Rychlokurz biologie
Rychlokurz biologie (10/18) · 10:24

Mitóza Jak se dělí každá naše buňka? No přece mitózou, při které vznikají dvě identické kopie.

Koukejte na tohle! Skvělý, co? Určitě byste to taky chtěli umět. Mít tak klon, který by za vás uklízel byt, chodil do školy, šel by s vaší mámou na narozeninovou večeři. Jenže nemůžete a to z několika důvodů. Povíme si něco o nich v další epizodě. Víte ale, co se může naklonovat samo? Vaše buňky. Téměř každá z nich. Ve skutečnosti to právě teď dělají. Každý tvor větší než jednobuněčný životně závisí na schopnosti buněk reprodukovat se, protože ta mu umožňuje vyvíjet se, růst, hojit se a udržovat se naživu co možná nejdéle. Právě tohle buněčné dělení se nazýva mitóza a je zodpovědné za množství klíčových funkcí vašeho těla. Pokud se pořežete, vaše tělo musí vytvořit nové buňky - mitózou. Pokud příliš pijete, poškozujete si játra, zničené buňky je třeba nahradit - mitózou. Roste vám v páteři nádor? Naneštěstí, opět, mitóza. Proč se z 3 kg batolete změníte na 30 kg těžké dítě? Není to zvětšováním objemu vašich buněk. Jenom se zvětšuje jejich počet, zas a zas a znovu. Tohle je mitóza. Tento proces je pro život tak důležitý, že se uskuteční v těle za celý život asi 10 kvadriliónukrát. To je deset tisíc miliardkrát. Jako každé dělení, není to jednoduché. Možná to bude tak trochu chaotické. Bude to drama a může to trvat překvapivě dlouhou dobu, ale věřte mi, až to bude za námi, bude nám všem lépe. (hudba) Takže, tvoří vás biliony buněk, stejně jako žirafy a sekvoje, a pamatujte si, že uvnitř každé buňky je jádro, které ukrývá vaše DNA a ta obsahuje všechny instrukce pro stavbu vašeho těla. DNA je rozdělená do chromozomů a jak jsme zmínili před chvílí, buňkám vašeho těla se říká somatické buňky. Máte 46 chromozomů seskupených do 23 páru. V páru je jeden od vaší matky, a druhý je od vašeho otce. Buňkám se všemi 46 chromozomy se říká diploidní buňky, protože každá má dvě sady a právě jimi se dnes budeme zabývat. Existují i haploidní buňky, které mají polovinu ze všech chromozomů, 23. To jsou pohlavní buňky. Vznikají stejně fantastickým procesem, meiózou, o kterém si povíme v další epizodě. Ale zatím si zapamatujte, že díky mitóze se buňka s 46 chromozomy může rozdělit na dvě geneticky identické buňky, každá s 46 chromozomy. To proto, aby život šel dál. Jádro vašich buněk kontroluje vše, co se v nich děje. Obsahuje všechny instrukce nutné k přežití buňky, takže nepotřebujeme kopii celé buňky. Je třeba jen zkopírovat DNA, a zabalit ji do dvou oddělených balíčků, a to pro vznik dvou nových buněk stačí. Mitóza probíhá v řadě oddělených fází. Jsou to profáze, metafáze, anafáze a telofáze. To byste si měli říkat stále dokola, dokud se vám to neusadí v hlavě. Na celém procesu je úžasné to, že přestože známe tyto fáze, ne vždy známe konkrétní pochody těchto mechanismů, díky nimž se to vše děje, a právě o nich se bádá. Věda není jen "všechno, co už víme". Zahrnuje také snahu objevovat nová fakta. Na tuhle nejistotu byste měli myslet, pokud chcete být biologem. Stále existuje množství věcí, které budoucí biologové budou muset vypátrat, a tohle je jedna z nich. Vraťme se k našemu klonu. Po většinu života se buňky flákají v neurčité fázi zvané interfáze, takže vlastně mezi dvěma mitózami, většinou jen rostou, pracují a dělají vše, proč jsou nám užitečné. Během interfáze jsou dlouhé řetezce DNA uvolněné a neuspořádané, jak chumáč prachu a psí srsti nebo bavlny pod vaší postelí. Tento chumáč DNA se jmenuje chromatin jenže jak se proces mitózy rozběhne, v buňce se začne dít mnoho věcí, aby bylo vše připraveno na velké rozdělení. Jedna z nejdůležitějších věcí je, že se tato malá sestava proteinových trubiček vedle jádra, zvaná centrozom, sama duplikuje. V jádru proběhne množství událostí, a všechny budou regulovat tyto centrozomy. DNA se také začíná replikovat, přičemž v buňce vzniknou dvě kopie každého řetězce DNA. Pro osvěžení paměti o replikaci DNA, koukněte na tuhle epizodu a pak se vraťte zpět. Buňka teď vstupuje do první fáze, profáze. Neuspořádaný chromatin se zhušťuje a stáčí, aby vznikly tlusté řetězce DNA ovinuté kolem bílkovin. Toto, přátelé, jsou chromozomy. DNA už nevypadá jako chumáč prachu, spíš jako dredy. Vzniklé duplikáty už neplavou jen tak kolem. Zústavají připojeny k originálu a spolu vypadají jako malá X. Nazývají se chromatidy. Jednu kopii tvoří levé paprsky X a druhou kopii pravé paprsky X. Střed, kde se potkávají, se nazývá centromera. Jak určitě víte, také se jim říká chromozomy. Někdy dvojité chromozomy, dvouřetězcové chromozomy a když se chromatidy oddělí, považují se za dceřiné chromozomy. Během formování chromozomů je třeba zbavit se jaderného obalu, který se kompletně rozpustí. Centrozomy se pak oddělí od jádra a přesouvají se k opačným pólům buňky. Při pohybu za sebou nechávají stopu proteinových vláken zvaných mikrotubuly, které oba cenrozomy spojují. Možná si pamatujete z lekce anatomie živočišné buňky, že mikrotubuly poskytují buňce jakousi vnitřní strukturu, a přesně tohle teď dělají. Další fáze je metafáze, což doslova znamená "následná fáze", a je to nejdelší fáze mitózy. Může trvat až 20 minut. Během metafáze se chromozomy svými středními částmi - centromerami napojí na vlákna mikrotubulů. Chromozomy se pak začnou pohybovat a vypadá to, že díky molekulám zvaným motorové proteiny. Přestože nevíme, jak tyto proteiny pracují, víme, například, že jsou vždy dva na každé straně centromery. Nazývají se proteiny E asociované s centromerou. Tyto motorové proteiny připojené k vláknům mikrotubulů slouží v podstatě k jejich navíjení. Současně pracuje protein dynein, který napíná vlákna z protilehlých stran, od buněčné membrány. Když se za chromozomy tahá z obou stran, seřadí se svisle přesně ve středu buňky, čímž se dostáváme k poslednímu svazku biolo-grafie. (hudba) Proč se chromozomy takhle řadí? Víme, že vliv mají motorové proteiny, ale jak přesně? Co vlastně dělají? Vzpomínáte si, jak jsem řekl, že je spoustu věcí, o kterých toho v mitóze moc nevíme? Je to trochu zvláštní, protože mitózu dokážeme přímo pozorovat pod mikroskopem, ale řazení chromozomů je dobrý příklad malého detailu, který byl vysvětlen teprve nedávno. A to vysvětlování nám trvalo nějakých 130 let. Mitózu poprvé sledoval německý biolog Walther Flemming, který v roce 1878 studoval tkáně mločích žaber a ploutví, při tom pozoroval rozdělení a rozestoupení buněčného jádra a vznik dvou nových buněk. Pojmenoval tento proces mitóza podle řeckého slova pro vlákno, díky chaotickému chumáči chromatinu, a také naznačuje, co v jádře pozoroval. Flemming ale nedocenil důsledky svého objevu pro genetiku, což stále byla mladá disciplína. Během následujícího století generace vědců začala skládat puzzle mitózy, objevili funkci mikrotubulů a motorových proteinů. Poslední objev v tomto výzkumu udělal postgraduální student Tomomi Kiyomitsu na MIT. Sledoval stejný proces jako Flemming, a zjistil, jak minimálně jeden z motorových proteinů pomáhá seřadit chromozomy. Studoval motorový protein dynein, který sedí zevnitř na buněčné membráně. Představte si mikrotubuly jako přetahovací lana, která mají místo praporku uprostřed chromozom. Kiyomitsu zjistil, že dynein se přetahuje sám se sebou. Dynein uchopí jeden konec mikrotubulů a táhne je spolu s chromozomy k jednomu konci buňky. Když konce mikrotubulů dorazí příliš blízko k membráně, vypustí chemický signál, který aktivuje dynein na opačném konci buňky. Ten uchopí druhý konec mikrotubulů a přetahuje je, dokud je nezačne přetahovat dynein z druhé strany. Tak je zajištěno, že se chromozomy seřadí uprostřed, aby se nakonec rozdělily. Tento objev byl publikován v únoru 2012, pár týdnů předtím, než jsem se sem posadil, a 134 let poté, co byla mitóza poprvé pozorována. Pokud chcete posílit řady vědců, kteří se snaží vyřešit zbylé otázky kolem mitózy a dalších aspektů našeho života, možná jednoho dne natočím biolo-grafii právě o vás. Zatím jsme prošli interfázi, kdy se replikují centrozomy a DNA a připravují se na rozdělení. V profázi se formují chromozomy a centrozomy se rozestupují. Při metafázi se chromozomy seřadí uprostřed buňky. Nyní nastal čas od sebe oddělit kopie chromozomů. Motorové proteiny teď silně táhnou za vlákna, takže chromozomy v X se rozdělí na jednotlivé chormozomy. Když se oddělí, jsou přitahovány k opačným koncům buňky. Předpona -ana znamená "zpět", takže si snadno zapamatujete jméno této fáze, anafáze. Po tom všem už zbývá jen využít genetický materiál na výstavbu, protože kopie genetického materiálu obsahují všechno potřebné vybavení. V poslední fázi, telofázi, se nejprve vytvoří všechny nové buněčné struktury. Obnoví se jaderná membrána, vzniknou jádra, a chromozomy se znovu rozvolní do chromatinu Mezi dvěma novými buňkami vznikne zúžení, začátek konečného rozdělení. Říká se mu štěpení. Zbývá už jen se rozejít. Dojde k tomu díky cytokynezi, jsou to v podstatě pohyby buňky, kdy se nová jádra rozchází a oddělují nové buňky. Teď máme dvě nové buňky. každou se všemi 46 chromozomy. Těmto klonům se říká dceřiné buňky původní mateřské buňky, stejně jako dvojčata jsou to své genetické kopie. A také své matky. To vy ovšem nemůžete. I když jste jednovaječné dvojče - přihlašte se, dvojčata, potkáme se v komentářích. Sice jste jako klon vašeho sourozence, ale nejste klon vašich rodičů. Polovina DNA vašich buněk je totiž od vaší matky, a polovina od otce. Abyste věděli, proč je to tak, jak vznikají vajíčka a spermie, musíte znát meiózu. A o té si budeme povídat příští týden v Crash Course.
video