. Nejdřív se továrna (buňka) připraví: zdvojnásobí všechny své plány a návody (to je ta DNA neboli chromozomy). Pak se tyto plány úhledně sbalí, aby se daly snadno přenášet. Potom se uvnitř továrny vytvoří takové „kolejnice“ nebo „provázky“ (to je to mitotické vřeténko). Tyto provázky se přichytí na sbalené plány a seřadí je přesně doprostřed továrny. Když jsou všechny plány perfektně seřazené, provázky je začnou tahat – každou kopii jednoho plánu na jednu stranu. Takže z každého zdvojeného plánu se stane jeden samostatný plán, který putuje na jednu stranu, a druhý na druhou stranu. Nakonec se továrna uprostřed rozdělí na dvě úplně nové, menší továrny. Každá z nich má teď kompletní a přesnou sadu všech plánů, stejně jako ta původní továrna. Proč to buňky dělají? Abychom mohli růst, když jsme malí. Aby se nám zahojilo zranění, když si odřeme koleno. A aby se staré buňky nahradily novými, když doslouží. Je to prostě způsob, jak se život neustále obnovuje a množí!

Zdroje

• Campbell Biology, 12th Edition, Pearson.
• Molecular Biology of the Cell, 6th Edition, Garland Science.