Μίτωση, μείωση και ο κυτταρικός κύκλος

Δύο μορφές πυρηνικής διαίρεσης κατανέμουν τα χρωμοσώματα σε νέα κύτταρα: η μίτωση αντιγράφει ένα πλήρες σύνολο σε κάθε θυγατρικό κύτταρο, ενώ η μείωση υποδιπλασιάζει το σύνολο για να δημιουργήσει γαμέτες και, με αυτόν τον τρόπο, παράγει γενετική ποικιλομορφία.

Definition

Η μίτωση είναι η διαίρεση που παράγει δύο γενετικά πανομοιότυπους θυγατρικούς πυρήνες, η μείωση είναι η διπλή αναγωγική διαίρεση που παράγει απλοειδείς γαμέτες, και ο κυτταρικός κύκλος είναι η ρυθμιζόμενη ακολουθία γεγονότων μέσω της οποίας ένα κύτταρο αναπτύσσεται, αναπαράγει το DNA του και διαιρείται.

Scope

Αυτό το θέμα καλύπτει τις φάσεις του κυτταρικού κύκλου και τα σημεία ελέγχου του, τα στάδια της μίτωσης που παράγουν δύο γενετικά πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα, τις δύο διαιρέσεις της μείωσης που μειώνουν τον αριθμό των χρωμοσωμάτων στο μισό, τη σύζευξη των ομόλογων χρωμοσωμάτων και την επιμόλυνση (crossing over) στην μείωση Ι, και τον τρόπο με τον οποίο τα μειωτικά γεγονότα παρέχουν τη φυσική βάση για τους νόμους του Mendel. Εξετάζει την εύτακτη κατανομή των χρωμοσωμάτων· τα σφάλματα σε αυτή τη διαδικασία καλύπτονται στην ενότητα της ανευπλοειδίας.

Core questions

• Ποιες είναι οι φάσεις του κυτταρικού κύκλου και πώς ρυθμίζουν τα σημεία ελέγχου την πρόοδο;
• Πώς διασφαλίζει η μίτωση ότι κάθε θυγατρικό κύτταρο λαμβάνει ένα πλήρες σύνολο χρωμοσωμάτων;
• Πώς οι δύο διαιρέσεις της μείωσης υποδιπλασιάζουν τον αριθμό των χρωμοσωμάτων;
• Πώς η σύζευξη των ομόλογων χρωμοσωμάτων και η επιμόλυνση (crossing over) στη μείωση αποτελούν τη βάση των νόμων του Mendel;

Key concepts

• Φάσεις και σημεία ελέγχου του κυτταρικού κύκλου
• Στάδια της μίτωσης
• Μείωση Ι και μείωση ΙΙ
• Σύζευξη ομόλογων χρωμοσωμάτων και επιμόλυνση (crossing over)
• Αναγωγική διαίρεση και σχηματισμός γαμετών

Mechanisms

Το DNA αντιγράφεται στη φάση S, και κατά τη διαίρεση ένας άτρακτος προσκολλάται στα κεντρομερή για να διαχωρίσει το γενετικό υλικό· στη μίτωση οι αδελφές χρωματίδες διαχωρίζονται για να δώσουν πανομοιότυπα κύτταρα, ενώ στη μείωση τα ομόλογα χρωμοσώματα αρχικά ζευγαρώνουν και ανταλλάσσουν τμήματα μέσω επιμόλυνσης (crossing over) και στη συνέχεια διαχωρίζονται, ακολουθούμενα από μια δεύτερη διαίρεση που διαχωρίζει τις αδελφές χρωματίδες, υποδιπλασιάζοντας τον αριθμό των χρωμοσωμάτων και ανακατεύοντας τα αλληλόμορφα.

Clinical relevance

Τα μειωτικά γεγονότα του διαχωρισμού των ομόλογων χρωμοσωμάτων εξηγούν πώς ο ανασυνδυασμός και η ανεξάρτητη κατανομή παράγουν ποικιλομορφία γαμετών, ενώ οι αποτυχίες του ελέγχου του κυτταρικού κύκλου αποτελούν τη βάση του καρκίνου και τα σφάλματα στον μειωτικό διαχωρισμό προκαλούν τις ανευπλοειδίες που παρατηρούνται σε αποβολές και καταστάσεις όπως το σύνδρομο Down.

History

Ο Flemming περιέγραψε τη μίτωση τη δεκαετία του 1880 και η μείωση χαρακτηρίστηκε λίγο αργότερα· η αναγνώριση ότι η συμπεριφορά των μειωτικών χρωμοσωμάτων αντικατοπτρίζει τον Μεντελικό διαχωρισμό εδραίωσε τη χρωμοσωμική θεωρία, και οι μοριακοί έλεγχοι του κυτταρικού κύκλου διαλευκάνθηκαν στα τέλη του εικοστού αιώνα, έργο που αναγνωρίστηκε με το βραβείο Νόμπελ του 2001.

Key figures

• Walther Flemming
• Theodor Boveri
• Paul Nurse

Seminal works

• klug2019

Frequently asked questions

Ποια είναι η κύρια διαφορά μεταξύ μίτωσης και μείωσης;

Η μίτωση παράγει δύο θυγατρικά κύτταρα γενετικά πανομοιότυπα με το μητρικό κύτταρο και μεταξύ τους, ενώ η μείωση περιλαμβάνει δύο διαιρέσεις που υποδιπλασιάζουν τον αριθμό των χρωμοσωμάτων και, μέσω επιμόλυνσης (crossing over) και ανεξάρτητης κατανομής, παράγουν τέσσερις γενετικά ποικίλους γαμέτες.

Γιατί η μείωση είναι σημαντική για τη γενετική ποικιλομορφία;

Η μείωση ανακατεύει τα αλληλόμορφα με δύο τρόπους: η επιμόλυνση (crossing over) ανταλλάσσει τμήματα μεταξύ ομόλογων χρωμοσωμάτων, και η ανεξάρτητη κατανομή κατανέμει τυχαία τα μητρικά και πατρικά χρωμοσώματα, έτσι ώστε κάθε γαμέτης να φέρει έναν μοναδικό συνδυασμό αλληλομόρφων.