Buněčné dělení

Šablona:Infobox - biologie Buněčné dělení je fundamentální biologický proces, při kterém z jedné mateřské buňky vznikají dvě nebo více dceřiných buněk. Tento proces je základem rozmnožování jednobuněčných organismů a u mnohobuněčných organismů umožňuje jejich růst, obnovu tkání a v případě meiózy i pohlavní rozmnožování. Celý sled událostí od vzniku buňky po její další rozdělení se nazývá buněčný cyklus.

⏳ Buněčný cyklus

Buněčný cyklus je přísně regulovaná série událostí, která zajišťuje správnou duplikaci a rozdělení buňky. Skládá se ze dvou hlavních fází: interfáze a M-fáze (mitotické fáze).

• Interfáze: Jedná se o nejdelší období v životě buňky, během kterého buňka roste, vykonává své specifické funkce a připravuje se na dělení. Zabírá přibližně 90 % celého cyklu a dělí se na tři dílčí fáze:
  • G1 fáze (postmitotická): Buňka intenzivně roste, syntetizuje proteiny a RNA a tvoří nové organely. V této fázi se nachází hlavní kontrolní bod, který rozhoduje, zda buňka vstoupí do další fáze, nebo přejde do klidového stavu (G0 fáze).
  • S fáze (syntetická): Dochází k replikaci DNA, což znamená, že se zdvojnásobí genetická informace buňky. Každý chromozom je po této fázi tvořen dvěma identickými sesterskými chromatidami.
  • G2 fáze (premitotická): Buňka pokračuje v růstu a syntéze proteinů potřebných pro mitózu a dokončuje přípravy na dělení. Probíhá zde kontrola úspěšnosti replikace DNA.

• M-fáze (fáze dělení): Je to relativně krátká, ale dramatická fáze, během níž dochází k rozdělení jádra (karyokineze) a následně celé cytoplazmy (cytokineze).

Některé vysoce specializované buňky, jako jsou neurony nebo buňky oční čočky, po dosažení dospělosti opouštějí buněčný cyklus a vstupují do G0 fáze, ve které se již dále nedělí.

🧬 Typy buněčného dělení

Způsob dělení se liší mezi prokaryotickými a eukaryotickými organismy. Eukaryotické buňky využívají především mitózu a meiózu.

Dělení prokaryotických buněk

Bakterie a archea se dělí procesem zvaným binární dělení. Tento proces je rychlejší a jednodušší než u eukaryot. Nejprve dojde k replikaci jediné kruhové molekuly DNA. Obě kopie se následně přichytí na různá místa buněčné membrány a buňka se prodlouží. Uprostřed buňky se vytvoří přepážka (septum), která buňku rozdělí na dvě geneticky identické dceřiné buňky. Za optimálních podmínek může celý cyklus trvat jen několik desítek minut.

Dělení eukaryotických buněk

Dělení jádra u eukaryot je složitější a probíhá několika způsoby.

Mitóza

Mitóza je nejběžnějším typem dělení tělních (somatických) buněk. Jejím výsledkem jsou dvě dceřiné buňky, které jsou geneticky naprosto identické s mateřskou buňkou a mají stejný počet chromozomů (jsou diploidní, 2n). Tento proces je klíčový pro růst, regeneraci a nepohlavní rozmnožování. Mitóza se dělí do několika fází:

• Profáze: Chromozomy se spiralizují a stávají se viditelnými pod mikroskopem. Jaderný obal a jadérko se rozpadají. Z centrozomů se začíná tvořit dělicí vřeténko.
• Metafáze: Chromozomy se seřadí v ekvatoriální (středové) rovině buňky. Každý chromozom je prostřednictvím své centromery připojen k mikrotubulům dělicího vřeténka z obou pólů buňky.
• Anafáze: Centromery se dělí a sesterské chromatidy jsou taženy k opačným pólům buňky. Každá chromatida se tím stává samostatným chromozomem.
• Telofáze: Chromozomy na pólech buňky se dekondenzují. Kolem obou sad chromozomů se vytváří nový jaderný obal a objevují se jadérka. Dělicí vřeténko zaniká.

Současně s telofází probíhá cytokineze, tedy rozdělení cytoplazmy. U živočišných buněk se buňka zaškrtí, zatímco u rostlinných buněk se uprostřed vytvoří buněčná přepážka.

Meióza

Meióza, neboli redukční dělení, je specializovaný typ dělení, kterým vznikají pohlavní buňky (gamety) u živočichů nebo výtrusy u rostlin. Z jedné diploidní (2n) mateřské buňky vznikají čtyři geneticky odlišné haploidní (n) buňky. Meióza je klíčová pro zachování počtu chromozomů při pohlavním rozmnožování a je zdrojem genetické variability. Skládá se ze dvou po sobě následujících dělení:

• Meióza I (heterotypické dělení): V této fázi dochází k oddělení homologních chromozomů.
  • Profáze I: Je velmi složitá a dlouhá. Homologní chromozomy se párují a vytvářejí bivalenty. Mezi nesesterskými chromatidami dochází k procesu crossing-over, při kterém si vyměňují části své DNA. To vede k rekombinaci genetické informace.
  • Metafáze I: Páry homologních chromozomů se seřadí v ekvatoriální rovině.
  • Anafáze I: Celé chromozomy (každý složený ze dvou chromatid) jsou taženy k opačným pólům. Tím dochází k redukci počtu chromozomů na polovinu.
  • Telofáze I: Vznikají dvě haploidní buňky.

• Meióza II (homotypické dělení): Toto dělení je velmi podobné mitóze.
  • Dochází k oddělení sesterských chromatid a vzniku celkem čtyř haploidních buněk, z nichž každá má jedinečnou kombinaci genů.

Amitóza

Amitóza je přímé dělení jádra, které probíhá prostým zaškrcením, bez tvorby chromozomů a dělicího vřeténka. Při tomto procesu není zaručeno rovnoměrné rozdělení genetického materiálu. Vyskytuje se například u některých specializovaných, degenerujících nebo nádorových buněk. V moderní biologii je koncept amitózy u zdravých buněk často zpochybňován.

⚙️ Regulace buněčného cyklu

Buněčný cyklus je precizně řízen komplexním systémem regulačních proteinů, aby se předešlo chybám, které by mohly vést například k rakovinnému bujení. Klíčovou roli hrají:

• Cykliny a cyklin-dependentní kinázy (CDK): Cykliny jsou proteiny, jejichž koncentrace v buňce cyklicky kolísá. Vazbou na CDK (enzymy, které fosforylují jiné proteiny) je aktivují. Různé komplexy cyklin-CDK spouštějí a řídí jednotlivé fáze buněčného cyklu.
• Kontrolní body (checkpoints): V cyklu existují kritické body, kde buňka kontroluje, zda jsou všechny předchozí procesy správně dokončeny, než postoupí dál. Hlavní kontrolní body jsou na přechodu G1/S (kontrola velikosti buňky a vnějších podmínek), G2/M (kontrola replikace DNA) a v metafázi (kontrola připojení chromozomů k dělicímu vřeténku).

Pokud je detekováno poškození DNA nebo jiný problém, cyklus se zastaví, dokud není chyba opravena. Pokud oprava není možná, buňka může spustit programovanou buněčnou smrt (apoptóza). Selhání těchto regulačních mechanismů může vést k nekontrolovanému dělení buněk a vzniku nádorů.

🔬 Pro laiky: Jak si představit buněčné dělení?

Představte si buňku jako malou továrnu, která se rozhodne postavit si přesnou kopii sebe sama.

Nejdříve musí projít přípravnou fází (interfáze). V této fázi továrna pracuje na plné obrátky: vyrábí více součástek (proteinů), zvětšuje své prostory (roste) a hlavně – okopíruje nejdůležitější dokument: hlavní stavební plán (DNA). Nyní má v archivu dva naprosto stejné plány.

Poté přichází na řadu samotné stěhování a rozdělení (mitóza).

1. Balení: Dlouhé a nepřehledné plány (DNA) se pevně smotají do malých, přenosných balíčků (chromozomů).
2. Seřazení: Všechny balíčky se úhledně seřadí uprostřed továrny.
3. Rozdělení: Speciální "lana" (dělicí vřeténko) se přichytí ke každému balíčku a roztáhnou obě identické sady plánů na opačné konce továrny.
4. Vybalení a stavba: Jakmile jsou sady plánů na svých místech, kolem každé se postaví nová kancelář (jádro) a balíčky se opět rozmotají do pracovní podoby.

Nakonec se celá továrna uprostřed přehradí a rozdělí na dvě menší, ale naprosto identické a plně funkční továrny. Každá má svou vlastní kancelář s kompletním stavebním plánem.

Zdroje

Wikipedie - Buněčné dělení Wikipedie - Buněčný cyklus WikiSkripta - Buněčný cyklus WikiSkripta - Mitóza WikiSkripta - Buněčný cyklus a jeho regulace Biomach.cz - Dělení buňky a buněčný cyklus IS MUNI - Buněčný cyklus Časopis Vesmír - Mitóza a amitóza ```