Úvod

umožnit růst a obnovu lidského těla, starší stárnoucích buněk musí být odstraněny a nahrazeny mladší, účinnějších. Jádrem tohoto procesu je buněčné dělení, které je nezbytné nejen pro udržení fyzického těla, ale také pro zajištění dědičnosti genů a genetické rozmanitosti.

stav toku

je běžnou mylnou představou, že jakmile se vytvoří, orgány těla zůstávají statické a postupně se opotřebovávají, jak stárneme. Ve skutečnosti, většina buněk, které tvoří orgány jsou v neustálém stavu toku, jako starší buňky neustále podstupují apoptózu (programovanou buněčnou smrt) předtím, než je rozbité dolů a nahrazeny novými (Elmore, 2007).

jádrem tohoto procesu buněčné náhrady je buněčné dělení, které zajišťuje nepřetržitý přísun mladých „dceřiných buněk“, které nahrazují jejich opotřebované „rodiče“. Tato náhrada senescentních buněk zajišťuje, že orgány fungují optimálně po celý náš život, i když nakonec proces stárnutí začne vybírat svou daň.

buňky v různých částech těla se obnovují různými rychlostmi; například epiteliální buňky a neutrofily se rychle dělí, zatímco hepatocyty a adipocyty se dělí pomalu. Předpokládá se, že několik typů buněk, jako jsou některé neurony a buňky očních čoček, Vydrží celý život. To znamená, že různé tkáně a orgány mají různý věk (rámeček 1).

během Interfáze

V každém okamžiku, většina buněk v těle nejsou v aktivním stavu divize, ale v interfázi – stabilní stav mezi fázemi buněčného dělení. Toto je doba, kdy buňky rostou, dozrávají a vykonávají své normální fyziologické funkce. Typická lidská buňka tráví přibližně 95% svého času v mezifázi(Cooper a Hausman, 2015).

během interfáze má jádro buňky granulární vzhled v důsledku přítomnosti chromatinu (více viz část 1). V této době je deoxyribonukleová kyselina (DNA) poměrně volně uspořádaná, bez viditelných chromozomů v jaderném obalu. Těsně před buněčným dělením dochází k replikaci DNA-to zajišťuje, že identická kopie genetického plánu (genomu) může být předána budoucím dceřiným buňkám.

replikace DNA

první článek v této sérii prozkoumány párování bází nukleotidů a popsal komplementární povahu purinových a pyrimidinových bází (Knight a Andrade, 2018). DNA komplementární párování bází pravidlo je:

• Adenin se vždy páruje s thyminem (At)
• vždy páry Cytosin s guanin (C-G)

Toto komplementární párování bází je základem replikace DNA během interfáze.

replikace DNA závisí na dvou buněčných enzymech:

• Helicase-tím se uvolní malá část dvojité šroubovice DNA, aby se stala jednovláknovou. Tento proces je často popisován jako analogická k rozepnul zip; jakmile je DNA single-stranded, nukleotidů základny mateřského vlákna jsou vystaveny;
• DNA polymeráza – to vyplní vystaveny mezery pomocí komplementární párování bází pravidel. Výsledkem jsou dva nové dceřiné řetězce DNA, které jsou geneticky identické s mateřským vláknem.

replikace DNA je často označován jako ‚semi-konzervativní‘, jako každá dcera DNA double helix bude mít jeden pramen odvozený od původní mateřské helix a jeden zbrusu nový pramen vyrobeno z nukleotidů, které byly zářezem do jejich komplementární párování bází pozice pomocí DNA polymerázy (Obr 1).

proces replikace DNA je neuvěřitelně rychlé a náhodné chyby se často vyskytují. DNA polymerázy mít korektury schopnost, která jim umožňuje double-zkontrolujte, zda novou dceru prameny pro přesnost a opravit případné chyby (Reha-Krantz, 2010); nicméně, chyby jsou někdy přehlíženy, což má za následek genetické mutace, které mohou vést k řadě onemocnění, včetně malignit.

mitóza

buněčné dělení nastává buď mitózou nebo meiózou. Mitóza, často označovaná jako „normální“ buněčné dělení, je nezbytná pro růst a opravu lidského těla. Většina jaderných lidských buněk má 46 chromozomů viditelných během buněčného dělení – toto se nazývá diploidní číslo (viz část 1). Během mitózy je diploidní číslo přísně udržováno a za předpokladu, že neexistují žádné chyby replikace DNA, dostávají všechny dceřiné buňky KOMPLEMENT DNA identický s komplementem jejich mateřských buněk.

mitóza se vyskytuje ve čtyřech fázích: profáze, metafáze, anafáze a telofáze (obr. 2).

Profáze

Během profáze, normální transkripci a translaci DNA, potřebné pro syntézu bílkovin (viz část 3) zastaví a volně uspořádané DNA v jádře, která je charakteristická interfáze, stává pevně likvidaci enzymy včetně DNA polymeráza topoisomerases. To má za následek kondenzaci DNA na chromozomy (viz část 1).

vzhled chromozomů v jádru během profáze naznačuje bezprostřední dělení buněk. V této fázi, neboť DNA se již replikovány, každý chromozom se skládá ze dvou identických sesterských chromatid (přesné kopie replikované chromozomu) se připojil v centrální oblasti, centromera.

jaderná membrána se postupně rozpadá a chromozomy zůstávají volně plovoucí v cytoplazmě.

Metafáze

Cytoplazmatické organely zvané centriol vyrábět tenké kontraktilní vřeteno kanálky, které jsou připojeny ke každému chromozomu na jeho centromerou, které tvoří lešení. Centrioly a vřetenové tubuly manévrují každý chromozom do centrální oblasti (rovníku) buňky.

Anafáze

vřeteno kanálků smlouvy, čímž tahání každý chromatid na rozdíl od její identická sestra a směrem k opačným pólům buňky.

telofáze

oddělené chromatidy jsou nyní izolovány na dvou protilehlých pólech buňky, kde tvoří dvě sady po 46 chromozomech. Kolem každé diploidní sady chromozomů se začínají vytvářet nové jaderné membrány. Cytoplazma mezi dvěma novými jádry se začíná štěpit procesem zvaným cytokineze, což nakonec vede k úplnému oddělení do dvou nových buněk.

Cytokineze zajišťuje, že každá Dceřiná buňka obdrží část cytoplazmy včetně jejích základních organel, jako jsou mitochondrie a endoplazmatické retikulum. Tím je zajištěno, že každá nová buňka má intracelulární složky, které vytvářejí své vlastní molekuly a provádějí buněčný metabolismus, což jí umožňuje růst, zrát a přežít nezávisle.

postupně se chromozomy v každém jádře stávají méně zřetelnými, protože de-kondenzují, což vede k méně hustě uspořádané DNA. Granulární vzhled nukleoplazmy je obnoven, což naznačuje, že buňka se vrací do mezifáze. Gen sekvence kódovány ve volně uspořádané DNA v jádře může být nyní volně přepsal do ribonukleové kyseliny (RNA) a nakonec přeložen do proteinů, které umožňují buněčný růst a řídit buněčný metabolismus (viz část 3).

kontrola mitózy

mitóza je sledována pomocí řady „kontrolních bodů“, které zajišťují přesnou koordinaci každé fáze buněčného dělení. Bohužel i při přísných mechanismech kontroly kvality může být proces dělení buněk dysregulován a nekontrolován,což někdy vede k malignitě (britská společnost pro buněčnou biologii).

meióza

druhý typ buněčného dělení, meióza, se týká pouze zárodečných buněk ve varlatech a vaječnících. Je nezbytný pro tvorbu pohlavních buněk – spermie a vajíčka – a je odpovědný za zavedení genetické variabilitě tím, že se míchání “ náš “ balíček genů, zajistit, že geny nesené spermie a vajíčka jsou vysoce variabilní.

Během meiózy, diploidní počet chromozomů (46) je na polovinu, aby zajistily, spermie a vajíčka mají haploidní počet chromozomů (23) tak, že v průběhu oplodnění, když haploidní spermie proniká haploidní vajíčka, diploidní počet je obnovena. Zajišťuje také, že každý potomek dostane zhruba polovinu svých genů od matky a polovinu od otce. Na rozdíl od toho, co se děje v mitóze, dceřiné buňky nedostávají identický doplněk DNA z jejich mateřských buněk.

Meióza probíhá ve dvou fázích meiózy I (Obr 3) a meióza II (Obr 4), z nichž každý zahrnuje čtyři fáze (profáze, metafáze, anafáze a telofáze).

Meióza I

Profáze I. Jako mitóza, replikace DNA dochází během interfáze takže, na začátku profáze I, každý chromozom se skládá ze dvou stejných chromatid. V každém z 23 párů chromozomů přítomných v našich buňkách bude jeden chromozom pocházet od matky a jeden od otce. Tyto homologní chromozomy se velmi těsně spárují, což umožňuje výměnu segmentů sousedních sesterských chromatidů v procesu zvaném „křížení“. Během křížení jsou řezy mateřských a otcovských chromozomů řezány, vyměňovány a spojeny na místo, přičemž výsledné nové chromozomy mají různé sortimenty genů. Tento proces zajišťuje genetickou variabilitu a je do značné míry zodpovědný za genetickou a fyzickou rozmanitost v populaci. Po překročení se jaderná obálka postupně rozpadá a chromozomy zůstávají suspendovány v cytoplazmě.

metafáze i. Vřetenové tubuly se tvoří a připevňují k chromozomům v jejich centromerech. Chromozomy jsou manévrovány do centrální oblasti buňky (rovníku).

anafáze i. vřetenové tubuly se stahují a oddělují každý člen každého homologního páru chromozomů na protilehlé póly v buňce. Uspořádání mateřských a otcovských chromozomů během metafázy I a jejich následná segregace během anafáze I je zcela náhodné. Tento nezávislý sortiment chromozomů zajišťuje, že spermie a vajíčka dostávají dobrou kombinaci mateřských a otcovských chromozomů.

telofáze i. Počet chromozomů na každém pólu buňky byl snížen o polovinu ze 46 (diploidní číslo) na 23 (haploidní číslo). Kolem každé haploidní sady chromozomů se postupně vytváří nová jaderná membrána a cytokineze vede ke štěpení cytoplazmy. To nakonec produkuje dvě nové haploidní dceřiné buňky.

Meióza II

Každá nová haploidní dceřinné buňce nyní prochází druhou fází buněčného dělení, meióza II (Obr 4). Fáze meiózy II jsou ve většině ohledů totožné s stadii mitózy:

• Profáze II – jaderná membrána se porouchá, takže chromozomy pozastavena v cytoplazmě;
• Metafáze II – vřeteno kanálků formulář, připojit k centromerou každého chromozómu a manévrování chromozomů do rovníkové oblasti;
• Anafáze II – vřeteno kanálků smlouvy, tahání každý chromatid na rozdíl od jeho sestra chromatid k opačným pólům buňky;
• Telofáze II – nové jaderné obálky tvoří kolem každé haploidní sadu chromozomů, a cytokineze následek štěpení buněk; to produkuje dvě nové haploidní dceřiné buňky.

tvorbě Gamet

U mužů, spermie jsou tvořeny v semenotvorných kanálcích varlat. Zárodečné buňky ve varlatech (spermatogonie) dávají vzniknout diploidní primární spermatocyty, které pak podstoupí meiosis což má za následek čtyři haploidní spermie. Dospělí muži produkují obrovské množství spermií rychlostí 80-300 milionů denně.

počet vajíček produkovaných ženami během reprodukčních let je výrazně nižší. Zárodečné buňky vaječníků (oogonia) vedou ke vzniku diploidních primárních oocytů, které pak procházejí meiózou za vzniku haploidních vajíček (oocytů). Při narození je přítomno asi dva miliony vajíček, ale většina z nich s věkem postupně degeneruje. To znamená, že během svých plodných let žena uvolní v průměru pouze kolem 400 životaschopných vajíček(VanPutte et al, 2017).

Nedisjunkce

klíčovou funkcí meiózy je vytvoření gamet, které mají haploidní počet 23 chromozomů. S věkem se oddělení homologních chromozomů, ke kterým dochází během meiózy, stává méně účinným, což znamená, že do gamet mohou být přeneseny další chromozomy. Tento jev se nazývá nondisjunkce.

Nondisjunkce často vyústí v vajíčka starších žen mají navíc kopii chromozomu 21. Když spermie oplodí takové vajíčko, dodá vlastní kopii chromozomu 21, což má za následek trizomii 21 a dítě s Downovým syndromem(viz část 1).

i když věk matky je často citován jako hlavní rizikový faktor pro mít dítě s chromozomální poruchou je nyní uznává, že downův syndrom a další příklady aneuploidie (extra nebo chybějící chromozomy), také běžně vyskytují v důsledku nondisjuction během tvorby spermií.

i když věk matky je často citován jako hlavní rizikový faktor pro mít dítě s Downovým syndromem, nebo jiné typy aneuploidie, nyní víme, že věk otce je rizikovým faktorem, neboť tyto genetické podmínek dojít také v důsledku nondisjunkce během tvorby spermií (americký Národní downův Syndrom Společnost). Současné důkazy naznačují, že přibližně 90% případů trizomie 21 výsledek z další kopie chromozomu 21 ve vajíčku, kolem 4% z extra kopii na spermie, a zbývající případy z chyby při dělení buněk během prenatálního vývoje (americký Národní Institut Zdraví Dítěte a Vývoj Člověka).

závěr

geny jsou základní jednotky dědičnosti. Přechod chromozomů během meiózy a nezávislý sortiment chromozomů zajišťuje, že spermie a vajíčka mají náhodnou kombinaci genů zděděných od matky a otce. To zaručuje genetickou rozmanitost. Geny nakonec kódují informace pro konstrukci proteinů, které budují naše těla, a enzymů, které řídí naši biochemii. Část 3 prozkoumá translaci sekvencí DNA na proteiny.

• Po přečtení tohoto článku, otestovat své znalosti s NT sebehodnocení. Pokud se vám skóre 80% nebo více, můžete si stáhnout osobní certifikát a uložit ve vašem NT Portfolio jako důkaz CPD pro prodloužení platnosti
• Vzít NT sebehodnocení za tento článek