Znanost o životu počinje u jednoj stanici. Možda zvuči jednostavno, ali način na koji se stanice dijele zapravo određuje svako živo biće na Zemlji.
Dva temeljna procesa – mitoza i mejoza – oblikuju sve od rasta tkiva do stvaranja novog života.
Mitoza stvara dvije genetski jednake stanice koje održavaju tijelo i omogućuju rast, dok mejoza stvara četiri genetski različite spolne stanice koje omogućuju razmnožavanje i nasljeđivanje.
Kad shvatimo razliku između ovih dioba, lakše nam je razumjeti zašto svako biće ima svoj jedinstveni genetski zapis. U nastavku ću pokušati objasniti kako ti procesi teku i što kromosomi rade u svemu tome.
Osnove mitoza i mejoza
Mitoza i mejoza su ključni procesi diobe stanica. Održavaju životni ciklus organizama, omogućuju rast tkiva i prijenos genetskog materijala na potomstvo.
Razlikuju se po svrsi, broju dioba i rezultatu koji daju.
Definicija i značaj oba procesa
Mitoza je proces u kojem jedna diploidna stanica (2n) stvori dvije genetski identične kćeri stanice. Tijelo koristi mitozu za rast, obnovu tkiva i zamjenu oštećenih stanica.
Kod čovjeka, primjerice, milijuni stanica kože svakodnevno se dijele mitozom i tako održavaju površinu tijela netaknutom.
Mejoza je nešto drugačija priča. Ovdje iz jedne stanice nastaju četiri haploidne (n) gamete, svaka s polovinom broja kromosoma.
Do mejoze dolazi samo u spolnim žlijezdama, a rezultat je genetska raznolikost. Tijekom crossing-overa kromosomi razmjenjuju dijelove DNK, pa svaka gameta postaje jedinstvena.
| Proces | Broj dioba | Broj stanica kćeri | Ploidičnost | Primarna svrha |
|---|---|---|---|---|
| Mitoza | 1 | 2 | Diploidna (2n) | Rast i obnova |
| Mejoza | 2 | 4 | Haploidna (n) | Stvaranje gameta |
Razlika između somatskih i spolnih stanica
Stanice u tijelu dijelimo na somatske i spolne stanice (gamete). Somatske stanice grade većinu organizma – mišiće, kožu, kosti i unutarnje organe.
One se razmnožavaju mitozom i sadrže potpuni set kromosoma (2n). Kad se tkivo ošteti, somatske stanice brzo prolaze mitozu da bi popravile štetu.
Spolne stanice, poput spermija i jajnih stanica, nastaju mejozom i imaju polovinu genetskog materijala (n). To omogućuje da se oplodnjom ponovno uspostavi diploidni broj kromosoma u novom organizmu.
Proces mitoze
Mitoza omogućuje rast i obnovu tkiva stvaranjem novih, genetski identičnih stanica. Tijekom tog procesa jezgra se dijeli, a zatim i citoplazma.
Na kraju nastaju dvije diploidne stanice kćeri s jednakim brojem kromosoma kao izvorna stanica.
Faze mitoze: profaza, metafaza, anafaza i telofaza
Mitoza se odvija kroz četiri osnovne faze. Svaka faza ima svoju ulogu u pravilnoj podjeli genetskog materijala.
U profazi se kromatin zgušnjava u jasno vidljive kromosome. Svaki kromosom ima dvije sestrinske kromatide povezane centromerom.
Jezgrina ovojnica se razgrađuje, a vretenasta vlakna se pojavljuju i kasnije pomažu pri razdvajanju kromosoma.
Tijekom metafaze svi kromosomi se poredaju duž središnje ravnine stanice, tzv. metafazne ploče. Ovaj raspored omogućuje pravilno razdvajanje kromatida.
U anafazi centromere pucaju i sestrinske kromatide se povlače prema suprotnim polovima. Tako se genetski materijal točno raspodjeljuje.
Zadnja faza, telofaza, obilježena je ponovnim stvaranjem jezgrine ovojnice oko kromosoma. Kromosomi se tada razmrvljavaju u stanje kromatina.
Mitoza završava kad se formiraju dvije odvojene jezgre spremne za završni korak diobe.
Kariokineza i citokineza
Kariokineza označava podjelu jezgre. Na taj način svaka nova stanica dobije identičan skup kromosoma kao roditeljska.
Tijekom kariokineze vreteno mikrotubula razdvaja kromosome i raspoređuje ih na suprotne strane stanice.
Citokineza je podjela citoplazme. U životinjskim stanicama membrana se sužava u sredini i stvara brazdu koja se produbljuje dok se stanica ne razdvoji.
Kod biljnih stanica formira se nova stanična ploča koja kasnije postaje stanični zid.
Mejoza: tijek i specifičnosti
Mejoza omogućuje nastanak haploidnih spolnih stanica (gameta) iz diploidnih stanica. Tako se održava stabilan broj kromosoma pri spolnom razmnožavanju.
Dvije uzastopne diobe smanjuju broj kromosoma na polovicu, a genetski materijal se rekombinira i stvara raznolikost potomstva.
Faze mejoze: prva i druga dioba
Mejoza se sastoji od dvije uzastopne podjele jezgre – mejoze I i mejoze II. Tijekom mejoze I dolazi do redukcijske diobe, koja prepolovljuje broj kromosoma.
Početna diploidna stanica (2n) završava s dvije haploidne (n) stanice.
U profazi I homologni kromosomi se sparuju i razmjenjuju dijelove genetskog materijala. Taj proces zovemo crossing-over.
U metafazi I bivalenti se poredaju uzduž središta stanice. U anafazi I razdvajaju se prema polovima.
Telofaza I završava stvaranjem dviju haploidnih stanica.
Druga dioba, mejoza II, nalikuje mitozi. Tijekom profaze II kromosomi se ponovno kondenziraju.
U metafazi II poredaju se u sredini stanice. U anafazi II razdvajaju se sestrinske kromatide.
Na kraju telofaze II i citokineze nastaju četiri haploidne ćelije, genetski različite, koje mogu postati gamete.
| Dioba | Završni broj stanica | Broj kromosoma po stanici |
|---|---|---|
| Mejoza I | 2 | n |
| Mejoza II | 4 | n |
Posebnosti profaze I: leptoten, zigoten, pakiten, diploten
Profaza I traje najduže i najzahtjevnija je faza mejoze. Dijelim je na četiri podstadija: leptoten, zigoten, pakiten i diploten.
Tijekom leptotena, kromosomi se konačno vide i počinju se kondenzirati. U zigotenu se homologni kromosomi sparuju i tvore sinaptonemalni kompleks, koji ih spaja par po par.
Pakiten donosi rekombinaciju DNK kroz crossing-over, gdje homologne kromatide izmjenjuju dijelove nasljednog materijala. To, naravno, povećava genetsku raznolikost.
U diplotenu se homologni kromosomi razdvajaju, ali ostaju povezani na mjestima križanja – hijazmama.
Uloga kromosoma u diobi stanica
Kromosomi čuvaju genetske upute. Oni osiguravaju da svaka nova stanica dobije potpunu, točnu kopiju nasljedne informacije.
Njihov raspored, broj i način odvajanja određuju hoće li stanica biti genetski jednaka roditeljskoj ili će imati drugačiji broj kromosoma, kao što je slučaj sa spolnim stanicama.
Razmještaj i podjela kromosoma
Kad se stanica sprema za diobu, DNA se kondenzira u vidljive kromosome. Svaki kromosom ima dvije sestrinske kromatide povezane centromerom.
Tijekom mitoze, kromosomi se poravnaju u središtu stanice – u ekvatorijalnoj ravnini. Diobeno vreteno povlači kromatide prema suprotnim polovima stanice.
Na kraju nastaju dvije stanice s istim sklopom kromosoma. U mejozi je priča malo zapetljanija: stanica prolazi kroz dvije diobe.
U prvoj diobi svaki par homolognih kromosoma (majčin i očev) odlazi na svoju stranu. U drugoj diobi razdvajaju se sestrinske kromatide.
Tako nastaju četiri haploidne stanice, svaka s polovinom kromosoma u odnosu na početnu. Pravilno raspoređivanje kromosoma je stvarno važno.
Čak i mala greška tijekom razdvajanja može uzrokovati abnormalan genetski sastav. Takve pogreške, poznate kao nondisjunkcije, često dovode do kromosomskih poremećaja poput Downova sindroma.
Razlike diploidnog i haploidnog broja
Stanice tijela većine organizama imaju diploidan broj kromosoma (2n) – svaki gen dolazi u dva primjerka, jedan od svakog roditelja. Kod ljudi, tjelesna stanica ima 46 kromosoma, odnosno 23 para.
Haploidne stanice (n), poput spermija i jajne stanice, sadrže samo jedan set kromosoma. Kad se dvije haploidne stanice spoje tijekom oplodnje, nastaje nova diploidna stanica – zigota.
Ova izmjena između diploidne i haploidne faze održava stalnost genetskog materijala kroz generacije. Da nema smanjenja broja kromosoma u mejozi, broj bi se udvostručavao u svakom naraštaju, što bi vjerojatno bilo pogubno za stabilnost nasljeđivanja.
| Vrsta stanice | Broj kromosoma | Primjer | Vrsta diobe |
|---|---|---|---|
| Diploidna (2n) | 46 | Tjelesne stanice | Mitoza |
| Haploidna (n) | 23 | Spolne stanice | Mejoza |
Razumijevanje razlike između diploidnog i haploidnog broja pomaže nam shvatiti kako nastaje život. Iako svaka nova generacija zadržava genetske osobine roditelja, kombinacija gena uvijek je jedinstvena.
Funkcionalni značaj mitoze i mejoze za organizam
Mitoza i mejoza održavaju ravnotežu između stabilnosti genetskog materijala i raznolikosti među potomcima. Jedan proces obnavlja oštećena tkiva i omogućuje rast, a drugi osigurava genetsku jedinstvenost svake nove generacije.
Obnova tkiva i rast
Organizmi se svakodnevno oslanjaju na mitozu za zamjenu stanica koje odumiru ili se oštete. Koža, krv i sluznice stalno prolaze kroz mitotsku diobu.
Tijekom mitoze, matična stanica dijeli se na dvije genetski identične kćerne stanice. Takva preciznost omogućuje tkivu da zadrži svoju strukturu i funkciju bez promjena u genetskom sastavu.
Kod višestaničnih organizama, mitoza je temelj rasta. Tijelo raste jer se broj stanica povećava, a svaka nova stanica preuzima određenu ulogu.
Kod ljudi je taj proces najintenzivniji u djetinjstvu, a kasnije služi ponajviše za regeneraciju.
| Primjer tkiva | Uloga mitoze |
|---|---|
| Epitel kože | Zamjena oštećenih stanica |
| Koštana srž | Stvaranje novih krvnih stanica |
| Jetra | Obnova nakon oštećenja |
Bez uredne regulacije mitoze, tkiva bi se brzo istrošila. Organizmu bi bilo teško održavati osnovne funkcije.
Poremećaji u ovom procesu, poput prekomjerne diobe, često vode do tumorskih promjena.
Genetska raznolikost u potomstvu
Za razliku od mitoze, mejoza stvara genetsku raznolikost tako što proizvodi haploidne gamete – jajne stanice i spermije. Svaka od tih stanica ima polovicu broja kromosoma roditeljske stanice.
Kad se gamete spoje, nastaje zigota s potpunim setom kromosoma.
Tijekom mejoze događa se rekombinacija i neovisno razdvajanje kromosoma. Zbog toga svaka spolna stanica nosi jedinstvenu kombinaciju gena.
Potomci se razlikuju od roditelja, ali i jedni od drugih.
Varijabilnost je zapravo temelj za evolucijsku prilagodbu. Populacije s više genetske raznolikosti lakše preživljavaju kad se uvjeti okoliša promijene.
