Najogólniej rzecz biorąc, gdy ktoś mówi o
mitozie, ma na myśli komórkę, komórkę diploidalną.
Oznacza to, że komórka diploidalna posiada pełen skład
chromosomów, a więc posiada 2N chromosomów.
Czyli jest to jądro komórkowe.
To jest cała komórka.
Większość ludzi mówi, spójrz, komórka sama
dzieli się na dwie komórki diploidalne, więc zmienia się w dwie
komórki, z których każda posiada pełen skład chromosomów, 2N
chromosomów.
A więc jeśli ktoś mówi, że w komórce zachodzi mitoza, ma
właśnie to na myśli.
Jednak chciałbym delikatnie wyjaśnić, że formalnie,
mitoza odnosi się tylko do procesu replikacji
materiału genetycznego i jądra komórkowego.
Więc dla przykładu, gdybym miał to narysować -- niech to będzie
komórka -- i posiada ona dwa jądra komórkowe, każde z
diploidalną liczbą chromosomów, to komórka
przeprowadza mitozę.
Nie przeprowadza cytokinezy, o której będziemy
mówić za chwilę, lecz jest to proces gdy
rzeczywiście cytoplazma z komórki rozdzieli się na
dwie inne komórki.
Wyjaśniając, cytoplazma jest wypełnieniem
na zewnątrz jądra komórkowego.
Będę mówić o tym za chwilkę, ale jest to znane z
codziennego użytku, to normalne w przypadku gdy ludzie
mówią o mitozie.
Lecz jeśli Twój nauczyciel lubi pytać o
szczegóły, to jest to właśnie to czym jest mitoza.
Jest to podział jądra komórkowego, albo powielenie
jądra komórkowego na dwa oddzielne jądra komórkowe.
Zwykle towarzyszy temu cytokineza podczas której
cytoplazma komórek rzeczywiście się rozdziela.
A teraz przejdźmy do mechanizmu mitozy.
Tak więc pierwszym bardzo ważnym krokiem dla mitozy
faktycznie przebiegający na zewnątrz mitozy gdy komórka
żyje jest w procesie interfazy.
Interfaza tak naprawdę nie jest fazą mitozy.
Jest to właściwie proces ciągły podczas życia komórki.
Powiedzmy, że mamy nową komórkę.
Narysuję ją na zielono.
Oto nowa komórka.
Niech to będzie jej jądro komórkowe.
Ma 2N chromosomów, no i zaczyna rosnąć.
Pobiera składniki z zewnątrz i buduje
proteiny i inne związki chemiczne wzrastając troszkę.
Oczywiście cały czas ma pełen skład chromosomów.
No i w końcu w pewnym momencie tego cyklu,
oznakuję je, więc to jest faza interfazy, to
może nawet być nieujęte w programie niektórych klas biologicznych, lecz
dajmy jej etykietkę.
Nazywają tą fazę G1, w której tak naprawdę
komórka rośnie.
Rośnie, gromadzi materiały i
rozbudowuje siebie, aż w końcu replikuje swoje
chromosomy.
Cały czas mamy diploidalną liczbę chromosomów.
Przybliżę to.
Narysujmy.
Nazywa się to fazą S interfazy, więc oznaczmy literą S.
Faza S jest wtedy, gdy replikują się
chromosomy.
Jeszcze raz, nie jesteśmy jeszcze w mitozie.
Więc S, replikuje wasze chromosomy.
Jeśli miałbym przybliżyć jądro komórkowe w fazie S,
gdybym miał rozpoczynać od nowa -- zacznijmy od organizmu
który ma dwa chromosomy.
Na początku fazy S,
narysuję wam coś podobnego do chromosomów aby wyjaśnić, że
są w fazie powielania.
Powiedzmy, że ma chromosom tutaj i
powiedzmy, że ma chromosom tutaj.
W trakcie fazy S, te chromosomy ulegają powieleniu.
Narysuję jeszcze jądro komórkowe tutaj.
Skupiłem się tylko na tej części, gdzie N wynosi 1,
oraz gdzie nasz pełen skład diploidalnej komórki to dwa chromosomy.
Podczas fazy S, nasze chromosomy ulegną powieleniu i
będą miały -- ten zielony całkowicie ulega podziałowi
tworząc kopię samego siebie, uczyliśmy się tego troszkę,
i łączą się w centromerze.
Teraz każda z tych kopii nazywa się chromatydą,
karmazynowy zrobi dokładnie to samo.
Mimo że, mamy dwie chromatydy, po jednej dla każdego
chromosomu, teraz mamy cztery chromatydy, po dwa dla każdego
chromosomu, cały czas mowa tylko o dwóch chromosomach.
To tutaj to centromer.
Występuje tylko w fazie S i wtedy komórka
dalej rośnie.
Komórka jest już duża -- Ponownie skupię się na komórce.
Komórka była duża i staje się większa.
Staje się większa i w trakcie fazy G2,
po prostu rosła.
Kolejną małą częścią komórki o której nie
rozmawialiśmy jeszcze, ale powiem
o niej troszkę.
Nie jest to jakoś super-ekstra ważne, lecz jest to ideą
tych centrosomów.
Później będzie to bardzo ważne kiedy
komórka rzeczywiście będzie się dzielić i powstanie duplikat.
Powiedzmy, że mam tutaj mały centrosom.
W nim znajdują się centriole.
Nie musicie się tym za bardzo przejmować, lecz to są
właśnie te małe cylindryczne rzeczy.
Ale chciałbym -- nie przejmujcie się tym jeśli zobaczycie
słowo centriola i centrosomy, nie mogą one być
mylone z centromerami, które są tymi małymi punktami
gdzie dwie chromatydy są złączone.
Niestety, nazwano wiele rzeczy w tym procesie bardzo
podobnie, lub wiele części
komórki również.
Oto te rzeczy zwane centrosomami, które
wkrótce pojawią się na obrazku i będą znajdować się
na zewnątrz jądra komórkowego i które także ulegają powielaniu.
Także powielają się podczas interfazy.
Poprzednio był jeden, a teraz są dwa.
Oczywiście każda z nich posiada swoje własne dwie centriole
wewnątrz, lecz nie będziemy się skupiać
na nich za bardzo.
Więc, to jest to co działo się w interfazie.
Tak wygląda większość życia komórki i pewien rodzaj jej wzrostu
i zachowania.
Mam jeszcze pewną drobną dygresję.
Gdy narysowałem tutaj DNA, to narysowałem go jako chromosomy.
Lecz w rzeczywistości, gdy zajmowaliśmy się interfazą,
DNA nie wyglądało tak jak jest to faktycznie.
DNA, jeśli właściwie je rysuje, jest w
formie chromatyny.
Nie jest tak ściśle splecione jak to narysowałem tutaj.
Narysowałem je tak ściśle przylegające, byście mogli zobaczyć jak ulegała
powieleniu, lecz w rzeczywistości ten zielony chromosom
faktycznie powinien być odwinięty i jeśli spojrzycie na niego pod
mikroskopem, możecie mieć kłopoty z zauważeniem tego.
To jest jego kształt chromatyny.
Teraz opowiemy sobie troszkę gdzie one właściwie się układają
z powrotem w chromosom, ale w formie chromatyny,
jest to zwitek DNA i protein, w którym DNA
jak gdyby owija go dookoła, więc możecie mieć tu trochę
protein, które są owinięte trochę przez DNA.
Lecz jeśli spojrzycie na to pod mikroskopem, będzie to wyglądać
jak duży rozmyta plama DNA wraz z proteinami.
To samo dzieje się z karmazynową cząsteczką.
Prawdę mówiąc ma to wyglądać
mniej więcej tak..
Musi być otwarte dla jego otoczenia szczególnie dla
mRNA i różnych typów pomocniczych protein, tak
aby mogły z nim funkcjonować.
By był jeszcze zdolny do powielenia, musi być
rozpleciony po to aby mógł działać.
W taki ścisły sposób zwija się dopiero później.
Narysuję to w ten sposób, więc rzeczywiście ma on jeden zielony
i dąży do powielenia aby uformować następny zielony i
wkrótce zostaną one połączone w pewnym punkcie.
Karmazynowy dąży do powielenia aby utworzyć następny
i one także będą połączone w pewnym punkcie, ale
nie wydaje się to tak wyraźne.
Narysowałem to w ten sposób by pokazać jak to rzeczywiście przebiegało.
Tak to wygląda.
Jest ono w formie chromatyny.
A teraz jesteśmy gotowi na mitozę.
Pierwszym etapem mitozy jest
przede wszystkim -- narysujmy to.
Rysuję komórkę na zielono.
Narysuję jądro komórkowe o wiele większe niż normalnie
względem komórki ponieważ, przynajmniej teraz,
zajmiemy się procesami zachodzącymi w jądrze komórkowym.
Pierwszym etapem mitozy jest profaza.
Są to nazwy umowne, które zostały przyporządkowane przez
ludzi obserwujących te procesy przez mikroskop.
Oczywiście jest to pewien etap, który zawsze zauważamy gdy
jądro komórkowe się dzieli, a więc nazwiemy go profazą.
To co dzieje się w profazie to rzeczywiście chromatyna
zaczynająca się właściwie zmieniać w tą formę.
Więc tak jak powiedziałem, gdy jesteśmy w interfazie, DNA
jest w formie luźnej i rozplecionej.
Naprawdę zaczyna się splatać razem, tak jak to
widzicie -- i pamiętajcie, jest ono już
powielone.
Powielenie zaszło przed rozpoczęciem mitozy.
Tu miałem jeden chromosom, a tu
mamy następny.
Ma dwie chromatydy siostrzane, które wkrótce zobaczymy
rozsunięte.
Teraz podczas profazy również zaczynają się
pojawiać centrosomy o których wspomniałem poprzednio.
Te tutaj zaczynają ułatwiać
tworzenie tego co nazywacie mikrotubulami i możecie sobie w jakiś sposób
wyobrazić, że te pałeczki, lub też te liny, które będą pełnić
kluczową rolę w poruszanej kwestii, podziału komórki.
Wszystko to jest zadziwiające.
Mam na myśli, że myśląc o komórce, myślicie o czymś co
z natury jest całkiem proste
Jest to najbardziej podstawowa żywa struktura w nas lub w życiu.
Lecz nawet tutaj, macie złożone mechanizmy
i wiele z nich jest nadal niezrozumiałych.
Znaczy, że możemy je obserwować, lecz tak naprawdę nie rozumiemy procesów, które
dzieją się na poziomie atomów, lub na poziomie protein i które
sprawiają, że to wszystko kręci się w tak zorganizowany
choreograficzny sposób.
Nadal jest w obszarze badań.
Trochę z tego jest zrozumiałe, trochę nie.
Lecz macie te dwa centrosomy, które
ułatwiają rozwój mikrotubuli i które
formalnie są podobne do tych małych mikrostruktur.
Możecie wyobrazić sobie je jako rurki, lub jakąś linę.
Teraz gdy zachodzi profaza, w końcu dochodzi do punktu
gdzie -- niech to narysuję.
Nie chcę tutaj mieć napisanego tego słowa powielenie.
To może mylić.
Usunę to.
Wyrzucamy tę replikację.
Gdy profaza postępuje, otoczka jądrowa w rzeczywistości
znika.
Przerysuję to.
Skopiuję i wkleję to co już zrobiłem poprzednio.
Wkleję to tutaj.
Więc jak profaza postępuje -- otoczka jądrowa właściwie
zaczyna się rozkładać.
Zaczyna się rozpuszczać i rozkładać i
potem zaczyna to rosnąć i przyłączają się do
centromeru.
Więc znowu, narysujmy.
To wszystko dzieje się podczas profazy.
Wszystko to dzieję się podczas profazy, ostatniej
części profazy, czasem nazywanej późną profazą, a
czasami prometafazą.
Czasami uważa się -- Nie wydaje mi się by był tam łącznik
między nimi.
Więc czasami faktycznie uważa się to za oddzielną fazę
mitozy, chociaż gdy ja uczyłem się tego w szkole,
nie zawracano sobie głowy prometafazą.
Wszystko to było zwane profazą.
Lecz przed końcem profazy, lub właściwie na końcu
prometafazy, zależnie jak chcesz na to spojrzeć, cała
sytuacja będzie wyglądać podobnie jak to.
Macie całkowitą komórkę.
Otoczka jądrowa rozłożyła się więc w pewnym
sensie, już nie istnieje.
Chociaż proteiny, które uformowały ją są wciąż obecne i
będą użyteczne później.
A więc w tym przypadku macie dwa chromosomy.
W przypadku człowieka, powinniście mieć ich 46.
Macie wasze dwa chromosomy, każdy utworzony z chromatydy
siostrzanej i każdy utworzony z dwóch chromatyd siostrzanych.
Dwa chromosomy.
Mają oczywiście swoje centromery o tutaj i
wtedy te centrosomy wędrują na
przeciwległe strony tego co było kiedyś jądrem komórkowym.
Jest to pewnym rodzajem rozproszenia przez
mikrotubule, które w rzeczywistości spełniają dwie funkcje.
Z tego punktu widzenia, są jakby rozpychane na
dwa centrosomy oddzielnie.
I tu widzicie, że łączą
-- Niektóre z nich wychodzą z tego
centrosomu, niektóre wychodzą z tego, a niektóre
łączą dwa.
Niektóre z tych mikrotubuli, te rurki, lub
te liny, jakkolwiek chcecie je zobaczyć, przyłączają
się do centromerów tych chromosomów i
struktura białkowa do której się przyłączyły, nazywają się
kinetochorem.
Więc mamy tutaj kinetochor i może on, lub nie musi
być -- kinetochorem.
To jest struktura protein.
To jest naprawdę fascynujące.
Wciąż jest to otwartym obszarem badań jak naprawdę
mikrotubule przyłączają się do kinetochoru i jak zauważymy
za chwilę, to na kinetochorze
mikrotubule w gruncie rzeczy zaczynają ciągnąć te dwie oddzielne
chromatydy siostrzane i rzeczywiście ciągną je daleko od siebie.
I to właściwie jest niezrozumiałe
jak to działa.
Po prostu zostało zaobserwowane, że tak się właśnie dzieje.
Gdy profaza jest skończona, w gruncie rzeczy komórki
upewniają się, że chromosomy są dobrze ustawione.
Poniekąd narysowałem je dobrze ustawione, lecz
formalnie pojawia się to podczas metafazy,
która jest następną fazą.
Pierwszą była profaza.
Teraz jesteśmy w metafazie i metafaza tak naprawdę jest tylko
ustawianiem chromosomów, więc wszystkie chromosomy
będą ustawione po środku każdej komórki.
Tutaj mamy jeden karmazynowy, a tutaj drugi.
i kolejne tutaj, zielony tutaj i
oczywiście, centrosomy i włókna,
które wychodzą z nich.
Niektóre z nich są wrzecionami kariokinetycznymi, które
właściwie przyłączają się do centromerów prawdziwych
chromosomów
Jest to bardzo skomplikowane, prawda ?
Centrosomy są tymi strukturami, które pomagają pokierować tym
co stanie się w tych mikrotubulach.
Centriole to te małe struktury, te małe
struktury w kształcie puszek w środku centrosomów i
centromery są w centrum gdzie te dwie
chromatydy przyłączyły się jedna do drugiej w ramach chromosomu.
Więc to jest jedna chromatyda siostrzana, to kolejna
chromatyda siostrzana, które połączone są centromerem.
Ale to jest metafaza.
Jest to całkiem proste.
Metafaza, która ustawia komórki,
tak właściwie jest parę teorii jak ta komórka
wie jak postąpić potem ?
Skąd ona wie w jaki sposób
to wszystko jest poustawiane i przyłączone ?
Jest kilka teorii, że rzeczywiście jest jakiś
mechanizm sygnalizujący, że jeśli jeden z tych kinetochorów
protein nie jest poprawnie przyłączony do jednej z
lin, to w jakiś sposób jest wysyłany sygnał, że mitoza nie powinna
dalej przebiegać.
Jest to bardzo skomplikowany proces.
Możecie sobie wyobrazić, że jeśli macie 46 chromosomów i cały ten
zestaw wchodzi w komórkę i nie jest to
żaden oddzielny zestaw lub też
zaprogramowany mechanizm.
Tak naprawdę jest to kierowane przez chemię i przez
procesy termodynamiki.
Ale przez skomplikowanie tych procesów,
spontaniczność w jaki się odbywają wraz z
własnościami sprawdzającymi i równoważącymi, okazuje się że przez większość czasu nic
złego się nie dzieje, co jest całkiem zadziwiające.
Tak więc po metafazie, jesteśmy gotowi oderwać te rzeczy od siebie
i to jest anafaza.
Więc w anafazie -- zapiszmy to.
Zmieniłem kolor mojej komórki.
Zostały one odciągnięte daleko od siebie.
I gdy zostały odciągnięte daleko od siebie -- więc zobaczmy to, ten
tutaj zostaje oderwany.
Zaznaczę to na zielono.
Więc jedna z sióstr - nie, to nie ta zielony
Jedna z chromatyd siostrzanych jest ciągnięta w tym kierunku.
Jedna zostaje pociągnięta w tym kierunku.
I to samo odnosi się do karmazynowych.
Pociągnięta w tym kierunku i jedna zostaje
pociągnięta w tym kierunku.
I oczywiście wasze centrosomy są tutaj, następnie
są one połączone kinetochorami, które są
właśnie tu i to właśnie w tym kierunku są przyciągane.
To jest całkowita struktura mikrotubuli, która
nie jest połączona do prawdziwych chromosomów, ale
pomagają one w rzeczywistym odpychaniu tych dwóch centrosomów po to
aby wszystko udało się do odrębnych stron komórki.
I póki te dwie chromatydy są rozłączone i
dotykają choć troszkę tych o których wspominałem
mówiąc o DNA, póki to się dzieje
odnoszą się one do chromosomów.
Teraz możecie powiedzieć, że jest to kompletna
komórka.
Ma dwa chromosomy.
A teraz ma cztery chromosomy.
Ponieważ póki chromatyda nie jest dłużej połączona z
chromatydą siostrzaną, są one uważane za chromosomy siostrzane,
co jest tylko nazwą umowną.
Mam na myśli, że były tutaj poprzednio, a teraz są tutaj.
Wcześniej były złączone.
A teraz nie są połączone, a więc możemy stwierdzić,
że są jak gdyby osobnymi jednostkami.
Już prawie jesteśmy przy końcu.
Ostatnią fazą jest telofaza.
Narysuję komórkę trochę inną niż zwykle
ponieważ coś się dzieje jednocześnie w telofazie
przez większość czasu.
Więc telofaza, właściwie
obrócę tę komórkę o 90 stopni.
Powiedzmy, że to był jeden centrosom.
A tu jest następny.
W tym punkcie w gruncie rzeczy
przyciąga DNA do siebie.
Więc ten tutaj przyciąga jedną kopię tego chromosomu i
jedną kopię tego chromosomu.
Ten zrobił dokładnie to samo.
Przyciągnął po jednej kopii -- używałem innego
koloru -- jedną kopię każdego chromosomu do jego samego.
Narysuję to tutaj w ten sposób.
I teraz błona jądrowa zaczyna się formować dookoła każdego
z tych dwóch końców.
Jak widzicie formuje się błona jądrowa dookoła
każdego z tych dwóch końców.
A więc na końcu telofazy -- w którym
właśnie jesteśmy --zakończymy mitozę.
Otrzymamy w pełni powielone nasze dwa oryginalne
jądra komórkowe wraz z całą genetyczną zawartością.
Teraz, w tym samym czasie gdy trwa telofaza,
zwykle trwa także cytokineza, w której
formuje się bruzda wzdłuż której nastąpi podział, gdzie w gruncie rzeczy -- podczas
telofazy, te części zaczną się oddalać coraz
bardziej od siebie poprzez te mikrotubule tak aż w końcu
znajdą się na końcach komórki, tej cytoplazmy
komórki, tutaj wyraźnie widać jak rozchodząc się na bok
wydłużają komórkę.
W czasie tego procesu, ta bruzda formuje to
małe wpuklenie.
Na końcu telofazy w mitozie, również zachodzi
proces cytokinezy, w czasie której ta bruzda rozdzielająca
pogłębia się, pogłębia, pogłębia dopóki cytoplazma
nie rozdzieli się na dwie osobne komórki
To właśnie jest cytokineza, która właściwie nie jest częścią
mitozy, lecz w rzeczywistości pojawia się z telofazą
dokładnie na końcu mitozy, gdzie otrzymujemy dwie
dokładnie identyczne komórki.
Podczas gdy obydwie te komórki, każda osobna
wchodzi w swoją własną interfazę.
Albo każda osobno, jeśli spojrzycie na tą, będzie ona
w swojej fazie G1.
W pewnym momencie te dwie komórki zaczną się powielać,
i to jest faza S, a przechodząc przez fazę G2,
ta tutaj przejdzie powtórnie mitozę i tak dookoła.