ما هو الانقسام؟
الانقسام المتساوي هو انقسام نواة خلية واحدة ينتج عنه نواتان ابنتان بنفس المعلومات الجينية. يحدث في خلايا حقيقيات النوى (لا تحتوي بدائيات النوى على نواة خلية) ويسبق عمومًا الانقسام الكامل للخلايا، والذي تنشأ منه خليتان ابنتان متطابقتان.
في دورة الخلية لانقسام الخلايا حقيقية النواة، يتزاوج الانقسام النووي والانقسام الخلوي. لذلك، يُعرف الانقسام الخلوي والانقسام الخلوي معًا أيضًا باسم الانقسام الفتيلي أو الطور M. أثناء التفاعل بين التخفيفات المتتالية، يتضاعف جزيء الحمض النووي للكروموسوم (النسخ المتماثل)، وبعد ذلك يتكون كل كروموسوم من كروماتيدات شقيقة متطابقة. أثناء الانقسام، تنفصل هذه الكروماتيدات وتنقسم بحيث تتلقى كل نواة ابنة نصفًا متطابقًا من كروموسوم الابنة. هذا يعني أنه يمكن نقل نسخة متطابقة من جينوم الكروموسومات الكامل للخلية الجذعية إلى خليتين ابنتيتين.
تخضع الخلية للانقسام الفتيلي لإنشاء خليتين متطابقتين ثنائي الصبغيات.
في حالة الانقسام الفتيلي، لا يوجد تغيير في عدد الكروموسومات، تظل درجة التشكل كما هي. إذا كانت الخلية الجذعية أحادية العدد، فإن نوى الخلايا الوليدة تكون أحادية العدد. إذا كانت الخلية الأولية ثنائية الصبغيات، فإن نوى الخلايا الوليدة تكون أيضًا ثنائية الصبغيات.
يحدث الانقسام الخيطي بشكل رئيسي في الخلايا الجسدية لجسم الكائنات متعددة الخلايا، بينما تسمى أنواع انقسام الخلايا في الخلايا التناسلية بالانقسام الاختزالي. بالنسبة للكائنات وحيدة الخلية، يمكن اعتبار الانقسام الفتيلي شكلاً من أشكال التكاثر اللاجنسي.
يمكن تمييز الانقسام الاختزالي عن الانقسام الفتيلي بطريقة مختلفة اختلافًا جوهريًا عن الانقسام النووي، حيث لا يتم فصل الكروماتيدات الشقيقة في الانقسام الخلوي الأول، ولكن يتم تخصيصها معًا ككروموسومات متجانسة لنواة ابنة. يتم دمجه في دورة التوليد ويؤدي إلى تقليل مجموعة الكروموسومات والخلايا الوليدة المتنوعة وراثيًا.
وظيفة الانقسام
يسمح الانقسام الخيطي بتقسيم المعلومات الجينية الموجودة في الكروموسومات بحيث تتلقى نواتان من الخلايا الوليدة نفس المعلومات الجينية مرة أخرى. ولكي يحدث هذا، يجب أن تتكاثر المادة الجينية أولاً في نواة الخلية الجذعية، خلال الواجهة السابقة لدورة الخلية. يحتوي كل كروموسوم، والذي يتكون في البداية من كروماتيد واحد بعد الانقسام النووي، على كروماتيدين شقيقين متطابقين بعد التكرار، وهما متصلان في المركز. في مراحل الانقسام الفتيلي، يتم ضغط هذه المجموعات وتوصيلها وترتيبها وفصلها وتفكيكها بحيث تنقسم مجموعتان مرتبتان مختلفتان مكانيًا، ولكنهما متطابقتان في عدد ونوع الكروموسومات، إلى نواتين.
ترتبط الكروموسومات في المركز وتظهر على طول الخط المنقط.
في حقيقيات النوى متعددة الخلايا، يكون الانقسام هو الشرط الأساسي لتكوين نواة خلية جديدة، وبشكل عام، مع استثناءات قليلة، أيضًا لتشكيل خلايا جديدة. في الكائنات متعددة الخلايا مثل البشر، لا يحدث انقسام الخلايا في جميع خطوط الخلايا المتقدمة أثناء تطورها. لذلك، لا تتكاثر الخلايا العصبية والخلايا العضلية بمجرد اكتمال التمايز. تغادر هذه الخلايا الدورة الانقسامية بعد الانقسام الفتيلي وتدخل ما يسمى بمرحلة G0، حيث لا يتكاثر الحمض النووي على الإطلاق. لم يعد بإمكان خلايا الدم الحمراء البشرية الناضجة الانقسام لأنها تفتقر بعد ذلك إلى نواة الخلية وبالتالي لا يمكنها البدء في الانقسام. من ناحية أخرى، تتكاثر الخلايا الظهارية للأمعاء والجلد بشكل متكرر أكثر من المتوسط ، وبالتالي تتجدد الأسطح الداخلية والخارجية للجسم.
عادة ما يستغرق الانقسام النووي الفعلي للخلايا البشرية حوالي ساعة. يستمر الطور البيني لدورة الخلية للخلايا المنقسمة باستمرار، والذي يحدث بين مراحل الانقسام الفتيلي، لفترة أطول، حوالي 12 إلى 24 ساعة، اعتمادًا على نوع الخلية. في الكائنات الحية الأخرى، يمكن أن يكون وقت الانقسام أطول بحوالي ساعتين، كما هو الحال في الفاصوليا، أو أقصر، كما هو الحال في ذبابة الفاكهة، حيث يكون غالبًا 9 دقائق فقط.
يمكن تحفيز الانقسام الخيطي عن طريق العديد من الببتيدات أو البروتينات التي تسمى ميتوجين. مثال على ذلك هو عامل تعزيز النضج (MPF)، وهي بنية البروتين لـ cyclin B مع كيناز (CDK 1).
الفرق بين الانقسام والانقسام الاختزالي
للتمييز عن الانقسام الفتيلي، يعد الانقسام الاختزالي نوعًا خاصًا من الانقسام النووي، حيث يتم تقليل مجموعة الكروموسومات ولا تتشكل نوى ابنة متطابقة. يحدث في تكوين الخلايا الجنسية (مثل البويضات والحيوانات المنوية) للتكاثر الجنسي ويمكن أن يؤدي إلى تكوين أربع خلايا أحادية الصيغة الصبغية من خلية بدائية ثنائية الصبغيات في خطوتين انقسامية.
هناك مرحلتان: الانقسام الاختزالي الأول والانقسام الاختزالي الثاني. في الطور الأول (قسم الاختزال)، تنقسم مجموعة الكروموسومات إلى نصفين، بينما تتوافق المرحلة الثانية (الانقسام المكافئ) تقريبًا مع مسار الانقسام الفتيلي مع مرحلة إضافية من الطور الثاني.
مراحل الانقسام
نبذة مختصرة
قبل أن يبدأ الانقسام الفتيلي، يقوم بوليميراز الحمض النووي بتكرار الجينوم بأكمله.
في الطور الأولي للخلية الحيوانية، ينفصل المريكزان ويتحركان باتجاه القطبين المعاكسين للخلية. تعمل Centrosomes كمراكز تنظيم الأنابيب الدقيقة (MTOCs) ويعتبر كل منها نقطة البداية لتجميع المغازل الانقسامية. في النباتات العليا، تتولى المكونات الخلوية الأخرى وظيفة MTOC، لأن خلاياها لا تحتوي على الجسيمات المركزية. تتكثف الكروموسومات وبالتالي تصبح مرئية تحت المجهر الضوئي، وهي الآن مرئية فقط في شكل X الذي يتم تصويره غالبًا (أثناء الطور البيني، يتم استطالة الكروموسومات حتى عدة سنتيمترات طويلة، مثل الهياكل الرقيقة في شكل خيوط). نظرًا لأن الكروموسومات قد تكررت بالفعل في الواجهة، فهي تتكون من كروماتيدات شقيقة متطابقة مع بعضها البعض، والتي لا تزال متصلة بالسنترومير. يتم الوصول إلى نهاية الطور في شظايا الغلاف النووي.
في مرحلة ما قبل الطور، يتفكك الغمد النووي وتخترق ألياف المغزل لجهاز المغزل من كلا القطبين إلى مركز الخلية. يمكن الآن تحريك الكروموسومات ومحاذاة وتنظيمها باستخدام الأنابيب الدقيقة الملتصقة.
في الطور الاستباقي، يتم محاذاة الكروموسومات الطورية شديدة التكثيف بواسطة الأنابيب الدقيقة مثل ألياف المغزل بين أقطاب المغزل في منتصف الخلية. يكتمل الطور الاستبدادي عندما تصل جميع أزواج الكروموسومات إلى هذه اللوحة الطورية، وتصطف الكروموسومات، وتتصل الحركات الحركية بالأنابيب الدقيقة في كلا القطبين.
في الطور الصاعد، تنفصل الكروماتيدات الصبغية وتنفصل على طول ألياف المغزل، السنترومير أولاً، في اتجاهين متعاكسين نحو أقطاب المغزل. بهذه الطريقة، يتم جمع مجموعة كاملة من الكروموسومات أو الكروموسومات الابنة في كل قطب. هذا يخلق الأساس لنواة الطفل. تعتبر المرحلة الصاعدة مكتملة عندما لا تتحرك كروموسومات نواة الابنتين المستقبليين.
المرحلة الأخيرة من الانقسام تسمى الطور النهائي. اتبع مرحلة الصعود السابقة بدون إرسال. تتفكك ألياف kinetochore، ويعاد بناء الغلاف النووي، وتختفي الكروموسومات. بمجرد اكتمال التفكيك، يمكن قراءة الجينات مرة أخرى وستعود النواة إلى العمل.
في معظم الحالات، يتبع الطور النهائي حركة خلوية، حيث يمكن تخصيص نوى الابنة لخليتين ابنتيتين. ومع ذلك، فإن هذا الانقسام الخلوي ليس جزءًا من الانقسام.
الطور الأول
تكاثف الكروموسوم
أثناء الطور البيني، يكون الشريط المزدوج المستمر للحمض النووي الكروموسومي محاطًا بشكل فضفاض ببروتينات التغليف في العديد من المواقع، وبالتالي يمكن الوصول إليها. في بداية الطور الأولي، تتكثف خيوط الكروماتين التي تشكل الكروموسوم وتتقلص بشكل متزايد من خلال ضم المكثفات عبر طيات وملفات متعددة في حلقات وملفات ومزدوجات.
نظرًا لبنيتها الحلزونية العالية، تتشكل الهياكل المرئية أو الحلقات النووية أو الكروماتيدات للكروموسوم. تمثل هذه الهياكل الجديدة شكلاً أكثر إحكاما من خيوط الكروماتين المناسبة للنقل. علاوة على ذلك، في هذه الحالة، لا يمكن الوصول إلى قسم الحمض النووي للجين وبالتالي لا يمكن التعبير عنه. لهذا السبب تختفي النواة.
تشكيل ألياف المغزل
في الخلايا الحيوانية، يتشكل مريكزان (لكل منهما زوج من المريكزات) عن طريق الازدواجية أثناء الطور البيني. الآن يهاجرون إلى جوانب متقابلة من النواة وبالتالي يشكلون أقطاب المغزل. تنظم Centrosomes بنية جهاز المغزل الدقيق. في البداية، تتشكل ألياف المغزل من الجسيم المركزي على شكل نجمة، والذي يُسمى أيضًا الأنابيب الدقيقة النجمية أو النجمية.
لا تستخدم الخلايا النباتية المريكزات أو المريكزات ؛ بدلاً من ذلك، تتولى الهياكل الأخرى مهمة تنظيم الأنابيب الدقيقة كعناصر من جهاز المغزل.
بروميثفايز
في الخلايا الحيوانية، تبدأ المرحلة الأولية بانحطاط الغلاف النووي. يتم دفع الجسيمات المركزية نحو أقطاب متقابلة وتمتد ألياف المغزل. المغزل الانقسامي الذي ينمو في كلا القطبين يخترق البلازما النووية، مع وصلات متصلة بين القطبين، تسمى الأنابيب الدقيقة القطبية. تلتصق ألياف المغزل بمركز الكروموسومات، وتشكل الكينيتوكوريات. هذه تسمح بحركة ومحاذاة الكروموسوم والفصل اللاحق للكروماتيدات في منطقة السنترومير.
الطورية
Prophase هي المرحلة الثالثة من الانقسام إذا اعتبرت الطور الأول مرحلة منفصلة.
ينظم جهاز المغزل الكروموسومات في منتصف الخلية، تقريبًا نفس المسافة من أقطاب المغزل. لذلك، توجد الكروموسومات بجوار بعضها البعض في الموضع الأولي الذي يمكن أن تنفصل فيه الكروماتيدات الشقيقة عن بعضها البعض.
يسمى هذا الترتيب أيضًا لوحة الطور. تُستخدم الصور المجهرية من هذه المرحلة للتعرف بصريًا على الكروموسومات الفردية من مجموعة الكروموسومات من أجل تحديد النمط النووي.
تقع نقطة التفتيش الانقسامية أيضًا في هذه المرحلة: فقط بعد أن تتحد الأنابيب الدقيقة في كلا قطبي المغزل يمكن تحرير الرابطة بين الكروماتيدات.
ل
تنفصل الكروموسومات وتتحرك في اتجاهات مختلفة. وبالتالي، فإن الكروماتيدات الشقيقة تصبح كروموسومات ابنة (أحادية اللون)، والتي تنتقل على طول ألياف المغزل إلى القطبين المعاكسين للخلية. في هذه العملية، يتم تقصير ألياف kinetochore. وفي الوقت نفسه، يمكن أن تتمدد الأنابيب الدقيقة في ألياف العمود الفقري، مما يؤدي إلى ابتعاد القطبين عن بعضهما البعض.
يمكن التمييز بين تحريك الكروموسومات، مثل الطور الأول، والابتعاد عن ألياف المغزل، مثل الطور الثاني.
Telophase
عندما تصل كروموسومات الابنة أخيرًا إلى أقطاب المغزل، تتفكك ألياف kinetochore التي تم تقصيرها كثيرًا. في البداية، يمكن للألياف القطبية أن تستطيل أكثر حتى تصل القطبين إلى أقصى مسافة بينهما، وعند هذه النقطة يذوب جهاز المغزل. يتكون الغلاف النووي لنواة الابنة الآن إلى حد كبير من أجزاء من الغشاء النووي القديم. تتكثف الكروموسومات مرة أخرى. تظهر النوى أيضًا في كل نواة فردية.
يظهر
في معظم الحالات، تنقسم الخلية بعد اكتمال تكوين النواة. في الخلايا الحيوانية، تعمل حلقة مقلصة من ألياف الأكتين على شفاء السيتوبلازم، وتقسيم الخلية إلى خليتين ابنتيتين.
سؤال: أي من العمليات التالية يؤدي إلى انقسام الخلية في خليتين متطابقتين؟
الجواب: متساوي البعد