Životní cyklus buňky - pracovní verze

Buněčný cyklus je definován jako období od vzniku buňky (která vznikla dělením mateřské buňky) až do stadia, kdy dojde opět k rozdělení na dvě buňky dceřiné. Toto období, trvající u některého typu buněk 20–24 hodin, u jiného mnohem déle (např. hepatocyty se dělí dvakrát do roka), má dvě stadia: M fázi (mitotická fáze, dělení jádra a buňky; asi 30 minut) a interfázi. Průběh buněčného dělení byl popsán teprve na přelomu 70. a 80. let 19. století. Zasloužili se o to Walther Fleming a Eduard Adolf Strasburger, kteří ve svých výzkumech dokázali, že základem buněčného dělení je dělení jádra.

Interfáze

Interfáze je nejdelší část životního cyklu buňky, kde buňka roste a připravuje se na dělení. Interfázi dělíme do tří samostatných fází:

G1 fáze

Začíná v okamžiku, kdy se po rozdělení mateřské buňky stává dceřiná buňka soustavou schopnou samostatné existence. Buňka roste, vykonává své běžné funkce a syntetizuje proteiny a organely. Dochází ke dvojení buněčné hmoty, intenzivním syntetickým procesům (RNA, proteiny). Buňka roste, vytváří se zásoba nukleotidů a syntetizují se enzymy pro budoucí replikaci jaderné DNA. Během této fáze má buňka možnost opravit pomocí svých reparačních mechanismů ty části molekul DNA, které byly předtím poškozeny mutacemi (např. ztrátami některých úseků, zlomy atd.) Součástí této fáze je také významný hlavní kontrolní bod buněčného cyklu, který umožňuje, aby měly reparační mechanismy dostatek času na odstranění poruch. Fáze G1 končí zahájením replikace jaderné DNA.

S fáze (syntetická fáze)

V této fázi dochází k replikaci (syntézy nové molekuly) DNA. Během tohoto děje se z původní molekuly DNA vytvářejí dvě vlákna, která nesou zcela shodnou genetickou informaci. Následkem replikace DNA dochází ke zdvojení chromatidy a vytvoření dvouchromatidového chromozomu. Vznikají tak dvě identické kopie nových vláken DNA, kde každá z chromatid nese jedno z těchto vláken.

G2 fáze

V této fázi se buňka připravuje na jaderné dělení (mitózu) a to tak, že dochází k syntéze specifických proteinů umožňující jeho správný průběh. Také v této fázi mají reparační mechanismy možnost opravit případné mutace, proto se zde nachází další kontrolní bod buněčného cyklu. Touto fází končí interfáze a buňka vstupuje do M – fáze (mitózy).

M – fáze (mitóza)

Mitóza, nebo-li jaderné dělení, je zpravidla časově nejkratší ze všech fází buněčného cyklu a skládá se ze čtyř po sobě jdoucích fází.

Profáze

Je počátkem mitotického dělení. Jaderný obal se začne rozpadat na drobné měchýřky a chromozomy opouští jádro. V této fázi pozorujeme chromozomy jako tenké útvary, které se postupně zkracují a ztlušťují. Současně vznikají kolem centriol vlákna budoucího dělicího/mitotického vřeténka. Jsou to mikrotubuly. V závěru této fáze se mikrotubuly připojují k centromerám chromozomů.

Metafáze

V této fázi už pozorujeme dělící vřeténko, na jehož opačných koncích jsou centrioly. Uprostřed dělícího vřeténka leží chromozomy, seřazené v centrální rovině. V metafázi jsou chromozomy maximálně kondenzované, takže je lze velmi dobře rozlišit a spočítat, což se velmi hodí v klinické genetice, protože vyšetření chromozomů umožňuje v mnoha případech stanovit diagnózu pacienta.

Anafáze

V této fázi se vlákna dělícího vřeténka postupně zkracují a jejich tahem dochází k rozdělení každého dvouchromatidového chromozomu na dva jednochromatidové chromozomy, které se přesouvají k opačným pólům buňky.

Telofáze

Je závěrem jaderného dělení. Chromozomy se na opačných pólech buňky opět prodlužují a jsou postupně obklopovány jaderným obalem. Vznikají tak dceřiná jádra a dělící vřeténko se rozpadá.

Open

Mitóza

Cytokineze

Po jaderném dělení zpravidla následuje vlastní dělení buňky neboli cytokineze. Cytokineze je tedy proces, při kterém dochází k rozdělení cytoplazmy a organel mezi dvě dceřiné buňky. U živočišných buněk se vytváří kontraktilní prstenec, který „škrtí“ buňku na dvě části.

Cytokineze začíná tvorbou kontraktilního prstence, který je tvořen aktinovými filamenty a myozinem. Tento prstenec se vytváří pod membránou buňky na místě, kde se buňka rozdělí. Jak se kontraktilní prstenec stahuje, způsobuje zúžení cytoplazmy na ekvatoriální ploše buňky, což vede k jejímu oddělení (odškrcení) na dvě části. Nakonec dojde k úplnému rozdělení buňky, čímž vzniknou dvě dceřiné buňky, každá s vlastními organelami a cytoplazmou.

G0 fáze

Každá buňka prochází během svého vývinu větším počtem následně jdoucích buněčných cyklů. V určité fázi vývoje však po ukončení mitózy vstoupí do G0 fáze, v níž může setrvat až do konce života (zároveň ale nemusí - může se aktivovat a vrátit do cyklu, pokud je to potřeba, například při regeneraci tkání). Tyto buňky jsou již zralé a začínají zastávat svoji specifickou funkci v organismu.

Meióza

Meiotickým dělením vznikají pohlavní buňky. Při tomto procesu dochází v buňkách ke snížení počtu chromozomů. Splynutím vajíčka a spermie (gamety) vzniká diploidní somatická buňka, zvaná zygota. Jestliže je zygota diploidní buňkou, je potřeba, aby byl počet chromozomů v gametách poloviční (haploidní). Jinak by vznikla buňka se čtyřnásobným počtem chromozomů. K redukci počtu chromozomů slouží právě meiotické dělení, které se na první pohled podobá tomu mitotickému, ale na rozdíl od něj, probíhá meióza ve dvou, po sobě jdoucích jaderných dělení.

Jednotlivé fáze meiózy

První meiotické dělení – redukční

Na začátku tohoto dělení stojí diploidní buňka, která prošla interfází buněčného cyklu (proto jsou v jejím jádře dvouchromatidové chromozomy)

• Profáze – v jádře buňky se k sobě přikládají pomocí zvláštního proteinového komplexu  jednotlivé chromozomy. Vzniklé útvary nazýváme bivalenty. V nich dochází k procesu zvaném crossing – over, kdy dochází ke vzájemné výměně částí chromatid mezi homologickými chromozomy, čímž dochází ke kombinování alel genů. V závěru této fáze zaniká proteinový komplex v bivalentech a jaderná membrána se rozpadá.

• Metafáze – páry homologických chromozomů se shromažďují v ekvatoriální rovině a připojují se na vznikající dělící vřeténko

• Anafáze – v této fázi vlákna dělícího vřeténka od sebe neoddělují chromatidy dvouchromatidových chromozomů (jako v mitóze), ale celé chromozomy z bývalých bivalentů. Do nových dceřiných jader tak přechází z původního páru vždy jeden homologický chromozom.

• Telofáze – Probíhá stejně jako u mitózy. V jejím závěru vznikají dvě dceřiná jádra.

Druhé meiotické dělení - ekvační

Dceřinné buňky pak vstupují do druhého meiotického dělení. Jde v podstatě o mitózu, sloužící k rozdělení dvouchromatidových chromozomů na jednochromatidové.

Z jedné mateřské diploidní buňky vzniknou po dvou meiotických děleních čtyři dceřinné haploidní buňky. Vzhledem k tomu, že v gametách je každý chromozom přítomen jen v jedné kopii, získává zygota od každého rodiče jeden z homologických chromozomů. V jejím jádře se kombinuje polovina mateřského a polovina otcovského genomu. V dalším vývoji už se zygota dělí mitoticky.

Open

Meióza

Kdy končí život buňky?

Život buňky může skončit různými způsoby, a to v závislosti na typu buňky, jejím prostředí a dalších faktorech.

Hlavní mechanismy, kterými buňky končí svůj život:

Apoptóza

Apoptóza neboli programovaná smrt buňky, je kontrolovaný proces, při kterém buňka aktivně odumírá. Tento proces je důležitý pro udržení zdraví organismu, protože umožňuje odstranění poškozených, nefunkčních nebo nepotřebných buněk.

Nekróza

Nekróza je nepřirozená forma smrti buňky, která obvykle nastává v důsledku poškození nebo stresu, jako je zranění, otok nebo nedostatek kyslíku. Buňka se zvětšuje a nakonec praskne, což vede k uvolnění jejího obsahu do okolního prostoru. Tento proces může vyvolat zánětlivou reakci, což může poškodit sousední buňky a tkáně.

Senescence

Buňka se přestane dělit, ale zůstává metabolicky aktivní. Tento proces je často spojen s biologickým stárnutím a může být vyvolán různými faktory, jako jsou např. poškození DNA, telomerová zkrácení (telomery se nacházejí na koncích chromozomů a chrání je před degradací; s každým dělením se zkracují, nebo stresové signály z okolního prostředí). Senescentní buňky mohou mít vliv na okolní buňky a přispívat k různým onemocněním, včetně rakoviny a degenerativních onemocnění

Autofagie

Autofagie je proces, při kterém buňka „sežere“ své vlastní poškozené organely nebo proteiny, aby se zbavila nepotřebných nebo poškozených komponentů. Tento proces může vést k regeneraci buňky, ale pokud je aktivován nadměrně nebo v nevhodný čas, může to také vést k buněčné smrti.

Život buňky končí, když se aktivují signály pro apoptózu, dojde k poškození, které nelze opravit, nebo když buňka dosáhne svého limitu dělení (například v případě senescence). Tento proces je nezbytný pro udržení rovnováhy v organismu, odstranění poškozených buněk a prevenci vzniku nádorů.