Rakkude jagunemine: kuidas see töötab?

Inimkeha sisaldab ligi kahte triljonit rakku, mis jagunevad teie elu iga päev. Nad jagavad või muudavad pidevalt mitu rakku kõigis elusorganismides mitme erineva protsessi, näiteks meioosi ja mitoosi kaudu. Rakud jagunevad, luues lapse kasvades rohkem rakke, samuti jagunevad nad, et aidata elunditel või kudedel korralikult paraneda.

Rakud jagunevad mitmel põhjusel. Kui beebi kasvab, vajab ta õige kasvu jaoks rohkem rakke ja seda tehakse rakkude jagunemise kaudu. Imikud alustavad ühe raku või munana. Rakud ei muutu imikute kasvades suuremaks, kuid nende kehas on selle asemel rohkem rakke.

Rakud jagunevad ka teie tervenemiseks. Kui teil on mõni vigastus, näiteks põlve nülgimine, jagunevad teie rakud, et asendada kõik puuduvad, vanad või kahjustatud põlve rakud, ja ravivad vigastatud piirkonda uute rakkudega. Sel põhjusel jagunevad naharakud pidevalt, kui kaotate igapäevaselt surevad rakud, ja nende asendamiseks vajate uusi terveid naharakke.

Mitoos ja meioos on rakkude jagunemise kaks peamist kategooriat. Mitoos on igat tüüpi somaatiliste või mitteproduktiivsete rakkude jagunemine teie kehas. Seda tüüpi rakud asuvad juustes, nahas, elundites, lihastes ja keha kudedes. Meioos on teie kehas olevate paljunemisrakkude jagunemine ja see hõlmab naissoost munarakke või isaseid seemnerakke.

Rakkude jagunemisel jaguneb vanemrakk või algrakk kaheks identseks tütarrakuks. Seda protsessi korratakse ikka ja jälle, seda nimetatakse rakutsükliks. Rakud reguleerivad tegelikult nende jagunemist keemiliste signaalide abil omavahel suhtlemiseks. Signaale nimetatakse tsükliinideks ja need toimivad nagu sisselülituslüliti, et öelda rakkudele jagamise aeg ja seejärel toimida väljalülitina, et rakkudel jagamise lõpetada. Rakud peavad õige kasvu ja tervise tagamiseks õigel ajal peatama jagunemise, kuigi kui rakud jagunevad pärast nende peatumist, tekitab see vähirakke.

Inimkeha kaotab kogu kehas päevas umbes 50 miljonit rakku. Naharakud paljunevad pidevalt kiirusega 30 000 kuni 40 000 rakku päevas, nagu ka juukserakud seda tüüpi rakkude igapäevase kadumise tõttu. Lihtsalt juuste duši all käimine ja harjamine võimaldab vanade naharakkude eemaldamiseks ruumi teha uued terved rakud ja mõned juuksed on iga päev teie pintslis, et leida rohkem juukserakke või folliikulid. Teie elundite, närvide ja aju muud tüüpi rakud jagunevad palju harvemini, kuna need tüübid ei sure nii kiiresti.

Mitoos on somaatiliste rakkude paljunemise protsess. Somaatilised rakud on kõik rakud, mis ei ole paljunemisrakud, näiteks juuksed, nahk ning kõik teie keha koe- ja elundirakud. Mitoosi puhul on kõige olulisem meeles pidada, et kahel jagunemisel loodud tütrerakul on täpselt sama DNA ja kromosoomid kui vanemrakul. Kaht loodud tütarrakku nimetatakse ka diploidseteks rakkudeks, kuna neil on kaks täielikku kromosoomikomplekti. See täpne dubleerimine ei tekita jagatud rakkudes mingit geneetilist mitmekesisust.

Mitoosirakkude jagunemine hõlmab enne lõpuni jõudmist mitut erinevat etappi. See protsess on mõeldud eukarüootidele, millel on membraaniga seotud tuum või tuumad elusorganismides, nagu loomad, inimesed, taimed ja seened. See algab faaside vahelisest etapist, kus iga rakk veedab suurema osa ajast, kui kogub jagunemiseks vajalikku energiat ja toitaineid.

See etapp on ka see, kui vanemrakk teeb oma DNA-st koopiat, mida jagatakse võrdselt kahe raku vahel, milleks ta eraldub, nimega tütarrakud. Enne DNA sünteesi suureneb raku suurus ja mass. Järgmisena sünteesib rakk DNA väikeses ajaaknas. Jagunev rakk sünteesib siis valke, et neid jagada mõlema tütarrakuga, ning suureneb ka jätkuvalt. Interfaasietapi viimases osas on rakul endiselt nukleoolid, milles tuum on ümbritsetud ümbrisega, ja kromosoomid dubleeritakse kromatiini kujul.

Järgmine on profaasietapp, kus rakus olev kromatiin kondenseerub kromosoomideks. Tsentrosoomidest tekivad spindlikiud. Tuuma ümbris hakkab lagunema ja kromosoomid liiguvad raku vastaskülgedele. Kromotiinikiud on DNA ja valkude mass, mis kondenseerub, moodustades kromosoomid, kusjuures iga kromosoom sisaldab kahte kromatiidi ja liitub tsentromeeril või piirkonna keskel.

Prometafaasi staadium või hiline profaas staadium tuvastatakse kromosoomide kondenseerumise jätkumisel kinetohooride korral (spetsialiseeritud kiud kromosoomide tsentromeerides) ilmuvad tsentromeeridesse ja mitootilised spindli kiud kinnituvad kinetohoorid.

Metafaasietapis rivistuvad kromosoomid metafaasiplaadil raku keskel samal ajal iga õstraku kromatiid on kinnitatud raku vastaskülgedel või poolustel asuva spindli kiudude külge. Kromosoome hoiavad paigal polaarkiudude jõud, mis suruvad kromosoomide tsentromeere. See toiming hoiab kaks tütarrakku üksteisest eraldatud.

Anafaasis etapis jagunevad tsentromeerid kaheks ja õekromatiidid muutuvad nüüd kromosoomideks, kui need tõmmatakse kahele eraldi poolusele. Spindli kiud põhjustavad kahe uue raku pikenemist. Selle etapi lõpus on igal poolusel täielik kromosoomide komplekt. Algse raku tsütoplasma, mida nimetatakse tsütokineesiks, jagunemine algab ja jätkub kogu selle etapi vältel.

Telfaasietapp on järgmine ja see on siis, kui kromosoomid jõuavad raku vastassuundadesse ja hakkavad dekondenseeruma, kui mõlema sõsaraku ümber tekib uus tuumaümbris. Iga uue lahtri ümber olevad spindli kiud suruvad need üksteisest lahku. Nukleoolid ilmuvad ka uuesti ja kromosoomide kromatiinikiud mähitakse igas tütarrakus. Siinkohal jaguneb emaraku geneetiline sisu võrdselt kaheks uueks tütarrakuks.

Tsütokineesid on jagunemise viimane etapp, kui loomarakud hakkavad eralduma kahe tütraku vahelise lõhustumisega. Taimerakkudes eraldab rakuplaat tütarrakud, moodustades mõlemal rakuseina. Tütrerakke nimetatakse ka diploidseteks rakkudeks, mis tähendab, et kumbki neist sisaldab täielikult ja täpselt sama palju kromosoome kui üksteist ja ka vanemrakke.

Meioosirakkude jagunemine - I ja meioos II on ainult kaks etappi. Iga uus rakk sisaldab ainulaadset DNA-d. See annab suure mitmekesisuse geneetikas, mida on näha, kui kaks sama vanemaga last näevad üksteisest väga erinevad. Meioos tekib siis, kui väike osa raku kromosoomidest eraldub ja kinnitub teise kromosoomi külge. Seda nimetatakse geneetiliseks rekombinatsiooniks või ületamiseks.

I meioos jagab kromosoomid ristumiseks pooleks. Meioos II jagab geneetika hulga igas rakus igas kromosoomis pooleks. Rakkude jagunemise lõpptulemus on neli tütarrakku, mitte kaks mitoosi jagunemist. Kõigil neil tütarrakkudel on algse vanemrakuna ainult pool kromosoomide arvust.

Prokarüootsed rakud on tuumata üherakulised bakteriorganismid. Need on mikroskoopilised organismid, mis peavad eksisteerimiseks jagunema. Jagunemisprotsessi nimetatakse binaarseks lõhustumiseks, mille käigus ühest rakust saab kaks. Binaarse lõhustumise esimene etapp on rakus oleva DNA ja väikeste DNA-tükkide kopeerimine nn plasmiidid dubleeritakse ja seejärel liiguvad need kaks koopiat ja originaali kamber. Rakk kasvab ja pikeneb ning seejärel moodustub raku keskele vahesein, mis jagab selle kaheks rakuks.

See jagamisprotsess on sama mõte, kui lõigata hambaniidiga pehme juust pooleks. Pehmeid juustusid on pehme konsistentsi tõttu raske noaga puhtalt lõigata. Kui panete pehme juustu taldrikule, võite selle hambaniidiga ühtlaselt poolitada, et saada kaks ühesugust ja võrdse suurusega tükki.

Paljunemiseks kasutatakse aseksuaalset rakujagunemist, mille käigus tekivad uued rakud binaarse lõhustumise abil emaraku jagunemisel kaheks tütarrakuks. Kõigil jagatud rakkudel on sama geneetiline identiteet kui emarakul. See võimaldab organismidel paljuneda väga kiiresti nagu bakterites, vetikates, pärmis, võililledes ja lameussides. Uusi üksikuid rakke nimetatakse kloonideks, kuna need on vanemrakkude täpsed duplikaadid.

Bakterid paljunevad mittesuguliselt ja kahekordistavad oma arvu väga kiiresti umbes 20 minutiga. Seetõttu võivad bakterite puhangud olla väga tõsised ja kasvada nii kiiresti. Samuti on bakterirakkudel kõrge suremus, et kompenseerida kiiret paljunemismeetodit.

Pärmitooted paljunevad tärkamise teel mittesuguliselt, kuid võivad paljuneda ka sugulisel teel. Pungumisprotsess hõlmab raku välisserva moodustuvat kühmu ja seejärel toimub tuumajaotus. Üks tuum liigub punga ja seejärel murdub see vanemrakk. Ujumise teel mittesuguline paljunemine on ka see, kuidas lambaussid jagunevad kaheks eraldi sektsiooniks ja taastuvad, et saada kaks täisväärtuslikku ussi.

Mõned putukad, näiteks sipelgad, herilased ja mesilased, võivad paljuneda kas sugulisel või mittesugulisel teel. Kui rakud jagunevad nendes putukates mittesugulises jaotuses, kasutavad nad partenogeneesi protsessi, mille käigus paljunevad viljastamata munadest uued putukad. Mõnes liigis, mis võib paljuneda nii sugulisel kui mittesugulisel teel, toodavad viljastamata munad isaseid putukaid ja viljastatud munarakud emaseid putukaid.

Kui taimed paljunevad mittesuguliselt, nimetatakse seda vegetatiivseks paljunemiseks ja seda meetodit eelistavad põllumajandustootjad, kuna see annab emataimega identsed põllukultuurid. Mõnikord eelistatakse seda meetodit, kuna mõnda seemet on raske idaneda.

Näiteks istutatakse kartulisilmad või juurdumisalad, et tekitada rohkem seemnekartuli või emataimega identseid kartulitaimi. Banaanitaimi paljundatakse, eraldades emataime alusest kasvavad imiktaimed ja istutades need terve uue taime jaoks. Vaarikapõõsaid saab paljundada, painutades mõned alumised oksad maa poole ja katta need mullaga. Oksad kasvatavad oma juurestiku ja paljunevad mitu uut taime, mida saab lõpuks uue kultuuri jaoks eraldada ja eraldi istutada.