Diviziunea celulară

Prezintă tipurile de diviziune celulară și semnificația lor biologică.

Ciclul celular și materialul genetic

Orice celulă provine din diviziunea unei celule preexistente. Ciclul celular este succesiunea de evenimente dintre formarea unei celule și propria ei diviziune. Are două perioade:

• Interfaza – perioada dintre două diviziuni; ocupă cea mai mare parte a ciclului și este o perioadă de INTENSĂ activitate, nu de repaus: celula crește, sintetizează proteine și, esențial, își dublează ADN-ul (replicarea). După replicare, fiecare cromozom este format din două cromatide surori identice, unite la nivelul centromerului;
• Diviziunea propriu-zisă – împărțirea materialului genetic și a citoplasmei.

Vocabularul minim, fără de care capitolul nu poate fi punctat:

• cromozom – structură din ADN și proteine, vizibilă în diviziune;
• cromatide surori – cele două copii identice ale unui cromozom replicat;
• cromozomi omologi – perechea de cromozomi cu aceleași gene, unul matern și unul patern;
• celulă diploidă (2n) – cu cromozomii în perechi de omologi (celulele somatice; la om 2n = 46);
• celulă haploidă (n) – cu un singur set de cromozomi (gameții; la om n = 23).

Greșeala frecventă: „interfaza e faza de odihnă”. Fals — replicarea ADN-ului, condiția oricărei diviziuni corecte, are loc EXACT în interfază.

Mitoza — etapele

Mitoza este diviziunea prin care dintr-o celulă-mamă rezultă două celule-fiice identice genetic cu ea și între ele, cu același număr de cromozomi (2n → 2n). Este diviziunea celulelor somatice (ale corpului).

Etapele, în ordinea care se cere la examen:

• Profaza – cromatina se condensează în cromozomi bicromatidici vizibili; membrana nucleară și nucleolul se dezorganizează; se formează fusul de diviziune;
• Metafaza – cromozomii se aliniază cu centromerii în planul ecuatorial al celulei, formând placa metafazică; este momentul în care cromozomii sunt maxim condensați și cel mai ușor de studiat;
• Anafaza – centromerii se despart, iar cromatidele surori migrează, trase de fus, spre polii opuși ai celulei; fiecare cromatidă devine cromozom independent (monocromatidic);
• Telofaza – la fiecare pol se reface membrana nucleară și nucleolul; cromozomii se decondensează în cromatină; urmează citochineza — împărțirea citoplasmei: prin gâtuire (strangulare) la celula animală, prin perete despărțitor median la celula vegetală, care nu se poate gâtui din cauza peretelui rigid.

Truc de memorare a ordinii: P-M-A-T. Distincția-cheie de anafază: în mitoză se despart cromatide surori, nu cromozomi omologi — exact aici se departajează de meioză la grile.

Meioza — etapele și recombinarea

Meioza este diviziunea prin care se formează gameții (și sporii la plante): dintr-o celulă diploidă (2n) rezultă patru celule haploide (n), toate diferite genetic. Constă în două diviziuni succesive, cu O SINGURĂ replicare a ADN-ului (numai înaintea primei diviziuni — nuanță de punctaj).

Meioza I (reducțională) — înjumătățește numărul de cromozomi:

• Profaza I – cromozomii omologi se împerechează (sinapsă), formând bivalenți (tetrade); între cromatidele omologilor au loc schimburi reciproce de fragmente — crossing-over — sursa majoră de recombinare genetică;
• Metafaza I – bivalenții se aliniază în planul ecuatorial; orientarea fiecărei perechi e întâmplătoare (a doua sursă de variabilitate: asortarea independentă);
• Anafaza I – se despart și migrează spre poli cromozomii omologi ÎNTREGI (fiecare încă bicromatidic); centromerii NU se divid;
• Telofaza I – rezultă două celule haploide cu cromozomi bicromatidici.

Meioza II (ecvațională) — decurge ca o mitoză, dar în celule haploide și fără replicare prealabilă: în anafaza II se despart în sfârșit cromatidele surori. Rezultatul final: 4 celule haploide, genetic diferite.

Semnificația dublă a meiozei: menține constant numărul de cromozomi al speciei de-a lungul generațiilor (gametul n + gametul n → zigotul 2n) și generează variabilitatea pe care lucrează selecția naturală.

Comparație mitoză – meioză

Comparația celor două diviziuni este subiectul favorit al examenelor. Punct cu punct:

• numărul diviziunilor: mitoza — una; meioza — două succesive, cu o singură replicare a ADN-ului;
• numărul celulelor rezultate: mitoza — 2; meioza — 4;
• setul de cromozomi: mitoza — celule-fiice 2n, identice cu mama (diviziune ecvațională); meioza — celule n, numărul se înjumătățește (diviziune reducțională, în prima etapă);
• identitatea genetică: mitoza — celule-fiice IDENTICE (copii fidele); meioza — celule DIFERITE, prin crossing-over și asortarea independentă a omologilor;
• tipul de celule: mitoza — celule somatice; meioza — celule din care rezultă gameții (în organele reproducătoare);
• ce se desparte în anafază: mitoză — cromatide surori; anafaza I a meiozei — cromozomi omologi întregi; anafaza II — cromatide surori;
• împerecherea omologilor și crossing-over: EXISTĂ doar în meioză (profaza I); în mitoză omologii nu se împerechează niciodată;
• rol: mitoza — creștere, regenerare, înlocuirea celulelor uzate, înmulțire asexuată; meioza — reproducere sexuată.

Capcanele care pică an de an: (1) „meioza produce gameți identici” — fals, tocmai diversitatea e rostul ei; (2) „numărul de cromozomi se reduce în meioza II” — fals, reducerea are loc în meioza I; meioza II doar separă cromatidele; (3) „înaintea meiozei II are loc o nouă replicare” — fals, replicarea e unică.

Semnificația biologică și erorile diviziunii

Rolurile mitozei în viața organismelor:

• creșterea organismelor pluricelulare — dintr-o singură celulă-ou se formează trilioane de celule;
• regenerarea și înlocuirea celulelor uzate: epiderma, mucoasa intestinală și celulele sângelui se reînnoiesc permanent din celule care se divid mitotic;
• vindecarea rănilor;
• înmulțirea asexuată (butășirea plantelor, înmugurirea la hidră): urmașii sunt clone — identici genetic cu părintele.

Rolurile meiozei: formarea gameților haploizi, menținerea constantă a numărului de cromozomi al speciei și producerea variabilității genetice — materia primă a evoluției. Reproducerea sexuată combină meioza (amestecă genele) cu fecundația (unește gameți de la doi părinți): de aceea frații nu sunt identici.

Când diviziunea greșește:

• diviziunea necontrolată a celulelor somatice, scăpată de sub mecanismele de reglare ale ciclului celular, duce la formarea tumorilor; celulele canceroase se divid nelimitat și pot invada alte țesuturi (metastazare);
• erorile de separare din meioză (nedisjuncția cromozomilor) produc gameți cu cromozomi în plus sau în minus; după fecundație rezultă zigoti cu număr anormal de cromozomi — exemplul clasic la om este sindromul Down (trisomia 21): trei exemplare ale cromozomului 21 în loc de două.

Înțelegerea acestui capitol e fundația directă pentru genetica din clasa a XII-a: legile eredității nu sunt decât consecința statistică a comportamentului cromozomilor în meioză.

Test — 6 întrebări ca la examen