تقسیم سلولی

تقسیم سلولی فرآیندی اساسی است که طی آن یک سلول به دو یا چند سلول دختر تقسیم می‌شود. این فرآیند برای رشد، نمو و نگهداری موجودات چند سلولی و همچنین برای تولید مثل موجودات تک سلولی ضروری است.
تقسیم سلولی نه تنها در چرخه زندگی یک ارگانیسم نقش مهمی ایفا می‌کند، بلکه در تجدید و ترمیم بافت‌ها و در برخی موارد در پاسخ ایمنی نیز نقش اساسی دارد.
دو نوع اصلی تقسیم سلولی وجود دارد: میتوز و میوز که هر کدام اهداف متفاوتی را انجام می‌دهند و فرآیندهای متفاوتی را شامل می‌شوند.

میتوز

میتوز نوعی تقسیم سلولی است که مسئول رشد و ترمیم موجودات چند سلولی و همچنین تولید مثل غیرجنسی در موجودات تک سلولی است.
این فرآیند تضمین می‌کند که هر سلول دختر یک کپی دقیق ازDNA سلول مادر دریافت می‌کند و در نتیجه دو سلول دختر از نظر ژنتیکی یکسان به وجود می‌آید. میتوز به چند مرحله تقسیم می‌شود: پروفاز، متافاز، آنافاز و تلوفاز و به دنبال آن سیتوکینز.

پروفاز: کروموزوم‌ها متراکم شده و زیر میکروسکوپ قابل مشاهده می‌شوند. پوشش هسته شروع به متلاشی شدن می‌کند و دوک میتوزی، ساختاری از میکروتوبول‌ها، شروع به تشکیل بین قطب‌های مخالف سلول می‌کند.
متافاز: کروموزوم‌ها در صفحه متافاز، یک خط فرضی در خط استوای سلول قرار می‌گیرند.  الیاف دوک به سانترومرهای کروموزوم‌ها متصل می‌شوند.
آنافاز: سانترومرها شکافته می‌شوند و کروماتیدهای خواهر (اکنون کروموزوم‌های منفرد) توسط الیاف دوک به سمت قطب‌های مخالف سلول از هم جدا می‌شوند.
تلوفاز: کروموزوم‌ها شروع به تراکم زدایی می‌کنند و پوشش‌های هسته ای دوباره در اطراف مجموعه‌های جدا شده از کروموزوم‌ها تشکیل می‌شوند که اکنون در انتهای مخالف سلول قرار دارند.
سیتوکینز: این فرآیند همزمان با تلوفاز یا درست بعد از آن اتفاق می‌افتد و سیتوپلاسم و غشای سلولی را تقسیم می‌کند و در نتیجه دو سلول مجزا با مواد ژنتیکی یکسان ایجاد می‌شود.

میتوز در سلول‌های سوماتیک، که سلول‌های بدن هستند به استثنای سلول‌های درگیر در تولید مثل، رخ می‌دهد. این‌ها شامل سلول‌های اندام‌ها، پوست، استخوان‌ها و ماهیچه‌ها می‌شود. اساساً تمام بافت‌هایی که یک ارگانیسم را می‌سازند، به جز سلول‌های زایا (اسپرم و سلول‌های تخمک).
نقش های اولیه میتوز در این سلول ها عبارتند از:
– رشد: با رشد موجودات، آ‌ن‌ها باید تعداد سلول‌های خود را افزایش دهند. میتوز با تولید سلول‌های بیشتر این امکان را فراهم می‌کند.
– ترمیم و بازسازی: هنگامی که بافت‌ها به دلیل جراحت یا ساییدگی آسیب می‌بینند، میتوز جایگزین سلول‌های از دست رفته یا آسیب دیده می‌شود. این برای بهبود زخم‌ها و بازسازی بخش‌هایی از اندام‌ها مانند بازسازی کبد بسیار مهم است.
– نگهداری: سلول‌ها طول عمر محدودی دارند و نیاز به تعویض منظم دارند. میتوز مکانیسمی را برای تجدید سلول‌هایی که به دلیل مرگ برنامه ریزی شده سلولی (آپوپتوز) یا دلایل دیگر می‌میرند، فراهم می‌کند و عملکرد مداوم بافت‌ها و اندام‌ها را تضمین می‌کند.
پس میتوز برای رشد ارگانیسم از یک سلول منفرد به یک بالغ چند سلولی، رشد بافت و جایگزینی سلول‌هایی که طول عمر محدودی دارند یا آسیب دیده اند بسیار مهم است.

میوز

از سوی دیگر، میوز یک شکل تخصصی از تقسیم سلولی است که تعداد کروموزوم‌ها را به نصف کاهش می‌دهد و چهار سلول دختر ‌هاپلوئید تولید می‌کند که هر کدام از نظر ژنتیکی از سلول مادر و از یکدیگر متمایز هستند.  این فرآیند برای تولید مثل جنسی ضروری است و در اندام‌های تناسلی رخ می‌دهد و منجر به تولید گامت می‌شود: اسپرم در نر و تخمک در ماده.

میوز از دو بخش متوالی تشکیل شده است، میوز I و میوز II، که هر کدام دارای فازهای مشابه خود در میتوز است، اما با تفاوت‌های مهم:

– میوز I تقسیم کاهشی است که در آن کروموزوم‌های همولوگ (یکی از هر والدین) در پروفاز I در فرآیندی به نام سیناپسیس جفت می‌شوند. در طول متافاز I، این جفت‌ها در صفحه متافاز قرار می‌گیرند و در آنافاز I، کروموزوم‌های همولوگ به قطب‌های مخالف جدا می‌شوند و تعداد کروموزوم‌ها به نصف کاهش می یابد.
– میوز II شبیه یک تقسیم میتوزی است که اغلب به آن equational division می‌گویند، جایی که کروماتیدهای خواهر هر کروموزوم جدا می‌شوند تا وارد سلول‌های مختلف شوند.  میوز II منجر به چهار سلول دختر ‌هاپلوئید می‌شود که هر کدام دارای ترکیبی منحصر به فرد از ژن‌ها هستند.

میوز تنوع ژنتیکی را از طریق دو فرآیند کلیدی معرفی می‌کند: کراسینگ اور و جور شدن مستقل ژن‌ها.
کراسینگ اور که در طول پروفاز I اتفاق می‌افتد، شامل تبادل مواد ژنتیکی بین کروماتیدهای غیر خواهر کروموزوم‌های همولوگ است که ترکیبات جدیدی از ژن‌ها را ایجاد می‌کند.
جور شدن مستقل ژن‌ها ، در طول متافاز I، به جهت گیری تصادفی جفت‌های کروموزوم همولوگ در امتداد صفحه متافاز اشاره دارد که منجر به ترکیبی از کروموزوم‌های مادر و پدر در سلول‌های دختر می‌شود.
میوز در سلول‌های زاینده واقع در اندام‌های تولید مثل ارگانیسم های تولید مثل جنسی رخ می‌دهد. در مردان، این فرآیند در بیضه ها برای تولید اسپرم انجام می‌شود. در زنان، هنگام تولید تخمک در تخمدان‌ها اتفاق می‌افتد.

نقش‌های خاص میوز عبارتند از:

– تولید گامت ها: میوز تعداد کروموزوم ها را به نصف کاهش می‌دهد، از دیپلوئید (دو مجموعه کروموزوم، یکی از هر والدین) به هاپلوئید (یک مجموعه کروموزوم)، و اطمینان حاصل می‌کند که هنگام لقاح، فرزندان حاصل تعداد کروموزوم‌های صحیح را دارند. .
– تنوع ژنتیکی: میوز از طریق فرآیندهایی مانند کراسینگ اور و جور شدن مستقل ژن‌ها، تنوع ژنتیکی را در بین گامت‌ها ایجاد می‌کند. این تنوع برای تکامل و سازگاری گونه‌ها حیاتی است، زیرا ترکیب‌های ژنتیکی جدیدی را معرفی می‌کند که می‌توانند به نفع یا علیه فشارهای محیطی انتخاب شوند.

مقایسه و اهمیت

در حالی که میتوز و میوز اهداف متفاوتی دارند، هر دو برای بقا و تولیدمثل موجودات حیاتی هستند. میتوز تضمین می‌کند که سلول‌ها همگی حاوی DNAژنومی باشند و اطلاعات ژنتیکی به طور دقیق به سلول‌های جدید منتقل می‌شود و ثبات ژنتیکی ارگانیسم را حفظ می‌کند. با این حال، میوز کلید تولید مثل جنسی است و تنوع ژنتیکی را در یک جمعیت افزایش می‌دهد، که می تواند سازگاری و تکامل را افزایش دهد.

خطا در تقسیم سلولی می تواند منجر به عواقب قابل توجهی شود. در میتوز، خطاها می‌توانند منجر به جهش‌های ژنتیکی یا سرطان شوند که در آن سلول‌ها به طور غیرقابل کنترلی تقسیم می‌شوند. در میوز، خطاها می‌تواند منجر به اختلالات ژنتیکی به دلیل جداسازی نادرست کروموزوم‌ها شود، مانند سندرم داون که از یک کپی اضافی از کروموزوم ۲۱ ناشی می‌شود.
درک تقسیم سلولی برای بسیاری از زمینه‌های زیست شناسی و پزشکی بسیار مهم است و بینش‌هایی را در مورد مکانیسم‌های رشد، توسعه، تولید مثل و اساس ژنتیکی بیماری‌ها ارائه می‌دهد. تحقیقات در زمینه تقسیم سلولی برای کشف مکانیسم‌های پیچیده و تنظیم این فرآیند حیاتی ادامه دارد و نویدبخش پیشرفت‌های جدید در مهندسی ژنتیک، درمان سرطان و فناوری‌های تولید مثل است.