انقسام الخلية: الأنواع والعمليات والأهمية - مادة الاحياء - 2025

و انقسام الخلايا هو العملية التي تسمح لجميع الكائنات الحية تنمو وتتكاثر. في بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، تكون نتيجة الانقسام الخلوي هي الخلايا الوليدة التي تمتلك نفس المعلومات الجينية مثل الخلية الأصلية. يحدث هذا لأنه ، قبل التقسيم ، يتم تكرار المعلومات الموجودة في الحمض النووي.

في بدائيات النوى ، يحدث الانقسام عن طريق الانشطار الثنائي. إن جينوم معظم بدائيات النوى هو جزيء دنا دائري. على الرغم من أن هذه الكائنات الحية لا تحتوي على نواة ، إلا أن الحمض النووي يكون في شكل مضغوط يسمى نوكليويد ، والذي يختلف عن السيتوبلازم المحيط به.

المصدر: Retama

في حقيقيات النوى ، يحدث الانقسام من خلال الانقسام والانقسام الاختزالي. يتكون جينوم حقيقيات النوى من كميات كبيرة من الحمض النووي المنظمة داخل النواة. يعتمد هذا التنظيم على تعبئة الحمض النووي بالبروتينات ، وتشكيل الكروموسومات ، التي تحتوي على مئات أو آلاف الجينات.

حقيقيات النوى المتنوعة للغاية ، أحادية الخلية وميتازوان ، لها دورات حياة تتناوب بين الانقسام والانقسام الاختزالي. هذه الدورات هي تلك التي تحتوي على: أ) الانقسام الاختزالي الوراثي (الحيوانات ، بعض الفطريات والطحالب) ، ب) الانقسام الاختزالي اللقحي (بعض الفطريات والأوليات) ؛ ج) التناوب بين الانقسام الاختزالي الوراثي واللقحي (النباتات).

أنواع

يمكن أن يكون الانقسام الخلوي عن طريق الانشطار الثنائي أو الانقسام أو الانقسام الاختزالي. يتم وصف كل من العمليات المتضمنة في هذه الأنواع من انقسام الخلايا أدناه.

الانشطار الثنائي

الانشطار بدائيات النواة ، الانشطار الثنائي ، هو شكل من أشكال التكاثر اللاجنسي.

يتكون الانشطار الثنائي من انقسام الخلية الذي ينتج عنه خليتان ابنتان ، لكل منهما نسخة متطابقة من الحمض النووي للخلية الأصلية.

قبل انقسام الخلية بدائية النواة ، يحدث تكرار الحمض النووي ، والذي يبدأ في موقع محدد على الحمض النووي مزدوج الشريطة ، يسمى أصل التكرار. تتحرك إنزيمات النسخ المتماثل في كلا الاتجاهين من الأصل ، منتجة نسخة واحدة من كل من خيوط الحمض النووي المزدوج الشريطة.

بعد تكرار الحمض النووي ، تستطيل الخلية ويتم فصل الحمض النووي داخل الخلية. على الفور ، يبدأ غشاء بلازما جديد بالنمو في منتصف الخلية ، مكونًا حاجزًا.

يتم تسهيل هذه العملية بواسطة بروتين FtsZ ، والذي يتم حفظه تطوريًا بدرجة عالية في بدائيات النوى ، بما في ذلك العتائق. أخيرًا ، تنقسم الخلية.

دورة الخلية والانقسام

تُعرف المراحل التي تمر بها الخلية حقيقية النواة من بين قسمين متتاليين من الخلايا باسم دورة الخلية. تختلف مدة دورة الخلية من بضع دقائق إلى أشهر ، حسب نوع الخلية.

تنقسم دورة الخلية إلى مرحلتين ، وهما المرحلة M والواجهة. تحدث عمليتان في المرحلة M ، تسمى الانقسام والانقسام الخلوي. يتكون الانقسام من الانقسام النووي. تم العثور على نفس عدد وأنواع الكروموسومات الموجودة في النواة الأصلية في نواة الابنة. تنقسم الخلايا الجسدية للكائنات متعددة الخلايا عن طريق الانقسام.

يتكون التحلل الخلوي من انقسام السيتوبلازم لتشكيل خلايا ابنة.

تحتوي الواجهة على ثلاث مراحل: 1) G1 ، تنمو الخلايا وتقضي معظم وقتها في هذه المرحلة ؛ 2) S ، ازدواجية الجينوم ؛ و 3) G2 ، تكرار الميتوكوندريا والعضيات الأخرى ، تكثيف الكروموسومات ، وتجميع الأنابيب الدقيقة ، من بين أحداث أخرى.

مراحل الانقسام

يبدأ الانقسام المتساوي بنهاية المرحلة G2 ، وينقسم إلى خمس مراحل: الطور الأولي ، الطور الأولي ، الطور الطوري ، الطور ، الطور البعيدة. كل ذلك يحدث بشكل مستمر.

الطور الأول

الطور الأول. Leomonaci98 ، من ويكيميديا ​​كومنز

في هذه المرحلة ، يكون تجميع المغزل الانقسامي ، أو الجهاز الانقسامي ، هو الحدث الرئيسي. تبدأ الطور الأولي بضغط الكروماتين ، مكونًا الكروموسومات.

يحتوي كل كروموسوم على زوج كروماتيد شقيق ، مع الحمض النووي المتطابق ، والمرتبط بإحكام بالقرب من مراكزهم المركزية. تشارك مجمعات البروتين التي تسمى cohesins في هذا الاتحاد.

يتم توصيل كل مركز مركزي بـ kinetochore ، وهو مركب من البروتينات التي ترتبط بالأنابيب الدقيقة. تسمح هذه الأنابيب الدقيقة بنقل كل نسخة من الكروموسومات إلى الخلايا الوليدة. تشع الأنابيب الدقيقة من كل طرف من أطراف الخلية وتشكل الجهاز الانقسامي.

في الخلايا الحيوانية ، قبل الطور ، يحدث الازدواج المركزي ، وهو المركز التنظيمي الرئيسي للأنابيب الدقيقة والمكان الذي يلتقي فيه المريكز الأم والطفل. يصل كل مركز مركزي إلى القطب المقابل للخلية ، مما يؤدي إلى إنشاء جسر من الأنابيب الدقيقة بينهما يسمى الجهاز الانقسام.

في النباتات التي تطورت مؤخرًا ، على عكس الخلايا الحيوانية ، لا توجد جسيمات مركزية وأصل الأنابيب الدقيقة غير واضح. في خلايا التمثيل الضوئي ذات الأصل التطوري الأقدم ، مثل الطحالب الخضراء ، توجد الجسيمات المركزية.

بروميثافيز

ليوموناتشي 98

يجب أن يضمن الانقسام المتساوي فصل الكروموسومات وتوزيع الغلاف النووي لمجمع المسام النووي والنواة. اعتمادًا على ما إذا كان الغلاف النووي (EN) يختفي أم لا ، ودرجة تكامل EN ، يتراوح الانقسام من مغلق إلى مفتوح تمامًا.

على سبيل المثال ، في S. cerevisae ، يكون الانقسام مغلقًا ، وفي A. nidulans يكون شبه مفتوح ، وفي البشر يكون مفتوحًا.

في الانقسام الخيطي المغلق ، توجد الأجسام القطبية للمغزل داخل الغلاف النووي ، وتشكل نقاط التنوي للأنابيب الدقيقة النووية والهيولية. تتفاعل الأنابيب الدقيقة السيتوبلازمية مع قشرة الخلية ومع الحركات الحركية للكروموسومات.

في الانقسام شبه المفتوح ، نظرًا لتفكيك EN جزئيًا ، يتم غزو الفضاء النووي بواسطة الأنابيب الدقيقة ذات النواة من الجسيمات المركزية ومن خلال فتحتين في EN ، لتشكيل حزم محاطة بـ EN.

في الانقسام المفتوح ، يحدث التفكيك الكامل لـ EN ، ويكتمل الجهاز الانقسامي ، وتبدأ الكروموسومات في النزوح نحو منتصف الخلية.

الطورية

محاذاة الكروموسومات في اللوحة الاستوائية للخلية أثناء الطور الانقسامي

في الطور الاستوائي ، تصطف الكروموسومات عند خط استواء الخلية. يُطلق على المستوى التخيلي العمودي على محور المغزل ، الذي يمر عبر المحيط الداخلي للخلية ، لوحة الطور الطوري.

في خلايا الثدييات ، يتم تنظيم الجهاز الانقسامي في مغزل انقسام مركزي وزوج من زهور النجمة. يتكون المغزل الانقسامي من حزمة ثنائية متناظرة من الأنابيب الدقيقة التي تنقسم عند خط الاستواء للخلية ، وتشكل نصفين متعاكسين. تتكون النجمة من مجموعة من الأنابيب الدقيقة في كل قطب من أقطاب المغزل.

يوجد في الجهاز الانقسام ثلاث مجموعات من الأنابيب الدقيقة: 1) نجمي ، والذي يتكون من النجم ، يبدأ من الجسيم المركزي ويشع باتجاه قشرة الخلية ؛ 2) من kinetochore ، والتي ترتبط بالكروموسومات من خلال kinetochore ؛ و 3) القطبية ، التي تتداخل مع الأنابيب الدقيقة من القطب المقابل.

في جميع الأنابيب الدقيقة الموصوفة أعلاه ، تواجه النهايات (-) الجسيم المركزي.

في الخلايا النباتية ، إذا لم يكن هناك جسيم مركزي ، فإن المغزل يشبه تلك الموجودة في الخلايا الحيوانية. يتكون المغزل من نصفين بقطبية معاكسة. النهايات (+) على اللوحة الاستوائية.

طور

المصدر: Leomonaci98 ، من ويكيميديا ​​كومنز

Anaphase ينقسم إلى وقت مبكر ومتأخر. في وقت مبكر من الطور ، يحدث فصل الكروماتيدات الشقيقة.

يحدث هذا الانفصال بسبب انقسام البروتينات التي تحافظ على الاتحاد وبسبب وجود تقصير في الأنابيب الدقيقة في الحركية. عندما ينفصل زوج الكروماتيدات الشقيقة ، يطلق عليهما الكروموسومات.

أثناء التحول باتجاه القطب للكروموسومات ، يتحرك الحرك الحركي على طول الأنبوب الصغير من نفس النواة الحركية حيث تنفصل نهايته (+). وبسبب هذا ، فإن حركة الكروموسومات أثناء الانقسام هي عملية سلبية لا تتطلب بروتينات حركية.

في مرحلة الطور المتأخر ، يحدث فصل أكبر للأقطاب. ينتقل بروتين KRP ، المرتبط بنهاية (+) للأنابيب الدقيقة القطبية ، في منطقة تداخل نفس الأنابيب ، نحو النهاية (+) من الأنابيب الدقيقة القطبية المجاورة. وهكذا ، يدفع KRP الأنابيب الدقيقة القطبية المجاورة نحو النهاية (-).

في الخلايا النباتية ، بعد فصل الكروموسومات ، تبقى مساحة بها أنابيب متداخلة أو متداخلة في منتصف المغزل. يسمح هذا الهيكل ببدء الجهاز الحركي الخلوي ، المسمى فراجموبلاست.

Telophase

Telophase. ليوموناتشي 98

في الطور البعيد ، تحدث أحداث مختلفة. تصل الكروموسومات إلى القطبين. يختفي kinetochore. تستمر الأنابيب الدقيقة القطبية في الاستطالة ، لتحضير الخلية للحركة الخلوية. الغلاف النووي أعيد تشكيله من أجزاء من الغلاف الأم. تظهر النواة مرة أخرى. يتم فك تكثيف الكروموسومات.

يظهر

الحركية الخلوية هي مرحلة دورة الخلية التي تنقسم خلالها الخلية. في الخلايا الحيوانية ، يحدث التحلل الخلوي عن طريق حزام انقباض من خيوط الأكتين. تنزلق هذه الخيوط مع بعضها البعض ، ويقل قطر الشريط ، ويتشكل أخدود انشقاق حول محيط الخلية.

مع استمرار الانقباض ، يتعمق التلم ويتشكل جسر بين الخلايا يحتوي على منتصف الجسم. في المنطقة الوسطى من الجسر بين الخلايا توجد حزم الأنابيب الدقيقة ، والتي تغطيها مصفوفة كثيفة كهربية.

يحدث انهيار الجسر بين الخلايا بين الخلايا الشقيقة بعد الانقسام الخيطي من خلال الانفصال. هناك ثلاثة أنواع من الانقطاع: 1) آلية الانهيار الميكانيكي. 2) آلية ملء الحويصلات الداخلية. 3) انقباض غشاء البلازما للانشطار.

في الخلايا النباتية ، تتجمع مكونات الغشاء بداخلها وتتشكل لوحة الخلية. تنمو هذه اللويحة حتى تصل إلى سطح غشاء البلازما ، وتندمج معها وتقسم الخلية إلى قسمين. ثم يترسب السليلوز على غشاء البلازما الجديد ويشكل جدار الخلية الجديد.

الانقسام الاختزالي

الانقسام الاختزالي هو نوع من الانقسام الخلوي يقلل من عدد الكروموسومات إلى النصف. وهكذا ، تنقسم الخلية ثنائية الصبغة إلى أربع خلايا ابنة أحادية العدد. يحدث الانقسام الاختزالي في الخلايا الجرثومية ويؤدي إلى ظهور الأمشاج.

تتكون مراحل الانقسام الاختزالي من قسمين من النواة والسيتوبلازم ، وهما الانقسام الاختزالي الأول والانقسام الاختزالي الثاني. خلال الانقسام الاختزالي الأول ، يتم فصل أعضاء كل زوج من الكروموسومات المتجانسة. أثناء الانقسام الاختزالي الثاني ، تنفصل الكروماتيدات الشقيقة ويتم إنتاج أربعة خلايا أحادية العدد.

تنقسم كل مرحلة من مراحل الانقسام الفتيلي إلى طور أولي ، وطور ما قبل الطور ، وطور طور ، وطور طور ، وطور طولي.

الانقسام الاختزالي الأول

- الطور الأول. تتكثف الكروموسومات ويبدأ المغزل في التكون. تضاعف الحمض النووي. يتكون كل كروموسوم من كروماتيدات شقيقة مرتبطة بالسنترومير. تتزاوج الكروموسومات المتجانسة أثناء المشبك ، مما يسمح بالعبور ، وهو أمر أساسي لإنتاج الأمشاج المختلفة.

- الطور الأول. يصطف زوج الكروموسومات المتجانسة على طول لوحة الطور. يساعد الحزام على تماسك الزوج. ترتبط الأنابيب الدقيقة من kinetochore عند كل قطب بمركز مركزي لكروموسوم متماثل.

- Anaphase I. يتم تقصير الأنابيب الدقيقة في kinetochore ويتم فصل الأزواج المتجانسة. يذهب أحد المتجانسين المكرر إلى قطب واحد من الخلية ، بينما يذهب الآخر المكرر إلى الجانب الآخر من القطب.

- Telophase I. تشكل المتجانسات المنفصلة مجموعة عند كل قطب من أقطاب الخلية. الغلاف النووي يعيد تشكيله. يحدث التحلل الخلوي. تحتوي الخلايا الناتجة على نصف عدد الكروموسومات في الخلية الأصلية.

الانقسام الاختزالي الثاني

- المرحلة الثانية. يتشكل مغزل جديد في كل خلية ويختفي غشاء الخلية.

- الطور الثاني. اكتمال تشكيل المغزل. تحتوي الكروموسومات على كروماتيدات شقيقة ، مرتبطة في السنترومير ، مصطفة على طول لوحة الطور. ترتبط الأنابيب الدقيقة في kinetochore التي تبدأ من أقطاب متقابلة بالوسط.

- الطور الثاني. تقصر الأنابيب الدقيقة ، وتنقسم السنتروميرات ، وتنفصل الكروماتيدات الشقيقة وتتحرك نحو أقطاب متقابلة.

- Telophase II. يتكون الغلاف النووي من أربع مجموعات من الكروموسومات: تتكون أربع خلايا أحادية العدد.

أهمية

توضح بعض الأمثلة أهمية الأنواع المختلفة من انقسام الخلايا.

- الانقسام المتساوي. تحتوي دورة الخلية على نقاط لا رجعة فيها (تكرار الحمض النووي ، وفصل الكروماتيدات الشقيقة) ونقاط التفتيش (G1 / S). البروتين p53 هو مفتاح نقطة تفتيش G1. يكتشف هذا البروتين تلف الحمض النووي ويوقف انقسام الخلايا ويحفز نشاط الإنزيمات التي تصلح الضرر.

في أكثر من 50٪ من السرطانات البشرية ، يحتوي البروتين p53 على طفرات تهزم قدرته على ربط تسلسلات معينة من الحمض النووي. يمكن أن تحدث الطفرات في p53 بسبب المواد المسرطنة ، مثل البنزوبيرين في دخان السجائر.

- الانقسام الاختزالي. يرتبط بالتكاثر الجنسي. من وجهة نظر تطورية ، يُعتقد أن التكاثر الجنسي نشأ كعملية لإصلاح الحمض النووي. وبالتالي ، يمكن إصلاح الضرر الذي يلحق بالكروموسوم بناءً على معلومات من الكروموسوم المتماثل.

يُعتقد أن الحالة ثنائية الصبغية كانت عابرة في الكائنات الحية القديمة ، ولكنها أصبحت أكثر أهمية مع زيادة حجم الجينوم. في هذه الكائنات الحية ، يقوم التكاثر الجنسي بوظيفة التكامل وإصلاح الحمض النووي والتنوع الجيني.

المراجع

1. ألبرتس ، ب ، جونسون ، أ ، لويس ، ج ، وآخرون. 2007. البيولوجيا الجزيئية للخلية. جارلاند ساينس ، نيويورك.
2. Bernstein، H.، Byers، GS، Michod، RE 1981. تطور التكاثر الجنسي: أهمية إصلاح الحمض النووي ، والتكامل ، والتنوع. عالم الطبيعة الأمريكي ، 117 ، 537-549.
3. لوديش ، إتش ، بيرك ، أ. ، زيبورسكي ، إس إل ، ماتسوداريا ، بي ، بالتيمور ، دي ، دارنيل ، ج. 2003. البيولوجيا الخلوية والجزيئية. افتتاحية Medica Panamericana ، بوينس آيرس.
4. Raven ، PH ، Johnson ، GB ، Losos ، JB ، Singer ، SR 2005 علم الأحياء. التعليم العالي ، بوسطن.
5. سولومون ، بي إم ، بيرج ، إل آر ، مارتن ، دي دبليو 2008. علم الأحياء. طومسون ، الولايات المتحدة الأمريكية.