Bunkový cyklus predstavuje obdobie života eukaryotickej bunky od jej vzniku delením až po opätovné rozdelenie. Život bunky však nie je obmedzený výlučne na rast a reprodukciu. Podľa prítomnosti extracelulárnych faktorov a fyziologického stavu prechádza bunka rôznymi procesmi:
- Bunkový cyklus - aktívna príprava a samotné rozdelenie na dve dcérske bunky.
- Kvietscencia - pokojové štádium (G0-fáza), ktoré je reverzibilné a bunka môže po čase opäť vstúpiť do aktívneho cyklu.
- Diferenciácia - procesy vedúce k vzniku funkčne špecializovaných a tvarovo odlišných buniek (tkanív a pletív).
- Senescencia - stav, kedy sa bunky už z G0-fázy nemôžu vrátiť do bunkového cyklu (terminálna diferenciácia).
- Apoptóza - programovaná bunková smrť.
Súčasné pomenovanie fáz bunkového cyklu zaviedli v roku 1953 rádiobiológovia Alma Howard a Stephen Pelc. Interfáza je najdlhšia fáza bunkového cyklu. Bunka v nej intenzívne rastie, plní svoje bežné metabolické funkcie a fyziologicky sa chystá na delenie. Začína sa bezprostredne po vzniku novej bunky. Bunka v nej intenzívne rastie, syntetizuje RNA, bielkoviny a dopĺňa si bunkové organely. Prebieha tu tvorba zásoby nukleotidov a enzýmov nevyhnutných pre neskoršie zdvojenie DNA.
Fázy bunkového cyklu
G1-fáza
Na konci G1-fázy sa nachádza hlavný kontrolný uzol. Ak bunka opustí aktívny cyklus, vstupuje do G0-fázy, ktorá sa označuje aj ako pracovné obdobie. Bunka v tomto štádiu žije, plní svoje špecifické funkcie v organizme, morfologicky sa diferencuje, ale nedelí sa. V mnohobunkových organizmoch sa v tejto fáze nachádza drvivá väčšina buniek (napríklad neuróny alebo svalové bunky).
S-fáza
Ak bunka úspešne prejde kontrolným uzlom, vstupuje do energeticky mimoriadne náročnej S-fázy. Prebieha v nej replikácia (syntéza DNA), ktorej výsledkom je presné zdvojnásobenie genetického materiálu. Každý chromozóm je na konci tejto fázy tvorený dvomi identickými sesterskými chromatídami, ktoré sú fyzicky spojené v mieste centroméry. Bunka je v tomto momente fyziologicky tetraploidná (2x2n = 4n).
G2-fáza
Záverečná časť interfázy, v ktorej sa bunka finálne chystá na delenie. Podobne ako v G1-fáze, aj tu pokračujú syntetické procesy - najvýraznejšie sa syntetizuje RNA a bielkoviny (napríklad tubulín, nevyhnutný pre stavbu deliaceho vretienka). Zároveň prebieha delenie semiautonómnych organel (mitochondrií a plastidov), čomu predchádza replikácia ich vlastnej mimojadrovej DNA.
M-fáza (Fáza delenia bunky)
Z časového hľadiska predstavuje samotné delenie bunky zhruba 10 % celkového trvania cyklu. Táto fáza sa skladá z dvoch logicky a fyziologicky odlišných procesov, ktoré na seba úzko nadväzujú: delenie jadra a delenie samotnej bunky.
Karyokinéza (Delenie jadra)
V bežnej reči sa pojmom mitóza často zjednodušene označuje celé delenie bunky. Z hľadiska presnej terminológie však mitóza pomenúva výlučne delenie jadra a genetického materiálu. Cieľom karyokinézy je prísne rovnomerné rozdelenie zdvojeného genetického materiálu z materského jadra do dvoch budúcich dcérskych jadier.
Typy delenia jadra:
- Mitóza - základný spôsob reprodukcie jadra somatických buniek. Počas nadväzujúcich fáz (profáza, prometafáza, metafáza, anafáza, telofáza) sa rozpadne pôvodný jadrový obal, chromozómy sa zoradia pomocou deliaceho vretienka, sesterské chromatídy sa oddelia a putujú k opačným pólom. Vytvoria sa dva nové jadrové obaly a bunka má v tomto momente dve plnohodnotné jadrá.
- Meióza - špecifický typ redukčného delenia jadra, ktorý prebieha výlučne pri dozrievaní pohlavných buniek (gamét).
Cytokinéza (Delenie bunky)
Výnimočnou odchýlkou tohto procesu je tzv. Cytokinéza. Predstavuje samotné fyzické rozdelenie cytoplazmy a bunkových organel, čím z jednej materskej bunky definitívne vzniknú dve samostatné dcérske bunky. Mechanizmus tohto delenia priamo závisí od prítomnosti bunkovej steny:
- U živočíšnych buniek - prebieha zaškrtením cytoplazmatickej membrány od vonkajšieho povrchu do stredu (dostredivo, centripetálne). Tento proces zabezpečuje kontraktilný prstenec tvorený z bielkovín aktínu a myozínu.
- U rastlinných buniek - pre prítomnosť pevnej bunkovej steny sa bunka nemôže jednoducho zaškrtiť. Namiesto toho sa v strede bunky začnú hromadiť vezikuly z Golgiho aparátu.
Rozmnožovanie krvných buniek a súvisiace procesy
Rozmnožovanie - reprodukcia každého jedinca a jeho rast sú spojené s delením buniek. Materské bunky sa delia a dávajú vznik novým dcérskym bunkám, ktoré sú geneticky zhodné s materskou bunkou. Výsledkom reprodukcie buniek sú nové generácie buniek. Reprodukcia je teda časť života bunky, v ktorom sa bunky delia, rastú a vyvíjajú podľa genetickej informácie zapísanej v DNA, ktoré získali z materskej bunky. Bunkové delenie zabezpečuje aj regenerácia poškodených tkanív, resp. pletív, orgánov a náhrada opotrebovaných buniek.
Chromozóm sa považuje za základnú jednotku bunkového delenia. Pozdĺžne rozdelený chromozóm pozostáva z dvoch chromatíd, ktoré sú viditeľné ako dvojice paralelných chromonémov, spojených v mieste prvotného delenia - centroméra. Chromozómy sú tvorené nukleoproteínovými vláknami. Počet, tvar a veľkosť chromozómov je pre každý druh organizmu charakteristický a relatívne stály. Kompletný súbor chromozómov v bunke sa nazýva sada. V telových bunkách sa chromozómy vyskytujú v pároch, z ktorých jeden pochádza od otca a druhý od matky. Telové bunky sú diploidné (2n). Obsahujú 46 chromozómov. Naopak, pohlavné bunky majú polovičný počet chromozómov, sú haploidné (n).
Mitóza
Mitóza je najčastejší spôsob delenia bunky. Prostredníctvom mitotického aparátu sa zabezpečuje presné rozdelenie chromozómov do dcérskych buniek. Takto sa zachováva genetická zhoda materskej a dcérskych buniek. Vlastnému deleniu buniek predchádza intenzívna syntéza v interfáze. V syntetickej interfáze (S-fáza) sa znásobujú genetické materiály v bunke. Jednochromatídový chromozóm sa mení na dvojchromatídový.
Fázy mitózy:
- Profáza: Chromozómy sa špiralizujú, rozpúšťa sa jadrová membrána, zaniká jadierko, vzniká deliace vretienko a centriol sa delí (každá polovica putuje na opačný pól bunky).
- Metafáza: Dvojchromatídové chromozómy sa umiestnia v strede bunky (ekvatoriálna rovina) a pozdĺžne sa rozštiepia (centroméry sa upnú vlákna deliaceho vretienka, ktoré sa kontrakciou stiahnu a chromozóm rozštiepia).
- Anafáza: Mikrotubuly deliaceho vretienka sa skracujú a dôjde k úplnému rozdeleniu centroméry na dve časti. Pokračuje vzďaľovanie a rozchádzanie dcérskych chromatíd k protiľahlým pólom.
- Telofáza: Zaniká deliace vretienko, chromozómy sa dešpiralizujú, tvorí sa jadrová membrána a jadierko. Prebieha cytokinéza.
Výsledok mitózy: Dve dcérske bunky s rovnakým počtom chromozómov, ako mala materská bunka (ak materská bunka 2n, tak dcérska bunka 2n; ak materská bunka n, tak dcérska bunka n).
Meióza
Meióza je špecifický typ redukčného delenia, ktorý prebieha v dvoch po sebe idúcich deleniach a je nevyhnutný pre vznik pohlavných buniek.
Prvé meiotické delenie:
- Po S fáze sú chromatídy zdvojené.
- V profáze sa homologické chromozómy párujú a vytvárajú bivalenty (každý bivalent má 4 chromatídy).
Mitosis Animation
Pohlavné rozmnožovanie
Pohlavné rozmnožovanie (iné názvy: pohlavné množenie, sexuálne rozmnožovanie/množenie, generatívne rozmnožovanie/množenie, sexuálna reprodukcia, generatívna reprodukcia, amfigónia) je rozmnožovanie, pri ktorom vzniká dcérsky organizmus, ktorý zvyčajne nesie kombináciu genetického materiálu dvoch iných (rodičovských) organizmov. Pri pohlavnom rozmnožovaní väčšinou vzniká organizmus s novou, unikátnou genetickou výbavou, ktorá nikdy nie je úplne totožná s genetickou výbavou rodičov.
V širšom zmysle zahŕňa termín pohlavné rozmnožovanie každý typ rozmnožovania, pri ktorom sa nový jedinec vyvíja z gamét (teda nie zo somatických buniek) a to aj v prípadoch, že nedošlo k oplodneniu. V prípade najbežnejšieho typu pohlavného rozmnožovania, eugamie, je nevyhnutné splynutie dvoch špecializovaných buniek - gamét. Ich splynutím vzniká zygota, oplodnené vajíčko, ktoré sa ďalej mitoticky delí a stáva sa z neho embryo.
Keďže pri bežnom delení buniek je väčšinou genetická výbava materských a dcérskych buniek rovnaká, pohlavné bunky vznikajú iným spôsobom ako telové (somatické) bunky a to redukčným delením - meiózou. Meióza je základným spôsobom vzniku pohlavných buniek. Len výnimočne dochádza k opačnej taktike - splývajúce bunky majú diploidné súbory chromozómov a nakrátko vznikne tetraploidný jedinec, z ktorého vznikne redukčným delením haploidné potomstvo.
Vlastnosti každého živého organizmu sú určené jeho deoxyribonukleovou kyselinou - DNA. Najväčšia časť DNA je u eukaryotických organizmov obalená jadrovou membránou. Určité úseky DNA sa nazývajú gény (alebo tzv. kódujúce úseky).
Počet génov, ktoré, pokiaľ sú všetky funkčné, pokrývajú všetky životné funkcie organizmov, sa nazýva haploidný počet. Väčšina eukaryotických organizmov je však diploidných, čo znamená, že skrývajú vo svojich jadrách dve chromozómové súbory. Je možné mať v jadre viac ako 2 chromozómové súbory, vtedy hovoríme o polyploidii. Preto je dôležité, aby spájajúce sa bunky mali len haploidnú sadu chromozómov a ich spojením by vznikol diploidný jedinec. Z tohto dôvodu vzniklo tzv. redukčné delenie alebo meióza.
Regulácia bunkového cyklu
Regulácia bunkového cyklu prebieha na viacerých úrovniach:
- Látková: Niektoré chemické látky majú stimulačný účinok (iniciujú bunkové delenie, napr. rastové regulátory), iné inhibičný účinok (spomaľujú až zastavujú bunkové delenie, napr. kolchicín, alebo cytostatiká, ktoré sa využívajú pri liečbe nádorových ochorení). Najväčší účinok majú v G1 fáze, kde je hlavný kontrolný uzol.
- Vírusy: Môžu vyvolať nekoordinované delenie buniek, ktoré má za následok vznik nádorových ochorení.
V ľudskom tele dochádza k neustálej výmene buniek. Väčšina buniek v tele (aj keď nie všetky) nakoniec odumrie a musí sa nahradiť. Presný počet buniek, ktoré v ľudskom tele každý deň odumrú, je ťažké určiť. Rôzne typy buniek majú rôzne životné cykly. Napríklad biele krvinky žijú len približne 13 dní, zatiaľ čo červené krvinky prežívajú približne 120 dní. Pečeňové bunky môžu žiť až 18 mesiacov.
Typy buniek a ich úloha v rozmnožovaní
V tele sa nachádza približne 200 rôznych typov buniek. Bunky v našom tele sú "špecializované". Z tohto dôvodu má každý z 200 rôznych typov buniek v tele inú štruktúru, veľkosť, tvar a funkciu a obsahuje rôzne organely.
- Krvinky: Existujú tri druhy krviniek: červené krvinky, biele krvinky a krvné doštičky. Dospelý človek má v tele v priemere približne 25 biliónov krviniek.
- Pohlavné bunky: Pri meióze vznikajú v tele spermie a vajíčka.
- Spermie: Diploidné bunky v semenníkoch prechádzajú meiózou, aby vznikli haploidné spermatické bunky s 23 chromozómami. Z jednej diploidnej bunky vznikajú štyri haploidné spermie. Spermatické bunky sa nemôžu deliť.
- Vajíčka: U žien sa meióza začína vo fetálnom štádiu, ešte pred narodením jedinca. Do meiózy vstupuje niekoľko diploidných budúcich vaječných buniek. V puberte sa každý mesiac obnoví meióza jednej ženskej vaječnej bunky. V porovnaní so spermatickou bunkou je ženská vajíčková bunka obrovská. Je to najväčšia ľudská bunka.
- Kmeňové bunky: Sú bunky, ktoré si musia vybrať, čím sa stanú. Niektoré sa diferencujú, aby sa stali určitým typom bunky, a iné sa delia, aby vytvorili iné kmeňové bunky.
Počas ľudského rozmnožovania sa haploidná spermia a haploidné vajíčko spoja. Tým sa dočasne zdvojnásobí počet chromozómov.
Rozmnožovanie v rôznych organizmoch
Prokariotické organizmy
Organismy bez pravého jadra sa delia na dve domény, archaea a baktérie. Vývojovo staršie archaea sa rozmnožujú výlučne nepohlavne. Baktérie už majú mechanizmy na cielenú (nie len mutačnú) zmenu svojho genetického materiálu, ale nemožno u nich hovoriť o pohlavnom rozmnožovaní v pravom zmysle slova. Vo všetkých troch prípadoch však ide iba o jednosmerný prenos DNA z jednej bunky do druhej. Bunka, ktorá genetický materiál odovzdáva, sa niekedy označuje ako "samčia" a prijímajúca bunka ako "samičia", ale nejde o pohlavie v pravom zmysle.
Eukaryotické organizmy
Väčšine eukaryotických organizmov poznáme pohlavné aj nepohlavné rozmnožovanie. Nepohlavné rozmnožovanie sa často odohráva v stálych, nemenných podmienkach a pri zhoršených podmienkach prechádzajú organizmy k pohlavnému rozmnožovaniu.
Rastliny
Rastliny sú vo veľkej väčšine prípadov schopné pohlavného rozmnožovania. U mnohých nižších rastlín, machorastov, rias a húb je typické striedanie pohlavnej a nepohlavnej generácie, tzv. rodozmena. Samičia pohlavná bunka u rastlín sa nazýva oosféra, samčie bunky sú spermatozoidy alebo spermie. U nekvitnúcich rastlín je oplodnenie viazané na vodné prostredie, v ktorom spermatozoidy priplávajú k vajcovej bunke a oplodnia ju. Suchozemské semenné rastliny sú odkázané na prenos samčích pohlavných buniek k samičím vetrom alebo živočíchmi.
Živočíchy
Všetky živočíchy, od tých najprimitívnejších až po najvyspelejšie, sú pravdepodobne schopné pohlavného rozmnožovania, aj keď nie u všetkých bol pozorovaný celý cyklus. Pohlavné bunky sa tvoria v špeciálnych žľazách - gonádach. Samičie pohlavné bunky sa nazývajú vajcové bunky (vajíčka) a samčie spermie. Oplodnenie poznáme vonkajšie a vnútorné. Vonkajšie môže prebehnúť iba vo vode a je charakteristické pre mnohé vodné živočíchy. Ak oplodnenie nastáva vnútri tela samice (resp. obojpohlavného organizmu), hovoríme o vnútornom oplodnení.
Vývin jedinca môže byť priamy alebo nepriamy. Pri nepriamom vývine vzniká z vajíčka tvarovo aj funkčne odlišný jedinec spravidla neschopný pohlavného rozmnožovania - larva.
Výhody a nevýhody pohlavného rozmnožovania
Výhody
- Rôznorodosť potomstva: Dôležitá z dvoch dôvodov: umožňuje jedincom rovnakého druhu rozdiferencovať svoje životné nároky v rôznorodom prostredí, takže si teoreticky nemusia toľko konkurovať a môžu obsadiť širšiu ekologickú niku. Taktiež spôsobuje, že jednotliví jedinci populácie reagujú na rovnaké faktory prostredia odlišne.
- Diploidný stav genómu: Ak je v dispozícii druhá funkčná kópia génu, jedinca to neohrozí v prípade mutácie na jednej z nich.
Nevýhody
- Pomalosť: V porovnaní s nepohlavným rozmnožovaním je relatívne pomalšie.
- Menší počet potomkov: Často vyprodukuje menší počet jedincov v porovnaní s nepohlavným rozmnožovaním.
- Zrieďovanie genetického materiálu: V prípade, že bol osvedčený ako dobrý.
- Potreba zložitejšieho aparátu: Nezriedka robí jedince zraniteľnejšími.
tags: #rozmnozovanie #krvnych #buniek