تقسیم سلولی چیست ؟ – به زبان ساده

زندگی انسان، با یک سلول به نام سلول تخم آغاز می‌شود و پس از گذشت 9 ماه، به نوزادی با تریلیون‌ها سلول تبدیل می‌شود. روند تقسیم سلول‌ها با تولد انسان به پایان نمی‌رسد به طوریکه هر 7 سال، تمام سلول‌های بدن جایگزین می‌شوند و انسان با سلول‌های جدیدی به زندگی خود ادامه می‌دهد. هم اکنون که در حال مطالعه این مطلب هستید، میلیون‌ها سلول در بدن شما در حال تکثیر هستند و جایگرین سلول‌های مرده و پیر می‌شوند. همان‌طور که در فصل 6 سال یازدهم خواندیم، تقسیم سلولی در تمام موجودات زنده با اهداف مختلف رخ می‌دهد. وقایع مختلف از ترمیم یک زخم تا تولید نسل به‌وسیله‌ی تقسیم سلولی در موجودات انجام می‌شود. تقسیم سلولی یکی از ارکان اساسی بقای موجودات است در ادامه به توضیح تقسیم سلولی و جزئیات مربوط به آن می‌پردازیم پس با مجله بیوزوم همراه باشید.

مطلب مرتبط: نگاهی بر انواع سلول ، سازندگان حیات

تقسیم سلولی چیست؟

تقسیم سلولی ، فرآیندی است که طی آن یک سلول به نام سلول مادری به دو یا چند سلول به نام سلول‌های دختری تقسیم می‌شود. تقسیم سلولی معمولاً بخش کوچکی از یک چرخه سلولی بزرگ‌تر است.

در موجودات تک‌سلولی، تقسیم سلولی وسیله‌ای برای تولیدمثل است اما در موجودات چند سلولی دو نوع تقسیم سلولی رخ می‌دهد که علاوه بر تولیدمثل، سبب رشد سلول نیز می‌شوند.

تقسیم سلولی در سلول‌های پروکاریوتی و یوکاریوتی به روش‌های مختلف انجام می‌شود. سلول‌های پروکاریوتی، دارای ساختار ساده بوده و هسته و اندامک‌های غشادار ندارند. در این سلول‌ها، تقسیم به‌صورت دوتایی یا شکافت باینری (دوتایی) صورت می‌گیرد. درحالی‌که، سلول‌های یوکاریوتی، دارای هسته و اندامک‌های غشادار هستند که فعالیت‌های مختلف سلول را انجام می‌دهند. در این سلول‌ها، دو نوع تقسیم سلولی وجود دارد: میتوز (رشتمان) و میوز (کاستمان). در طی تقسیم میتوز، یک سلول مادری به دو سلول دختری کاملاً مشابه تقسیم می‌شود، این دو سلول دختری ازنظر محتوای ژنتیکی کاملاً مشابه سلول مادری هستند درحالی‌که در تقسیم میوز، تعداد کروموزوم‌های سلول دختری، نصف تعداد کروموزوم‌های سلول مادری است، ازاین‌رو این نوع تقسیم در فرایند گامت‌زایی و تولیدمثل دخیل است.

مطلب مرتبط: اندامک های سلولی

اهمیت تقسیم سلولی

هم‌اکنون که در حال خواندن این مطلب هستید، سلول‌های بدنتان برای رشد و بقای در حال تکثیر هستند. همه‌ی ما در ابتدای خلقت از یک سلول تخم حاصل لقاح اسپرم و تخمک حاصل‌شده‌ایم و پیدایش تریلیون‌ها سلول از یک سلول تخم، به لطف تقسیم‌های سلولی متوالی است. حتماً برای شما هم پیش‌آمده که براثر تماس با یک جسم تیز، دستتان بریده‌شده باشد یا کودکی که در حین بازی، زمین می‌خورد، در طی این اتفاقات، هزاران سلول می‌میرند اما فرایندی که سبب ترمیم و بازسازی پوست می‌شود، تقسیم سلولی است پس تقسیم سلولی نقش مهمی در همه موجودات زنده دارد، زیرا برای رشد، ترمیم و تولیدمثل ضروری است.

این فرآیند به موارد زیر کمک می‌کند:

• بازسازی سلول‌های آسیب‌دیده
• تولید سلول‌های جدید از سلول‌های قدیمی‌تر
• حفظ تعداد کل کروموزوم‌ها
• رشد و نمو سلول‌ها
• ترمیم و کنترل آسیب‌های واردشده به سلول‌ها
• کمک به بقا و رشد موجودات زنده
• در گیاهان، میتوز به تشکیل قطعات جدید و ترمیم قسمت‌های آسیب‌دیده کمک می‌کند.

انواع تقسیم سلولی

 همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم تقسیم سلولی فرایندی است که در آن یک سلول مادر به دو یا چند سلول دختر تقسیم می‌شود. انواع تقسیم سلولی در موجودات مختلف بستگی به نوع سلول و هدف تقسیم دارد. به‌طورکلی، سه نوع تقسیم سلولی وجود دارد که در ادامه به آن می‌پردازیم:

تقسیم دوتایی

تقسیم دوتایی یا شکافت دوتایی (Binary) در سلول‌های پروکاریوتی (بدون هسته) مانند باکتری‌ها انجام می‌شود. در این نوع تقسیم، DNA حلقه‌ای سلول به‌صورت خودکار، دو نسخه کپی تولید می‌کند و به دو طرف سلول منتقل می‌شود. سپس غشای سلول در نقطه وسط شروع به جدا شدن می‌کند و دو سلول دختر یکسان با DNA یکسان را ایجاد می‌کند.

تقسیم میتوز

تقسیم میتوز در سلول‌های یوکاریوتی (با هسته) مانند جانوران و گیاهان انجام می‌شود. در این نوع تقسیم، DNA سلول در قالب کروموزوم‌ها در هسته قرار دارد. در طی این فرایند، ابتدا DNA کپی می‌شود و کروموزوم‌ها دوباره بسته‌بندی می‌شوند سپس کروموزوم‌های کپی شده به‌صورت جفت‌جفت در خط وسط سلول قرار می‌گیرند و با کمک الیاف پروتئینی (دوک تقسیم) به دو طرف سلول کشیده می‌شوند. در نهایت غشای هسته و غشای سلول دو نیمه می‌شود و دو سلول دختر با DNA یکسان و تعداد کروموزوم‌های برابر با سلول مادر را تشکیل می‌دهد. تقسیم میتوز برای رشد، ترمیم و نگهداری بافت‌ها لازم است.

تقسیم میوز

تقسیم میوز نیز در سلول‌های یوکاریوتی انجام می‌شود، اما فقط در بافت‌های تولید گامت (اسپرم و تخمک) در جانوران و بافت‌های تولید بذر (گرده) در گیاهان رخ می‌دهد. در این نوع تقسیم، DNA سلول ابتدا کپی می‌شود و کروموزوم‌ها دوباره بسته‌بندی می‌شوند. سپس دو فاز تقسیم پشت سر هم رخ می‌دهد: فاز اول که در آن کروموزوم‌های جفت شده (با اطلاعات ژنتیکی مشابه) به دو طرف سلول کشیده می‌شوند و دو سلول دختر با تعداد کروموزوم‌های برابر با سلول مادر ایجاد می‌شوند. فاز دوم که در آن کروموزوم‌های کپی شده به دو طرف سلول کشیده می‌شوند و چهار سلول دختر با نصف تعداد کروموزوم‌های سلول مادر ایجاد می‌شوند. تقسیم میوز برای تولید گامت‌ها و حفظ تعداد کروموزوم‌ها در نسل‌های بعدی لازم است.

تقسیم سلولی پروکاریوت‌ها

تقسیم سلولی در پروکاریوت‌ها یک فرایند ساده است که شکافت دوتایی نامیده می‌شود. پروکاریوت‌ها ارگانیسم ساده‌ای هستند که تنها یک غشا دارند و هیچ تقسیم‌بندی ارگان‌های داخلی ندارند. بنابراین، هنگامی‌که یک سلول پروکاریوت تقسیم می‌شود، DNA حلقه‌ای پروکاریوت کپی می‌شود و به دو نسخه تقسیم می‌شود. سپس غشای سلولی و دیواره‌ی سلول در نقطه‌ای که بین دو DNA قرار دارد اضافه می‌شود و سلول را به دو سلول دختر تقسیم می‌کند. این سلول‌ها همان اطلاعات ژنتیکی سلول مادر خود را دارند. این فرآیند در تصویر زیر قابل‌مشاهده است.

تقسیم سلولی یوکاریوت‌ها

تقسیم سلولی یوکاریوت‌ها فرایندی است که در آن یک سلول با هسته پوشیده به دو یا چند سلول دیگر تقسیم می‌شود. تقسیم سلولی یوکاریوت‌ها دو نوع متفاوت دارد:

• میتوز یا رشتمان
• میوز یا کاستمان

همان‌طور که قبلاً اشاره کردیم تقسیم سلولی (میتوز) در یوکاریوت‌ها بخش کوچکی از یک چرخه بزرگ‌تر به نام چرخه سلولی است. در اینجا مختصری از چرخه سلولی را توضیح می‌دهیم و سپس به تقسیم سلولی میتوز می‌پردازیم.

چرخه سلولی

چرخه سلولی مجموعه‌ای منظم از رویدادها است که شامل رشد سلولی و تقسیم سلولی می‌شود و دو سلول دختر جدید تولید می‌کند. سلول‌هایی که در مسیر تقسیم سلولی قرار دارند از طریق یک سری مراحل رشد، تکثیر DNA و تقسیم که دقیقاً زمان‌بندی‌شده و با دقت تنظیم‌شده‌اند، پیش می‌روند که دو سلول ژنتیکی یکسان را تولید می‌کنند. چرخه سلولی دارای دو فاز اصلی اینترفاز و میتوزی است. در طول اینترفاز، سلول رشد می‌کند و DNA تکثیر می‌شود. در مرحله میتوزی، DNA تکثیرشده و محتویات سیتوپلاسمی جداشده و سلول تقسیم می‌شود.

در ادامه با مراحل چرخه سلولی بیشتر آشنا می‌شویم.

اینترفاز

در طول اینترفاز، سلول تحت فرآیندهای طبیعی قرار می‌گیرد و درعین‌حال برای تقسیم سلولی نیز آماده می‌شود. برای اینکه یک سلول از فاز اینترفاز به فاز میتوزی حرکت کند، بسیاری از شرایط داخلی و خارجی باید فراهم شود. سه مرحله اینترفاز G1 ،S  و G2 نامیده می‌شوند.

فاز G1، وقفه ی اول

اولین مرحله تقسیم سلولی در بخش اینترفاز، فاز G1 است. در مرحله G1 سلول ازنظر متابولیکی فعال است و به‌طور مداوم رشد می‌کند اما DNA خود را تکثیر نمی‌کند. سلول در این مرحله تمهیدات و انرژی لازم را برای تکثیر DNA فراهم می‌کند.

فاز S

فاز S یا فاز سنتز، دوره‌ای را نشان می‌دهد که طی آن سنتز یا همانندسازی DNA انجام می‌شود. در این مدت مقدار DNA در هر سلول دو برابر می‌شود. اگر مقدار اولیه DNA با C2 نشان داده شود، به C4 افزایش می‌یابد. بااین‌حال، هیچ افزایشی در تعداد کروموزوم وجود ندارد. اگر سلول دارای تعداد کروموزوم دیپلوئید یا n2 در G1 باشد، حتی پس از فاز S، تعداد کروموزوم‌ها ثابت می‌ماند، یعنی n2 .

در این مرحله دو نسخه یکسان از هر کروموزوم (کروماتیدهای خواهر) تشکیل می‌شود که به آن کروموزوم مضاعف یا تکراری گفته می‌شود که در ناحیه سانترومر به هم متصل شده‌اند. سانتروزوم نیز به دو نسخه تکثیر می‌شود و دوک میتوزی که برای حرکت کروموزوم‌ها در طی میتوز لازم است را تشکیل می‌دهد.

هر سانتروزوم از یک جفت سانتریول استوانه‌ای عمود بر هم تشکیل‌شده است. سانتریول‌ها در سلول‌های جانوری وجود دارند و بسیاری از گونه‌های یوکاریوتی مانند گیاهان و بیشتر قارچ‌ها فاقد آن‌ها هستند.

فاز G2، وقفه ی دوم

 سلول در طول فاز G2 تغییرات متابولیک، مواد سیتوپلاسمی لازم برای میتوز و سیتوکینز را جمع‌آوری می‌کند.

چرخه سلولی تحت کنترل‌های دقیقی است که از تقسیم بیشتر سلول‌های دارای DNA آسیب‌دیده یا معیوب و انتقال نقص به سلول‌های دختر جلوگیری می‌کند. اگر آسیب DNA جبران‌ناپذیر باشد، مرگ سلولی کنترل‌شده (آپوپتوز) آغاز می‌شود. اختلالات این مکانیسم‌های تنظیمی نقش مهمی در سرطان‌زایی دارند.

میتوز

 میتوز درواقع بخشی از چرخه سلولی است. میتوز یک نوع تقسیم سلولی که در آن یک سلول به دو سلول دختر با تعداد و ساختار کروموزوم‌های یکسان با سلول مادر تقسیم می‌شود. میتوز در سلول‌های سوماتیک (غیرجنسی) یوکاریوت‌ها رخ می‌دهد.

نقش تقسیم میتوز

همان‌طور که قبلاً اشاره کردیم تقسیم میتوز در سلول‌های سوماتیک یا پیکری رخ می‌دهد و برای رشد، ترمیم و تولیدمثل غیرجنسی ارگانیسم‌ها اهمیت دارد. در ادامه نقش تقسیم میتوز در هر یک از این فرآیندها توضیح داده‌شده است.

رشد

رشد سلول و تقسیم سلول دو فرآیند مهم در زیست شناسی سلولی هستند که به تکامل و بقای موجودات زنده کمک می‌کنند. رشد سلول به افزایش تعداد یاخته، اندامک‌ها و ماده‌های ژنتیکی یاخته پیش از تقسیم یاخته اشاره دارد. تقسیم سلول به تولید دو یاخته دختر از یک یاخته مادر اشاره دارد. رشد و تقسیم سلول برای رشد موجودات چند سلولی، بازسازی بافت‌ها، زخم‌ها و برخی پاسخ‌های ایمنی لازم هستند. رشد و تقسیم سلول تحت تأثیر فاکتورهای رشد، سیگنال‌های شیمیایی و محیط خارج از سلول قرار می‌گیرند.

ترمیم

ترمیم و تقسیم سلولی فرآیندهای مرتبطی هستند که در موجودات چند سلولی رخ می‌دهند. ترمیم فرآیند بازیابی سلول‌ها یا بافت‌های آسیب‌دیده یا ازدست‌رفته مانند بریدگی‌ها، زخم‌ها یا استخوان‌های شکسته است. تقسیم سلولی فرآیند تولید سلول‌های جدید از سلول‌های موجود با تقسیم آن‌ها به دو نسخه یکسان است. تقسیم سلولی هم برای رشد و هم برای ترمیم ضروری است، زیرا به ارگانیسم‌های چند سلولی اجازه می‌دهد تعداد سلول‌های خود را افزایش دهند و سلول‌های آسیب‌دیده یا قدیمی را جایگزین کنند.

تولید مثل غیرجنسی

تولیدمثل غیرجنسی نوعی تولیدمثل است که شامل آمیختگی گامت‌ها یا تغییر در تعداد کروموزوم‌ها نمی‌شود. فرزندانی که از طریق تولیدمثل غیرجنسی از موجودات تک‌سلولی یا چند سلولی به وجود می‌آیند، مجموعه کامل ژن‌های تک‌سلولی خود را به ارث می‌برند و بنابراین فرد تازه ایجادشده ازنظر ژنتیکی و فیزیکی شبیه والد است.

مراحل تقسیم سلولی میتوز

میتوز شامل چهار مرحله اصلی است: پروفاز، متافاز، آنافاز و تلوفاز. در هر مرحله از مراحل تقسیم سلولی میتوز، کروموزوم‌ها و سانتروزوم‌ها  به قطب‌های سلول حرکت و تغییر شکل می‌دهند تا به دو هسته جدید منتقل شوند.

پروفاز

در این مرحله از مراحل تقسیم سلولی میتوز، کروموزوم‌ها که قبلاً در مرحله اینترفاز دو برابر شده‌اند، فشرده و قابل‌رؤیت می‌شوند. هر کروموزوم شامل دو کروماتید خواهری است که به سانترومر متصل هستند. همچنین، غشای هسته ناپدیدشده و سانتروزوم‌ها به دو طرف سلول حرکت می‌کنند و الیاف پروتئینی به نام دوک تقسیم را تشکیل می‌دهند.

متافاز

در این مرحله، کروموزوم‌ها در صفحه‌ی وسط سلول قرار می‌گیرند و از طریق سانترومر به الیاف دوک تقسیم متصل می‌شوند.

آنافاز

در این مرحله، الیاف دوک تقسیم کشیده شده و کروماتیدهای خواهری را از هم جدا کرده و به دو طرف سلول (قطب‌های سلول) کشیده می‌شوند. هر قطب حالا یک نسخه از هر کروموزوم را دارد.

تلوفاز

این مرحله، آخرین مرحله تقسیم سلولی میتوز است که در آن، الیاف دوک تقسیم تجزیه‌شده و غشای هسته دور هر گروه کروموزوم تشکیل می‌شود. کروموزوم‌ها نیز بازشده و غیرقابل رؤیت می‌شوند. درنهایت، سلول به دو سلول جدید دارای هسته‌ای ازنظر ژنتیکی یکسان، تقسیم‌شده است.

به‌علاوه، در پایان تقسیم میتوز، یک فرایند دیگر به نام سیتوکینز رخ می‌دهد که در آن سیتوپلاسم و ارگان‌های سلولی به دو سلول جدید تقسیم می‌شوند.

همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم، علاوه بر میتوز، که در آن، عدد کروموزومی و محتوای ژنتیک سلول‌های دختری، مشابه سلول مادری است، تقسیم دیگری برای گامت‌زایی به اسم میوز در سلول‌های جنسی رخ می‌دهد که در ادامه با آن بیشتر آشنا می‌شویم.

تقسیم سلولی میوز

 نوعی تقسیم سلولی که در آن یک سلول به چهار سلول دختری با نصف تعداد کروموزوم‌های سلول مادری تقسیم می‌شود. میوز در سلول‌های جنسی (گامت‌ها) یوکاریوت‌ها رخ می‌دهد و برای تولید زاده‌هایی با تنوع ژنتیکی بالا لازم است.

چه زمانی میوز اتفاق می‌افتد؟

به‌طورکلی، میوز در جانوران در دو زمان اتفاق می‌افتد:

• در زمان تکامل جنین (گامتوژنز)
• در زمان بلوغ جنسی (تولید گامت)

گامتوژنز

در گامتوژنز، سلول‌های اولیه گامت (PGC) که از بلاستوسیست جداشده‌اند، به سمت گنادها (بیضه یا تخمدان) حرکت می‌کنند و در آنجا با تقسیم میتوز، سلول‌های پایه گامت را تشکیل می‌دهند. این سلول‌ها دارای دو نسخه از هر کروموزوم هستند و به‌عبارت‌دیگر دیپلوئید هستند.

بلوغ جنسی

در بلوغ جنسی، سلول‌های پایه گامت با تقسیم میوز، گامت‌های هاپلوئید را تولید می‌کنند که فقط دارای یک نسخه از هر کروموزوم هستند. در جانوران با لقاح خارجی، گامت‌های نر و ماده با لقاح خارج از بدن، باهم ترکیب‌شده و زیگوت را ایجاد می‌کنند. در جانوران با لقاح داخلی، لقاح در داخل رحم صورت می‌گیرد.

بسته به نحوه تشکیل گامت‌ها، میوز را به دو نوع اسپرماتوژنز و آئوژنز تقسیم می‌کنند. اسپرماتوژنز فرآیند تشکیل اسپرم (گامت نر) است که در بالغین نر بلافاصله بعد از بلوغ شروع‌شده و در تمام طول عمر حفظ می‌شود. آئوژنز فرآیند تشکیل تخمک (گامت ماده) است که در بالغین ماده با فاصله ی زمانی خاص (چرخه قاعدگی) اتفاق می‌افتد.

مراحل تقسیم سلولی میوز

تقسیم میوز یک فرایند سلولی است که در آن سلول‌های جنسی یا گامت‌ها با نصف تعداد کروموزوم‌های سلول مادر تولید می‌شوند. تقسیم میوز شامل دو مرحله است: میوز ۱ و میوز ۲. هر مرحله، خود از چهار فاز تشکیل‌شده است: پروفاز، متافاز، آنافاز و تلوفاز. درادامه جزئیات مراحل تقسیم سلولی میوز توضیح داده‌شده است:

میوز 1

پروفاز 1

در این فاز، کروموزوم‌های همتا (همولوگ) به هم نزدیک شده و باهم جفت می‌شوند. این جفت‌شدن باعث انتقال قطعات DNA بین کروموزوم‌های همولوگ می‌شود که به آن تقاطع (کیاسما) گفته می‌شود. کیاسما باعث افزایش تنوع ژنتیکی در گامت‌ها می‌شود. پروفاز ۱ خود شامل پنج زیرفاز است: لپتوتن، زیگوتن، پاکی‌تین، دیپلوتن و دیاکینز.

متافاز 1

در این فاز، کروموزوم‌های همولوگ به صورت تصادفی در خط مرکزی سلول قرار می‌گیرند. این قرارگیری نیز بر تنوع ژنتیکی تأثیر دارد.

آنافاز 1

در این فاز، کروموزوم‌های همولوگ از هم جداشده و به قطب‌های مخالف سلول حرکت می‌کنند. هر قطب حاوی نصف تعداد کروموزوم‌های سلول اولیه است.

تلوفاز 1

در این فاز، پوشش هسته دوباره شکل می‌گیرد و سلول به دو سلول دختر با نصف تعداد کروموزوم تقسیم می‌شود. سلول‌های دختر هنوز دارای کروماتیدهای خوشه‌ای هستند.

میوز 2

پروفاز 2

در این فاز، پوشش هسته دوباره حل می‌شود و کروماتیدهای خوشه‌ای به سمت خط مرکزی سلول حرکت می‌کنند.

متافاز 2

در این فاز، کروماتیدهای خوشه‌ای به‌صورت روبرو در خط مرکزی سلول قرار می‌گیرند.

آنافاز 2

در این فاز، کروماتیدهای خوشه‌ای از هم جداشده و به قطب‌های مخالف سلول حرکت می‌کنند. هر قطب حاوی یک کروموزوم از هر جفت همولوگ است.

تلوفاز 2

در این فاز، پوشش هسته دوباره شکل می‌گیرد و سلول به دو سلول دختر با نصف تعداد کروموزوم تقسیم می‌شود. در نهایت، از یک سلول مادر چهار سلول دختر هاپلوئید تولید می‌شود.

تفاوت تقسیم سلولی میتوز و میوز

تفاوت مهم بین میتوز و میوز در زیر ذکرشده است:

جمع‌بندی

در این مطلب با تقسیم سلولی در موجودات زنده، اهمیت تقسیم سلولی و انواع آن آشنا شدیم. همچنین تفاوت‌ها و شباهت‌های انواع تقسیم سلولی و عملکرد هر یک در بدن موجودات زنده را بررسی کردیم و با توضیح دقیق هر نوع از تقسیم، اهمیت مراحل تقسیم سلولی را درک کردیم. تقسیم سلولی برای رشد و بقای موجود زنده ضروری است از طرفی وجود نقص در هر بخش از یک چرخه سلولی سبب بروز بیماری می‌شود.