Bunkový cyklus predstavuje základné obdobie života každej eukaryotickej bunky, od jej samotného vzniku delením až po moment, kedy sa sama opätovne rozdelí. Tento cyklus však nie je len o rastových a reprodukčných fázach. Život bunky je oveľa komplexnejší a je ovplyvňovaný rôznymi faktormi, ako sú extracelulárne signály a vnútorný fyziologický stav. V dôsledku týchto vplyvov bunka prechádza rôznymi procesmi. Okrem bunkového cyklu, ktorý zahŕňa aktívnu prípravu a samotné rozdelenie na dve dcérske bunky, existuje aj stav nazývaný kviescencia, čiže pokojové štádium (G0-fáza). Tento stav je reverzibilný, čo znamená, že bunka sa môže po čase opäť vrátiť do aktívneho cyklu. Dôležitými procesmi sú tiež diferenciácia, kde bunky nadobúdajú špecializované tvary a funkcie pre tvorbu tkanív a pletív, a senescencia, stav terminálnej diferenciácie, z ktorého sa bunka už do bunkového cyklu nevráti. Nemenej podstatná je aj apoptóza, programovaná bunková smrť.
Súčasné pomenovanie fáz bunkového cyklu zaviedli v roku 1953 rádiobiológovia Alma Howard a Stephen Pelc. Interfáza je najdlhšia fáza bunkového cyklu. Bunka v nej intenzívne rastie, plní svoje bežné metabolické funkcie a fyziologicky sa chystá na delenie. Tento proces začína bezprostredne po vzniku novej bunky. Počas interfázy bunka intenzívne rastie, syntetizuje RNA a bielkoviny a dopĺňa si bunkové organely. Prebieha tu tvorba zásoby nukleotidov a enzýmov, ktoré sú nevyhnutné pre neskoršie zdvojenie DNA. Na konci G1-fázy sa nachádza hlavný kontrolný uzol. Ak bunka opustí aktívny cyklus, vstupuje do G0-fázy, ktorá sa označuje aj ako pracovné obdobie. Bunka v tomto štádiu žije, plní svoje špecifické funkcie v organizme, morfologicky sa diferencuje, ale nedelí sa. V mnohobunkových organizmoch sa v tejto fáze nachádza drvivá väčšina buniek, ako napríklad neuróny alebo svalové bunky.
Ak bunka úspešne prejde hlavným kontrolným uzlom, vstupuje do energeticky mimoriadne náročnej S-fázy. V tejto fáze prebieha replikácia, čiže syntéza DNA, ktorej výsledkom je presné zdvojnásobenie genetického materiálu. Každý chromozóm je na konci S-fázy tvorený dvomi identickými sesterskými chromatídami, ktoré sú fyzicky spojené v mieste centroméry. Bunka je v tomto momente fyziologicky tetraploidná (2x2n = 4n). Nasleduje G2 fáza, ktorá predstavuje záverečnú časť interfázy, v ktorej sa bunka finálne chystá na delenie. Podobne ako v G1-fáze, aj tu pokračujú syntetické procesy - najvýraznejšie sa syntetizuje RNA a bielkoviny, ako je tubulín, nevyhnutný pre stavbu deliaceho vretienka. Zároveň prebieha delenie semiautonómnych organel, ako sú mitochondrií a plastidy, čomu predchádza replikácia ich vlastnej mimojadrovej DNA.
M-fáza: Delenie Bunky
Z časového hľadiska predstavuje samotné delenie bunky zhruba 10 % celkového trvania bunkového cyklu. Táto fáza, označovaná ako M-fáza, sa skladá z dvoch logicky a fyziologicky odlišných procesov, ktoré na seba úzko nadväzujú: delenie jadra (karyokinéza) a delenie samotnej bunky (cytokinéza).
V bežnej reči sa pojmom mitóza často zjednodušene označuje celé delenie bunky. Z hľadiska presnej terminológie však mitóza pomenúva výlučne delenie jadra a genetického materiálu. Cieľom karyokinézy je prísne rovnomerné rozdelenie zdvojeného genetického materiálu z materského jadra do dvoch budúcich dcérskych jadier. Existujú dva základné typy delenia jadra: mitóza aЯкщо sa pozrieme na procesy, ktoré predchádzajú samotnému deleniu bunky, zistíme, že sú to zložité syntetické procesy. V S-fáze dochádza k znásobeniu genetického materiálu bunky, teda DNA, a hmoty celého chromozómu na dvojnásobok. Každý jednochromatidový chromozóm sa zdvojuje na dvojchromatidový, spojený v mieste centroméry. Súčasne sa syntetizujú aj bielkoviny deliaceho vretienka. V tomto štádiu majú chromozómy nitovitý tvar - sú dešpiralizované a pod mikroskopom nerozlíšiteľné.
Základné fázy mitotického delenia sú profáza, metafáza, anafáza a telofáza.
- Profáza: V tejto prvej fáze mitózy sa chromozómy skracujú, hrubnú a špiralizujú sa, čím sa stávajú viditeľnými. Rozpúšťa sa jadrová membrána, zaniká jadierko a objavuje sa deliace vretienko.
- Metafáza: Vrcholí špiralizácia chromozómov, sú najlepšie pozorovateľné. Dvojchromatidové chromozómy zoradené do centrálnej roviny sa postupne pozdĺžne rozdelia na dve dcérske chromatidy spojené centromérou, na ktorú sa upínajú mikrotubuly deliaceho vretienka. Dôležitým procesom v tejto fáze mitózy je pozdĺžne rozdelenie chromozómov.
- Anafáza: Charakterizovaná je vzďaľovaním sesterských chromatíd k protiľahlým pólom bunky. Toto oddeľovanie je zabezpečené skracovaním mikrotubúl deliaceho vretienka a úplným rozdelením centroméry na dve časti. Týmto procesom je zabezpečené rovnomerné rozdelenie genetickej informácie medzi budúce dcérske bunky. Vzniknutý dcérsky chromozóm je jednochromatidový až do novej S-fázy.
- Telofáza: Zavŕšenie delenia jadra (karyokinézy). Chromozómy sa zoskupia okolo pólov deliaceho vretienka. Dochádza k dešpiralizácii chromozómov, rekonštrukcii jadierka a jadrovej membrány. Tým vznikajú dve dcérske jadrá. Zaniká deliace vretienko a vytvorí sa okolo dcérskych chromozómov nová jadrová membrána.
Po karyokinéze nasleduje cytokinéza - rozdelenie materskej bunky na dve samostatné dcérske bunky s tým istým počtom chromozómov, ako mala materská bunka. Ak bola pôvodná bunka diploidná, budú aj dcérske diploidné; ak bola haploidná, budú dcérske haploidné.
Amitóza: Priame Delenie Bunky
Amitóza, na rozdiel od mitózy, predstavuje priame delenie bunky. Pri tomto procese sa genetická informácia neskladá do zbalených chromozómov, jadrová membrána sa nerozpadá a nevzniká ani deliace vretienko. Amitóza je pomerne málo preskúmaný spôsob delenia buniek. Pri tomto procese sa jadro jednoducho predĺži na dĺžku takmer celej bunky a následne je priškrtením rozdelené na dve jadrá, tesne pred rozdelením samotnej bunky. Rozdelením jadra sa jeho obsah náhodne rozdelí na dve časti.
Amitóza je najlepšie preskúmaná na nálevníkoch, kde tieto jednobunkové prvoky obsahujú dve jadrá: menšie jadro je diploidné (obsahuje dve sady chromozómov) a pri nepohlavnom delení buniek sa delí mitózou a slúži len na uchovanie genetickej informácie. Prítomnosť amitózy v bunkách vyšších organizmov je zatiaľ skôr kontroverzná, pretože bola pozorovaná predovšetkým nepriamo alebo v bunkových kultúrach. Ukazuje sa, že amitóza môže hrať rolu napríklad v tvorbe zárodočných buniek v črevách vínnych mušiek a vo výživových bunkách embrya myší.
Je dôležité poznamenať, že pri amitóze nie je zaručené rovnomerné rozdelenie genetického materiálu. Toto je zásadný rozdiel oproti mitóze, kde je toto rovnomerné rozdelenie kľúčové. Sú známe prípady, kedy dochádza iba k rozdeleniu jadra, ale samotná bunka sa nerozdelí. Takýmto spôsobom vznikajú dvoj- a viacjadrové bunky, typické napríklad pre nižšie (mikroskopické huby).
Rozdiely a Využitie Delenia Buniek
Zatiaľ čo mitóza je základným spôsobom reprodukcie jadra somatických buniek a zabezpečuje rast a obnovu organizmov, meióza je špecifický typ redukčného delenia jadra, ktorý prebieha výlučne pri dozrievaní pohlavných buniek (gamét). Pri meióze vznikajú z jednej bunky až štyri bunky, ktoré majú polovičný počet chromozómov ako materská bunka. Napríklad z diploidnej bunky (2n) vznikajú bunky haploidné (n). Meiózou vznikajú napríklad gaméty živočíchov alebo výtrusy z rastlinných sporofytov.
Vlastnému deleniu buniek predchádzajú zložité syntetické procesy. V S-fáze sa znásobuje genetický materiál bunky (DNA) a hmota celého chromozómu na dvojnásobok. Každý jednochromatidový chromozóm sa zdvojuje na dvojchromatidový, spojený v mieste centroméry. Zdvojuje sa - replikuje sa - aj v ňom uložená DNA na dvojnásobok. Súčasne sa syntetizujú aj bielkoviny deliaceho vretienka. Chromozómy majú v tomto štádiu nitovitý tvar - sú dešpiralizované, pod mikroskopom nerozlíšiteľné.
Regulácia Bunkového Cyklu
Regulácia bunkového cyklu je zabezpečená komplexnými regulačnými mechanizmami, ktoré riadia priebeh celého cyklu. U mnohobunkových organizmov tieto mechanizmy zabezpečujú zodpovedajúci počet buniek v tkanivách a orgánoch. Existuje látkový - chemický - spôsob regulácie bunkového cyklu. Niektoré chemické látky majú stimulačný účinok, zatiaľ čo iné, ako napríklad cytostatiká, majú inhibičný účinok a spomaľujú alebo zastavujú bunkové delenie. Cytostatiká sa používajú pri liečbe nádorových ochorení. Ďalším známym inhibítorom je kolchicín, ktorý tiež zastavuje bunkové delenie. Niektoré bunky majú zablokovanú schopnosť deliť sa, napríklad bunky vodivých pletív (sitkovice), niektoré bunky mozgu, alebo červené krvinky, ktoré nemajú jadro.
Regulačné pôsobenie chemických látok so stimulačným alebo inhibičným účinkom je účinné najmä v G1 fáze, kde sa nachádza hlavný kontrolný uzol bunkového cyklu. Tento uzol má kľúčovú regulačnú funkciu a za nepriaznivých podmienok zastavuje priebeh celého bunkového cyklu.
Kontrolné body a regulácia bunkového cyklu Animácia
Generačná doba bunky, teda časové trvanie bunkového cyklu, je rozdielna a jej dĺžku podmieňujú vhodné životné podmienky. Ak sa prísun živín zastaví, hlavný kontrolný uzol zablokuje delenie bunky a predĺži trvanie bunkového cyklu po určitú kritickú hranicu. Ak sa prísun živín neobnoví, bunka hynie. Súčasťou bunkového cyklu sú všetky procesy, ktoré sa počas života udejú v bunke. Za normálnych okolností je táto fáza z časového hľadiska najkratšia. Kontrolný proces karyokinézy a cytokinézy nie je totožný, preto sa často stáva, že jadro sa viacnásobne rozdelí, ale bunka len raz, čo vedie k vzniku viacjadrových buniek.
V kontexte porovnania s prokaryotickými bunkami, ktoré sa delia priamym delením (binárna fisia), sa eukaryotické delenie zdá byť oveľa komplexnejšie. Pri prokaryotoch je genetický materiál tvorený jedinou molekulou cirkulárnej DNA, ktorá nie je uzavretá jadrovou membránou. Replikácia organizmu v takýchto prípadoch pozostáva v podstate z duplikácie DNA a následného rozdelenia bunky na dve dcérske. Vzhľadom na to, že dcérske bunky pochádzajú len z jedného jedinca, nie je potrebná žiadna “úprava” genetického materiálu, a preto sa nevytvárajú ani chromozómy ako ich poznáme pri eukaryotoch. Aj keď sa stretávame s pojmom bakteriálny chromozóm, jeho forma je odlišná od klasického eukaryotického chromozómu.
Zatiaľ čo mitóza je primárnym mechanizmom pre rast a obnovu mnohobunkových organizmov a pre nepohlavné rozmnožovanie jednobunkových organizmov, amitóza predstavuje menej bežný a menej preskúmaný spôsob delenia, ktorý sa môže vyskytovať v špecifických situáciách a potenciálne aj v bunkách vyšších organizmov, hoci jeho úloha tam nie je plne objasnená.
tags: #amitoza #moze #byt #eukaryotickej #bunky