Mitoza vs. Meioza: Jak komórki człowieka dzielą się w celu wzrostu i rozmnażania

Każda komórka w ludzkim ciele ma źródło w jednej zapłodnionej komórce jajowej, a instrukcje dotyczące zamiany jednej komórki na biliardy opierają się na dwóch odrębnych typach podziału: mitoza i meioza. Narodowy Instytut Badań Genomu Człowieka (NHGRI) i Narodowy Instytut Nauk Medycznych Ogólnych (NIGMS) Narodowych Instytutów Zdrowia USA opisują oba jako dwa podstawowe mechanizmy, które komórki używają do mnożenia się lub tworzenia komórek płciowych potrzebnych do rozmnażania.

Cykl komórkowy: gdzie zachodzi podział

Według słownika genetyki NHGRI, dzieląca się komórka najpierw przechodzi przez interfazę, złożoną z trzech faz: G1, kiedy komórka przygotowuje się do podziału; S, kiedy duplikuje cały zestaw swojego DNA (S oznacza syntezę DNA); i G2, kiedy organizuje i kondensuje nowo skopiowany materiał genetyczny. Sam podział występuje w fazie M, kiedy komórka dzieli swoje dwie kopie DNA na dwie nowe komórki córki.

Mitoza: dokładne kopiowanie komórki

Mitoza wytwarza dwie komórki córki, które są genetycznie identyczne z komórką rodzicielską i ze sobą, stwierdza NHGRI. NIGMS zauważa, że to jest podział odpowiedzialny za zwykły wzrost ciała i wymianę tkanki — na przykład komórki śluzówki żołądka zastępują się co kilka dni, podczas gdy komórki wątroby mogą się odnawiać do roku.

NIGMS wymienia sześć faz mitozy po interfazie: profaza, kiedy chromosomy kondensują się i przyłączają do aparatu wrzeciona; prometafaza, kiedy błona jądrowa rozpada się i wrzeciono w pełni się formuje; metafaza, kiedy chromosomy ustawiają się w centrum komórki; anafaza, kiedy chromatydy siostrzane rozdzielają się i poruszają w stronę przeciwnych biegunów; telofaza, kiedy nowe otoki jądrowe formują się wokół każdego zestawu; i cytokineza, kiedy komórka fizycznie dzieli się na dwie.

Meioza: tworzenie komórek jajowych i spermy

Meioza jest używana wyłącznie do produkcji gamet — komórek jajowych i spermy — i działa inaczej. NHGRI wyjaśnia, że komórka diploidalna, która nosi 46 chromosomów (dwa zestawy po 23), kopuje swoje DNA raz, ale następnie dzieli się dwa razy, dając cztery haploidalne komórki córki, każda z 23 chromosomami. Kiedy komórka spermy i komórka jajowa łączą się w zapłodnieniu, ich połączone 23 chromosomy od każdego rodzica przywracają normalną liczbę diploidalną 46.

Encyklopedia Projektu Embrionu Uniwersytetu Stanu Arizona opisuje meizę jako zachodzącą w dwóch fazach. Meioza I jest podziałem redukcyjnym, podzielonym na profazę I, metafazę I, anafazę I i telofazę I; podczas profazy I pasujące (homologiczne) chromosomy łączą się w pary i wymieniają segmenty DNA w procesie zwanym crossing over, który NIGMS mówi, że zwiększa różnorodność genetyczną. Meioza II następnie przypomina mitozę, oddzielając chromatydy siostrzane, aby zakończyć tworzenie czterech haploidalnych komórek z jednej oryginalnej komórki diploidalnej.

Zgodnie z Encyklopedią Projektu Embrionu, rozwój komórek jajowych i spermy znacznie różni się w czasie. Spermatogeneza zaczyna się w okresie dojrzewania i stale produkuje cztery opłacalne spermy z każdej komórki początkowej. Oogeneza, natomiast, zaczyna się przed urodzeniem, ale zatrzymuje się w określonym punkcie w profazie I do okresu dojrzewania; gdy podział wznawia się, komórka dzieli się nierównomiernie, wytwarzając jedno duże, bogate w składniki odżywcze jajko i małe odrzucone struktury zwane ciałkami polarnymi, więc tylko jeden użyteczny gameta za cykl.

Krótka historia

Encyklopedia Projektu Embrionu przypisuje biologowi Oscarowi Hertwigowi pierwsze opisanie meiozy w połowie lat siedemdziesiątych XIX wieku przy użyciu komórek jeżowca morskiego. Biolog ewolucyjny August Weismann uznał w 1890 roku, że proces zmniejsza liczbę chromosomów o połowę, a genetyk Thomas Hunt Morgan wykazał chromosomalny crossing over w 1911 roku.

Kiedy meioza idzie źle

Błędy podczas meiozy mogą mieć konsekwencje medyczne. Eunice Kennedy Shriver Narodowy Instytut Zdrowia Dziecka i Rozwoju Człowieka (NICHD) USA stwierdza, że zespół Downa wynika z losowego błędu podziału komórki zwanego niedisjunkcją, w którym para chromosomów nie oddziela się prawidłowo — obie kopie trafiają w jedną wynikową komórkę i żadna w drugą. Najczęstsza forma, pełna trisomia 21, występuje, gdy każda komórka nosi trzy kopie chromosomu 21 zamiast dwóch.

NICHD informuje, że w większości przypadków trisomii 21 dodatkowy chromosom pochodzi z jaja matki, a mniej niż 5% pochodzi ze spermy ojca. Oddzielna forma, mozaiczna trisomia 21, stanowi również mniej niż 5% przypadków i występuje, gdy tylko niektóre komórki osoby noszą dodatkowy chromosom. NICHD wyraźnie stwierdza, że żadne zachowanie rodziców ani czynnik środowiskowy nie jest znany jako przyczyna zespołu Downa i że stan powstaje losowo podczas tworzenia jaj lub spermy.