Buňky a buněčné dělení
Přihlásit se
Buňky a buněčné dělení (11/13) · 27:23

Fáze meiózy Co se odehrává v buňce, která se nakonec rozdělí na 4 pohlavní buňky nesoucí pouze polovinu genetické informace?

Už jsme se seznámili se základy mitózy a meiózy. V tomto videu bude dobré zajít do větších detailů. Video o mitóze jsem už udělal a toto se bude zabývat meiózou. Jen pro zopakování, u mitózy máte na začátku diploidní buňku skončíte se dvěma diploidními buňkami. V podstatě se buňka duplikuje. A formálně je mitóza proces duplikace jádra, ale obvykle končí dvěma celými buňkami. Probíhá cytokineze. Tak to je mitóza. Ve videu o mitóze jsme probírali její fáze: profázi, metafázi, anafázi a telofázi. Mitóza. Mitóza probíhá ve většině našich tělních buněk. Když se replikují se buňky kožní, vlasové a všechny tkáně v těle. Všechny tyto duplikace probíhají mitózou. Meióza probíhá v zárodečných buňkách a vlastně vytváří gamety, které umožňují pohlavní rozmnožování. Takže nejdříve mám diploidní buňku - tuto buňku tady - bude to zárodečná buňka. Není to jen tak jakákoli buňka v těle. Je to zárodečná buňka. Může projít mitózou, aby vzniklo více zárodečných buněk, ale my se budeme bavit o vzniku gamet. Proběhne vlastně ve dvou kolech. Jsou propojená, nazývají se meióza, první z nich nazveme třeba meióza 1, označím ji M1. Netýká se to ovšem pojmu z ekonomiky. V prvním kole meiózy se tato diploidní buňka vlastně rozštěpí na dvě haploidní buňky. Takže začneme s 46 (pozn. překl.; řekl 43, ale správný počet u lidí je 46) chromosomy, vlastně tedy máme 23 chromozomů v každé, nebo to můžete vidět tak, že je 23 párů, každý má dva chromozomy, a tyto páry se rozdělí právě v této fázi. A pak během meiózy 2 se tyto buňky rozdělí podobným mechanismem jako je mitóza. To uvidíme, až probereme všechny fáze. Vlastně profáze, metafáze, anafáze a telofáze se také vyskytují v obou fázích meiózy. Ještě nakreslím konečný produkt. Výsledkem je, že máme čtyři buňky a každá z nich je haploidní. Při tomto procesu, který zde vidíte se chromozomy rozdělí, protože skončíte s polovinou v každé buňce. Ale tady začnete s N a skončíte se dvěma chromozomy a oba mají N, takže je to podobné tomuto. Zachováte počet chromozomů. Pojďme se ponořit do detailů toho, jak se to stane. Všechny buňky tráví většinu času v interfázi. Interfáze je jen čas, kdy buňka žije a transkribuje a prostě si dělá, co potřebuje. Ale stejně jako v mitóze, stane se během interfáze jedna klíčová věc a to ve stejnou dobu, během S fáze. Tady mám buňku, a tady jádro. A nakreslím ho jako chromozomy, ale musíte si pamatovat, že pokud přímo neprobíhá mitóza či meióza, chromozomy jsou rozmotané a tvoří chromatin, o kterém jsme již mluvili. Je to rozvinutá forma DNA. Ale já je nakreslím svinuté, protože potřebuji ukázat, že se replikují. Tady musím být opatrný. Ve videu o mitóze jsem měl jen 2 chromozomy. Replikovaly se a potom se rozdělily. Když jsme u meiózy, musíme si dát pozor na homologní páry. Řekněme tedy, že máme 2 homologní páry. Řekněme, že máme - vezmu si lepší barvu - tak tohle je jeden od otce. Toto je jeden od matky. Jsou homologní. A mám ještě jeden, který jsem dostal od otce. Ten nakreslím modře. Možná bych měl všechny od otce nakreslit touto barvou. Možná je trochu delší. Pro názornost. A pak homologní chromozom od matky, který je také trochu delší. Teď, během S fáze interfáze - a to je stejné jako u mitózy - takže můžete říct, že se to vždy stane během interfáze. Neděje se to ani při mitóze ani meióze. Probíhá replikace DNA. Každý z těchto homologních párů - a pamatujte, že homologní pár neznamená, že tyto chromozomy jsou identické, ale že kódují stejné geny, mohou mít různé verze různých alel pro gen nebo pro určitý znak, ale kódují v zásadě stejný druh vlastností. Ale zpět k replikaci. Každý chromozom z páru se replikuje. Ten od otce se takhle zreplikuje a kopie se připojí centromerou. Chromozom od matky se replikuje takhle a tady se připojí na centromeru. Druhý pár se replikuje stejně. To je ten kratší. Oh, vlastně delší. Je to ten delší. Měl bych lépe znázornit který je kratší a který delší. Ten od matky udělá to samé. To je tedy S fáze interfáze. Ještě jsme ani nevstoupili do opravdového buněčného dělení. To samé platí i - a to je trochu mimo - pro centrozomy. Viděli jsme ve videu o mitóze, že jsou třeba při vytváření mikrotubulů a rozestupování chromozomů. Ale máme jeden centrozom - který je právě tady - a který se replikuje, takže pak máme dva centrozomy. Toto všechno se děje během interfáze, obzvláště během S-fáze interfáze, v nerůstové části. Ale jakmile se to jednou stane, jsme připraveni na mitózu nebo meiózu. My se budeme nyní věnovat meióze. Toto je zárodečná buňka. Teď vstupujme do profáze 1. Pokud si pamatujete - raději to napíšu, protože to je důležité. V mitóze máme: profázi, metafázi, anafázi a telofázi. Nebudu to psát celé. PMAT V meióze proběhne opět každá z těchto fází, nastane tedy profáze 1, následuje metafáze 1, anafáze 1 a po ní telofáze 1. Skončí meióza 1 a začne probíhat znovu. Máme profázi 2, následuje metafáze 2, anafáze 2 a telofáze 2. Takže pokud se chcete pouze naučit názvy, což bohužel v tomto případě musíte, zvlášť pokud z toho budete zkoušení, i když to nejdůležitější pro pochopení tohoto procesu. Prostě si zapamatujte: profáze, metafáze anafáze, telofáze. Tím popíšete oba procesy. V meióze se jen vše děje dvakrát. A to, co se děje, je trochu rozdílné, a právě na to se teď chci zaměřit. Tak pojďme na profázi 1 v meióze 1. Řekněme, že toto je profáze 1. Tak, co se teď stane? Stejně jako v profázi u mitózy se začne dít spousta věcí. Začíná se rozpouštět jaderná membrána. Centromery - promiňte, ne centromery. Teď se v tom motám. Centrozomy. Centromery máme tady, spojují sesterské chromatidy. Centrozomy začnou vytvářet dělící vřeténka. Rozestoupí se, vytvoří dělící vřeténka. Začnou se rozestupovat a přesouvají se na opačné strany chromozomů. A to je vážně důležitá věc u profáze 1. Ještě zmíním jednu věc. Vzpomeňte si na interfázi, přestože to nakreslím takto, chromozomy nejsou v tomto stavu. Spíše se vyskytují v chromatinovém stavu. Ve skutečnosti by to vypadalo takhle. Chromozomy by byly všude kolem a bylo by vlastně obtížné je pozorovat pod mikroskopem. Byla by to velká změť proteinů a histonů, což jsou také proteiny, a samotné DNA. Takhle nějak vypadá chromatin. Během profáze se všechno formuje do chromozomů. Začíná být patrná struktura, je to v podstatě stejné, jako v profázi u mitózy. Je na tom zajímavé, že se homologní páry řadí vedle sebe. Vlastně už to tu mám, tak to můžu vystřihnout a vložit. Udělám to tak. Jen to vystřihnu a vložím. Ale jádro už máme rozpuštěné, tak se ho musím zbavit. Už jsem to říkal. Jádro se pomalu rozkládá. Během profáze 1 se proteiny rozpadají. Nebudu kreslit celou buňku, protože zásadní je, co se děje v jádře, nebo v bývalém jádře. Od mitózy se to liší v tom, že se homologní páry řadí vedle sebe. A nejen, že se řadí, ony se mohou dokonce pomíchat - genetické informace se mohou kombinovat. Existují určité body, kde se mohou analogické - nebo můžete říci homologní - body na dvou chromozomech spolu překřížit. Nakreslím to v detailu. Zaměřím se na tyto dva tady. Mám tedy jeden chromozom od otce a ten je tvořen dvěma chromatidami, takže ty už jsou replikovány. Považujte to však za jeden chromozom. Ještě mám jeden od matky, bude zelený. Zakreslím to tak. Ten od matky je zelený a má také dvě chromatidy. Někdy se toto nazývá tetráda, protože to má čtyři chromatidy, ale existují v páru homologních chromozomů. Toto jsou, samozřejmě, centromery. Nastane crossing-over, což je nečekaně velmi organizovaný proces. Je organizovaný tak, že k překřížení dojede v homologním bodě. Kříží se v takovém místě, že většinou dojde k výměně stejných genů. Není to tak, že jeden dostane dvě verze genu a druhý dostane dvě verze jiného genu. Výměna proběhne tak, že oba chromozomy stále kódují různé geny, ale mají různé verze těchto genů, nebo různé alely, což jsou vlastně verze genů. Když toto proběhne, tak chromozom od otce není kompletně od otce, takže vypadá asi takto. Řekněme, že vypadá takhle. Ten od otce má teď ten malý kousek od matky. A ten od matky - ne, ne chromozom od matky je zelený - malý kousek od matky, a ten od matky má malý kousek od otce. A to je vážně ohromující, protože tady vidíte, že je to tak výhodné pro vznik variací v populaci, že se to stalo formální součástí meiózy. dochází k tomu velmi často. Nejedná se tedy o nějakou šťastnou náhodu, ale o organizovaný proces. Děje se to v bodě, kde není možný vznik chybových genů. Představte si, toto zkřížení, které se nazývá chiasma, mohlo vzniknout uprostřed genu a mohlo by vytvořit náhodný šum a v budoucnu narušit vznik některých proteinů, nebo kdo ví co ještě. Ale tak se to neděje. Děje se to vskutku organizovaně, což znamená, že se jedná o součást procesu. Toto se odehrává i v profázi 1. Takže jakmile k tomu, tato chromatida dostane kousek té zelené chromatidy a pak tato dostane kousek modré chromatidy. Toto všechno se tedy odehrává v profázi 1. Probíhá crossing over. Jaderná membrána se začíná rozpadat, chromozomy se začínají srovnávat a chromatin začne vytvářet těsně vinuté struktury chromozomů. Když mluvíme o mitóze, tak toto je místo, kde se odehrává většina akce. Když toto proběhne, můžeme vstoupit do metafáze 1. V metafázi 1 - dovolte abych jen zkopíroval a vložil to, co již mám hotové - jaderná membrána již neexistuje. Centrozomy jsou na opačný stranách naší buňky. Možná bych měl nyní raději nakreslit celou buňku, která tedy nemá jádro. Takže jádro vymažu o něco lépe než jsem to udělal předtím. Vymažu ho celé. A samozřejmě zde jsou vlákna vřetének, která se nyní vytvářejí s pomocí centrozomů. Stejně tak se vřeténka vytvářejí během mitózy - což jsme se již učili. Připojí se ke kinetochorům, jež se nacházejí v oblasti centromery chromozomů. Nyní se zde odehrává něco zajímavého - takže tento se připojuje sem - raději začněme znovu. Chci vám ukázat, že všechny chromozomy od otce nejdou na jednu stranu a všechny od matky nejdou na opačnou. Takže zkusím ty chromozomy nakreslit přetočeně. Takže je přetočím na opačnou stranu. To, na jakou stranu se přetočí, je zcela nahodilé, což přispívá k variacím. Jak již bylo řečeno, pohlavní rozmnožování je klíčové k vnesení variací do populace. Takže tento je od matky a tento od otce. Všechny od otce by mohly skončit na jedné straně a všechny od matky na té opačné. I když mluvíme tu o 23 párech, takže pravděpodobnost se poměrně dost snižuje. Takže tento je od mého otce. Samozřejmě má nějaké centromery. Dovolte mi to tam nakreslit. A tak se některá tato mikrovřeténka připojí ke kinetochorám, což jsou tyto proteinové struktury na centromerách. A tohle je zrovna jako metafáze. Je to hodně podobné metafázi v mitóze. Říká se tomu metafáze 1 a vše se uspořádává. Teď vstoupíme do anafáze 1. Anafáze 1 je zajímavá, protože pamatujte, že v mitóze se v anafázi chromatidy, sesterské chromatidy, od sebe oddělí. Při meióze k tomu v anafázi 1 nedochází. Takže když vstoupíte do anafáze 1, jen homologní páry se rozdělí, takže chromatidy zůstávají se sesterskými chromatidami. Takže na této straně, tyto půjdou sem. Když už mám tu zelenou, zkusím to namalovat úctyhodně. Mám fialovou ... Je to taková trochu kratší verze. Má tu takový malý zelený útržek. Tenhle má malý fialový ústřižek. A pak tu mají tenhle delší fialový chromozom. Tohle je anafáze 1. Jsou od sebe odtahováni, ale táhnuti od sebe ... -- homologní pár je odtahován od sebe, ne vlastní chromozomy, ne chromatidy. Jen to namaluji. Tady máte mikrotubuly. Některé jsou připojeni k těmto kinetochorám. Máte centromery. Pochopitelně se tohle všechno děje v buňce a zatímco se tito od sebe odtahují. Takže je to stejné jako anafáze mitózy, ale hlavní rozdíl je v tom, že se oddělují homologní páry. Takže vlastně neoddělujete chromozomy do jejich původních chromatid. To je zásadní. A když zapomenete tohle, můžete se znovu podívat na video o mitóze. Takže tohle je anafáze 1. A potom, jak si dovedete představit, telofáze 1 nastává tehdy, když tihle jsou na opačných koncích buňky-- Začíná být únavné to všechno kreslit, ale alespoň máte čas si to zapamatovat. Takže tihle jsou teď nalevo a tamti jsou teď na pravé straně buňky. A teď se začnou rozpadat mikrotubuly. Takže tam možná trochu jsou, ale rozpadají se. Pořád ještě máte centromery tady a jsou na opačných koncích. A do jisté míry, v časné části telofáze od sebe buňky ještě odtahují, a ve stejný moment se děje cytokineze. Takže na konci telofáze 1 se vlastní cytoplazma dělí během telofáze - takhle - a tvoří se jaderná membrána. Můžete se na to dívat i jako na opak profáze. Formuje se jaderná membrána a ke konci telofáze 1 je to kompletně rozděleno. To je telofáze 1. A teď si uvědomte, že jsme začali s diploidní buňkou. Měla dva páry homologních chromozomů, ale měla čtyři chromozomy. Teď má každá buňka jen dva chromozomy. V podstatě má každá z buněk jeden chromozom z původního souhlasného páru, ale jsou náhodně promíchané, a tak vzniká různorodost. V tomto stádiu obě vzniklé buňky postoupí do meiózy 2, která je vlastně velmi podobná mitóze Někdy proběhne mezistádium, které se nazývá interfáze 2, kdy buňka odpočívá. A centromery se musí znovu duplikovat Takže máme tyhle dvě buňky - namaloval jsem je zvlášť- Podíváme se, co se bude dít dál. Řekněme, že -neměl jsem malovat ty centromery tak uvnitř jádra. Centromery budou mimo jádro. Budou mimo nové jádro. Tady a tam. A teď se taky vlastně se zreplikují Takže teď máme dvě buňky. Jen zde okopíruji, co už jsem nakreslil. Mám tedy tenhle chromozóm Má ten zelený kousek. Pak mám delší zelený chromozóm. Teď tenhle, co má zase malý fialový kousek... Nejdřív nakreslím ten fialový tady. A tenhle má jednu chromatidu takhle druhou má zase takhle. A teď, když vstoupíme do profáze 2, co si myslíte, že se stane? Stejně jako předtím, máte jadernou membránu, která se vytvořila v telofázi 1. Je v podstatě jenom dočasná. Začne se zase rozpadat. Začne se zase rozpadat. A potom máte dvě centromery (pozn. správně dva centrozomy), které začnou pohybovat od sebe. Teď máme dva centrozomy. Replikovaly se. A teď začnou putovat od sebe, zatímco vytvářejí své vřeténko. Putují k opačným pólům buňky. Toto se samozřejmě děje v obou buňkách. Jdou směrem od sebe, zatímco vytvářejí své vřeténko. Pro ujasnění, mluvíme o dvou buňkách. Jedna, a druhá Teď vstupujeme do metafáze 2. Která odpovídá metafázi 1, nebo metafázi v mitóze, kde se chromozomy seřazují. Jen to nakreslím. Centrozomy se teď přesunuly do opačných pólů buňky. Toto jsou naše centrozomy. Máme tu i celé dělící vřeténko. Řekl jsem centromery? Myslel jsem centrozomy. ...centrozomy. Nevím, jako dlouho jsem říkal centromery. Jsou to centrozomy, pořád si to pletu. Centromery. Tohle vám možná pomůže... Centromery spojují sesterské chromatidy. To jsou centromery. Centrozomy jsou ty, ke kterým jsou odtahovány... které vytvářejí dělivé vřeténko. Chromozomy se seřadí během metafáze. V metafázi se chromozomy vždy seřazují. Takže tenhle, tento má taky jeden fialový. Dlouhý fialový chromozom. A malý fialový kousek. Tady máme dlouhý zelený, tento má jeden zelený kousek... a tady máme krátky zelený chromozom. Byly samozřejmě seřazeny a spojeny s dělivým vřeténkem v místě centromery, neboli kinetochory, která je v místě centromery, spojující sesterské chromatidy. A samozřejmě už není přítomna jaderná membrána a jedná se dvě oddělené buňky. A teď můžete očekávat, co se stane v anafázi 2. Je to stejné jako v případě mitózy. Tyto chromozomy jsou tlačeny od sebe pomocí mikrotubulů kinetochory, zatímco další mikrotubuly se tvoří a tlačí chromatidy od sebe. Ukážu vám to. Tohle je klíčové: je tu rozdíl mezi anafází 2 a anafází 1. V anafázi 1 byly homologické páry rozděleny, ale samotné chromozomy ne. Ale při anafázi 2 nemáme homologní páry. Máme jen sesterské chromatidy, a ty jsou od sebe odděleny, jako v případě anafáze u mitózy. A teď, tento chromozom je tažen v tomto směru, takže to vypadá nějak takto. Tohle nakreslit je nejtěžší část celého videa. Takže tento je tažen sem. Tenhle je tažen tímto směrem. Má malý zelený kousek. Potom tady máme tento zelený, tažený tímto směrem. A jeden z těch delších je tažen tímto směrem. Všechno je to pomocí těchto mikrotubulů, napojených v místě kinetochory pomocí centrozomu, který udává směr. Všechno je to taženo směrem od sebe. V anafázi jde vždy o tažení chromozómů směrem od sebe nebo tažení čehokoliv jiného. Na této straně buňky se to děje také. Toto je samozřejmě jedna buňka. Stejně jako mitózy, jakmile jsou sesterské chromatidy rozděleny, jsou nadále označovány jako chromozomy, nebo sesterské chromozomy. Děje se to samozřejmě dvakrát. Děje se to i v druhé buňce. Ve druhé buňce to bude jednodušší, nedošlo tam k překřížení. Tak, máte jeden delší fialový, který je rozdělen na dvě chromatidy, které se odteď nazývají chromozomy, nebo sesterské chromozomy. A tento chromozom nahoře je rozdělen na krátký zelený a...takhle... tento krátký zelený s malým fialovým kouskem. A vše je samozřejmě taženo od sebe stejným způsobem pomocí centrozomů. Doufám, že to říkám správně. Bojím se, že po celou první část videa jsem říkal centromery. Ale moje zmatenost vám naštěstí pomůže si uvědomit, že se to plete často. Tak to byla anafáze. Všechno je taženo směrem od sebe. Telofázi 2 si určitě umíte představit. Vlastně ji ani nebudu překreslovat. V telofázi 2 je vše taženo od sebe ještě víc, takže to by byla telofáze 2. Jsou taženy ještě dál. Buňka se prodlužuje. Tady se začne tvořit místo odškrcení. Ve stejné chvíli, co jdou chromozomy od sebe, nastává cytokineze. Mikrotubuly se začínají rozpadat a začne se tvořit jádro. Takže jaký je celkový výsledek? Tady se začne tvořit jádro, kolem fialového chromozomu se zeleným kouskem, a kolem dlouhého zeleného. Má svou jadernou membránu. Samozřejmě je kolem ještě cytoplasma a zbytek buňky. Druhá buňka, která byla něco jako partner té první během mitózy 2, bude mít krátký fialový a dlouhý zelený chromozom. Má jadernou membránu a samozřejmě také cytoplasmu. A na této straně se děje to samé. Tady máme chromozom s dlouhými fialovými chromatidami. Ty se od sebe oddělí. Takže máte jeden dlouhý fialový v této buňce a dlouhý fialový v této. V této vrchní máte krátký zelený a tady dole zelený s malou části od otce - homologní část pocházející z otcovského chromozomu. Tady máme také jaderné membrány a cytoplasmu ve zbytku buňky. Takže tady vidíme, že jsme začínali z diploidní buňky, až daleko nahoře... ...kde jsme začínali? Tady, s diploidní zárodečnou buňkou a prošli jsme dvě části dělení. V první části jsme rozdělili homologické páry, ale začalo to crossing-over, tou genetickou rekombinací, která je klíčovou částí meiózy, protože hodně přispívá do variability druhu, nebo genofondu. Ve druhé části jsme rozdělili sesterské chromatidy, stejně jako u mitózy. A výsledkem jsou čtyři haploidní buňky, protože mají jen poloviční sadu chromozomů, a nazývají se gamety.
video