میتوز: فرایند تقسیم هستهی سلول
سلول و چرخه زندگی آن: پیشزمینهای ساده
همهٔ موجودات زنده از واحدهای کوچکی به نام سلول5 ساخته شدهاند. سلول مانند یک کارخانهٔ کوچک است که تمام فعالیتهای لازم برای زندگی را انجام میدهد. در مرکز این کارخانه، یک بخش فرماندهی به نام هسته6 وجود دارد که حاوی دستورالعملهای ساخت و ساز، یعنی مولکول DNA7 است. DNA به شکل رشتههای بلندی است که برای سازماندهی بهتر، دور پروتئینهایی پیچیده و به ساختارهایی فشرده به نام کروموزوم8 تبدیل میشود. تعداد کروموزومها در هر گونه ثابت است؛ مثلاً انسان 46 کروموزوم دارد. سلولها هم عمر محدودی دارند و برای رشد بدن یا جایگزینی سلولهای مرده (مثلاً سلولهای پوست که دائماً میریزند) باید تکثیر شوند. این تکثیر در قالب چرخهٔ سلولی9 رخ میدهد که مراحل رشد و تقسیم سلول را توصیف میکند. میتوز بخش کوتاه اما حیاتی این چرخه است که مسئول تقسیم هسته است.
مراحل میتوز: از یک سلول مادر تا دو سلول دختر
میتوز یک فرایند پیوسته است، اما برای درک آسانتر، آن را به چهار مرحلهٔ اصلی تقسیم میکنند. قبل از شروع این مراحل، سلول در مرحلهای به نام اینترفاز10 قرار دارد که در آن رشد کرده و DNA خود را تکثیر (کپی) میکند. پس از اینترفاز، هر سلول مادر دارای دو نسخه از هر کروموزوم میشود که این دو نسخهٔ یکسان، کروماتیدهای خواهری11 نامیده میشوند و در نقطهای به نام سانترومر12 به هم متصل هستند. اکنون مراحل میتوز آغاز میشود:
| مرحله | رویدادهای کلیدی | مثال قابل تصور |
|---|---|---|
| ۱. پروفاز13 | فشرده شدن کروموزومها و قابل رؤیت شدن آنها زیر میکروسکوپ. پوشش هسته از بین میرود. دوک تقسیم14 (ساختاری از رشتههای پروتئینی) شروع به تشکیل شدن میکند. | مانند آماده شدن برای مسابقه طنابکشی. کروموزومها جمع و جور میشوند و تیمهای کشیدن (دوک) آماده میگردند. |
| ۲. متافاز15 | کروموزومها در صفحهٔ متافاز (وسط سلول) به صف میشوند. رشتههای دوک تقسیم به سانترومر هر کروموزوم متصل میشوند. | همهٔ شرکتکنندگان مسابقه (کروموزومها) دقیقاً در خط وسط زمین به صف میایستند و طنابها (رشتههای دوک) به آنها وصل میشود. |
| ۳. آنافاز16 | کروماتیدهای خواهری از هم جدا شده و توسط رشتههای دوک به قطبهای مخالف سلول کشیده میشوند. از این لحظه هر کروماتید یک کروموزوم مستقل محسوب میشود. | طنابکشی آغاز میشود! دو نیمهٔ هر کروموزوم (کروماتیدهای خواهری) از هم جدا شده و به سمت دو سر زمین (قطبهای سلول) کشیده میشوند. |
| ۴. تلوفاز17 و سیتوکینز18 | در تلوفاز، کروموزومها در قطبها از هم باز میشوند و پوشش هستهای جدید دور آنها تشکیل میشود. سپس در سیتوکینز، سیتوپلاسم و غشای سلول تقسیم شده و دو سلول دختر کاملاً مجزا به وجود میآیند. | مسابقه تمام شد. در هر قطب، کروموزومها از هم باز میشوند و یک کیسه (هستهٔ جدید) دور آنها شکل میگیرد. سپس زمین (سلول) از وسط تقسیم میشود و دو زمین جدید (سلولهای دختر) ایجاد میگردد. |
میتوز در عمل: از زخم کوچک تا رشد یک درخت
میتوز فقط یک مفهوم کتابدرسی نیست؛ این فرایند هر لحظه در بدن شما و تمام موجودات زنده در جریان است. هنگامی که دست خود را میبُريد، سلولهای پوست، رگهای خونی و سایر بافتهای اطراف زخم، با سرعت بیشتری وارد چرخهٔ سلولی و میتوز میشوند تا سلولهای جدید تولید کرده و زخم را ترمیم کنند. رشد قد شما نیز نتیجهٔ تقسیمات میتوزی سلولهای استخوانها و سایر بافتها است. در گیاهان، تقسیم میتوز در نقاط رشدی مانند مریستم نوک ریشه و ساقه باعث رشد طولی گیاه میشود. حتی زمانی که مو یا ناخنهایتان بلند میشود، سلولهای پایهای در فولیکول مو یا بستر ناخن در حال تقسیم میتوز هستند. این فرایند همچنین مسئول جایگزینی سلولهای فرسوده است؛ مثلاً سلولهای پوششی روده شما هر 3 تا 5 روز یک بار کاملاً نو میشوند.
سوالات مهم و شبهات رایج دربارهٔ میتوز
پاسخ: خیر. بیشتر نورونها در مرحلهٔ خاصی از زندگی (معمولاً پس از تولد در پستانداران) از چرخهٔ سلولی خارج شده و به اصطلاح در فاز G0 قرار میگیرند و دیگر تقسیم نمیشوند. به همین دلیل است که آسیب به رشتههای عصبی یا خود نورونها، ترمیم بسیار کند و محدودی دارد. البته برخی تحقیقات نشان میدهند در مناطق خاصی از مغز ممکن است تولید سلولهای عصبی جدید ادامه یابد.
پاسخ: این دو فرایند تقسیم هسته، اهداف کاملاً متفاوتی دارند. میتوز برای رشد و ترمیم است و سلولهای دختر تولیدشده، کاملاً شبیه سلول مادر و دارای تعداد کروموزوم یکسان (2n) هستند. اما میوز برای تولید مثل جنسی است و تنها در غدد جنسی (بیضه و تخمدان) رخ میدهد. نتیجهٔ میوز، تولید چهار سلول دختر (مانند اسپرم یا تخمک) است که هر کدام نیمی از تعداد کروموزوم سلول مادر (n) را دارند. این تفاوت در تعداد کروموزوم در جدول زیر خلاصه شده است:
| ویژگی | میتوز | میوز |
|---|---|---|
| تعداد تقسیم هسته | 1 | 2 |
| تعداد سلول دختر | 2 | 4 |
| تعداد کروموزوم سلول دختر | دیپلوئید (2n) | هاپلوئید20 (n) |
| هدف اصلی | رشد و ترمیم | تولید گامت21 برای تولید مثل |
پاسخ: کنترل دقیق مراحل میتوز بسیار مهم است. اگر کروموزومها به درستی تقسیم نشوند یا اشتباهی در تعداد آنها رخ دهد، سلولهای دختر دارای اطلاعات ژنتیکی ناقص یا اضافه خواهند بود. این حالت آنوپلوئیدی22 نام دارد و میتواند منجر به بیماریهای ژنتیکی شود. همچنین، اگر مکانیسمهای کنترل کنندهٔ تقسیم سلول از کار بیفتند، ممکن است سلول به طور غیرقابل کنترلی به تقسیم ادامه دهد که این امر اساس شکلگیری تومور و بیماری سرطان است.
پاورقی
1. میتوز (Mitosis): فرایند تقسیم هسته که منجر به تولید دو سلول دختر ژنتیکی یکسان میشود.
2. سلول پیکری (Somatic Cell): به همهٔ سلولهای بدن به جز سلولهای جنسی (اسپرم و تخمک) گفته میشود.
3. موجود پرسلولی (Multicellular Organism): موجود زندهای که بدن آن از بیش از یک سلول تشکیل شده است.
4. میوز (Meiosis): فرایند تقسیم هسته که تعداد کروموزوم را نصف میکند و برای تولید گامتها استفاده میشود.
5. سلول (Cell): کوچکترین واحد حیات که قادر به انجام تمام فرایندهای زیستی است.
6. هسته (Nucleus): اندامک درون سلول که حاوی مواد ژنتیکی (DNA) است.
7. DNA: (DeoxyriboNucleic Acid) مولکول حاوی دستورالعملهای ژنتیکی برای رشد، کارکرد و تولید مثل موجودات زنده.
8. کروموزوم (Chromosome): ساختار فشردهشدهٔ DNA و پروتئینهای همراه آن.
9. چرخهٔ سلولی (Cell Cycle): مجموعهای از مراحل منظم که یک سلول طی میکند تا رشد کرده و تقسیم شود.
10. اینترفاز (Interphase): مرحلهای از چرخهٔ سلولی که سلول بیشتر وقت خود را در آن میگذراند و در آن رشد و تکثیر DNA رخ میدهد.
11. کروماتید خواهری (Sister Chromatid): دو نسخهٔ یکسان از یک کروموزوم که پس از تکثیر DNA به هم متصل هستند.
12. سانترومر (Centromere): ناحیهای ویژه روی کروموزوم که کروماتیدهای خواهری را به هم متصل نگه میدارد.
13. پروفاز (Prophase): اولین مرحله از میتوز که در آن کروموزومها فشرده و قابل رؤیت میشوند.
14. دوک تقسیم (Mitotic Spindle): ساختاری از رشتههای پروتئینی (میکروتوبول) که در تقسیم سلول برای جداسازی کروموزومها تشکیل میشود.
15. متافاز (Metaphase): مرحلهای که کروموزومها در صفحهٔ استوایی سلول صف میکشند.
16. آنافاز (Anaphase): مرحلهای که کروماتیدهای خواهری از هم جدا شده و به قطبهای سلول کشیده میشوند.
17. تلوفاز (Telophase): مرحلهٔ پایانی میتوز که در آن کروموزومها در قطبها از هم باز شده و هستههای جدید تشکیل میشوند.
18. سیتوکینز (Cytokinesis): تقسیم سیتوپلاسم و غشای سلول برای تشکیل دو سلول دختر مجزا.
19. دیپلوئید (Diploid): حالتی که سلول دارای دو مجموعه از هر کروموزوم است (2n).
20. هاپلوئید (Haploid): حالتی که سلول دارای یک مجموعه از هر کروموزوم است (n).
21. گامت (Gamete): سلول جنسی هاپلوئید (اسپرم یا تخمک).
22. آنوپلوئیدی (Aneuploidy): حالت غیرطبیعی در تعداد کروموزومها (مثلاً یک کروموزوم اضافه یا کم).