Δυαδική σχάση και μίτωση, ομοιότητες και διαφορές

Η δυαδική σχάση, η μίτωση και η μείωση είναι οι κύριες μορφές κυτταρικής διαίρεσης. Η δυαδική σχάση και η μίτωση είναι μορφές ασεξουαλικής αναπαραγωγής, στις οποίες το μητρικό κύτταρο διαιρείται για να σχηματίσει δύο πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα. Η μείωση, από την άλλη πλευρά, είναι μια μορφή σεξουαλικής αναπαραγωγής κατά την οποία ένα κύτταρο διαιρεί και διανέμει το γενετικό του υλικό μεταξύ των δύο θυγατρικών κυττάρων.

Η κύρια διαφορά μεταξύ δυαδικής σχάσης και μίτωσης

Ενώ τόσο η δυαδική σχάση όσο και η μίτωση είναι μορφές κυτταρικής διαίρεσης που διπλασιάζουν κύτταρα, η δυαδική σχάση είναι η κυρίαρχη μορφή αναπαραγωγής προκαρυωτικών οργανισμών , ενώ η μίτωση εμφανίζεται σε ευκαρυωτικά κύτταρα , όπως τα φυτικά κύτταρα και τα ζώα.

Μια άλλη διαφορά μεταξύ των δύο μορφών κυτταρικής διαίρεσης είναι ότι στη δυαδική σχάση τα διαιρούμενα κύτταρα στερούνται πυρήνα , ενώ στη μίτωση το διαιρούμενο κύτταρο έχει έναν πυρήνα . Για να κατανοήσουμε καλύτερα τις διαδικασίες, ας δούμε μερικά από τα χαρακτηριστικά των προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων.

προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά κύτταρα

• Οι προκαρυωτικοί οργανισμοί είναι απλά κύτταρα που στερούνται πυρήνα (μια δομή που φιλοξενεί το γενετικό υλικό του κυττάρου) και οργανίδια (ενσωματωμένες δομές στο κυτταρόπλασμα που έχουν διαφορετικές λειτουργίες, ανάλογα με τον τύπο του κυττάρου). Το DNA σας (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) αποτελείται από ένα ή δύο κυκλικά  χρωμοσώματα .
• Τα ευκαρυωτικά κύτταρα , αντίθετα, είναι πολύπλοκα κύτταρα που έχουν πυρήνα και οργανίδια και το DNA τους αποτελείται από πολλαπλά γραμμικά χρωμοσώματα.

Και στους δύο τύπους κυττάρων το DNA αντιγράφεται και διαχωρίζεται για να σχηματίσει νέα κύτταρα και το κυτταρόπλασμα διαιρείται στη διαδικασία αναπαραγωγής για να σχηματίσει θυγατρικά κύτταρα μέσω κυτταροκίνησης ή κυτταροκίνησης. Και στις δύο διαδικασίες, εάν πάνε ομαλά, τα θυγατρικά κύτταρα περιέχουν ένα ακριβές αντίγραφο του DNA του μητρικού κυττάρου.

Στα βακτηριακά κύτταρα, η διαδικασία κυτταρικής διαίρεσης είναι απλούστερη, γεγονός που καθιστά τη δυαδική σχάση ταχύτερη από τη μίτωση. Επειδή ένα βακτηριακό κύτταρο είναι από μόνο του ένας ανεξάρτητος οργανισμός, η δυαδική σχάση είναι μια μορφή αναπαραγωγής . Ενώ υπάρχουν ορισμένοι μονοκύτταροι ευκαρυωτικοί οργανισμοί, η μίτωση είναι κυρίως ένας μηχανισμός ανάπτυξης και επιδιόρθωσης των ιστών, παρά ένας αναπαραγωγικός μηχανισμός του οργανισμού.

Ενώ τα σφάλματα στην αντιγραφή του DNA στη δυαδική σχάση είναι ένας τρόπος εισαγωγής γενετικής ποικιλότητας σε προκαρυωτικούς οργανισμούς, τα σφάλματα στη μίτωση μπορεί να προκαλέσουν σοβαρά προβλήματα σε οργανισμούς με ευκαρυωτικά κύτταρα. για παράδειγμα, μπορεί να προκαλέσουν καρκίνο. Η μίτωση περιλαμβάνει έναν μηχανισμό ελέγχου της αντιγραφής του DNA για να διασφαλιστεί ότι και τα δύο αντίγραφα είναι πανομοιότυπα. Η γενετική διαφοροποίηση των ευκαρυωτικών οργανισμών δημιουργείται μέσω της μείωσης, της δημιουργίας γαμετών στη σεξουαλική αναπαραγωγή.

Η διαδικασία της δυαδικής σχάσης

Αν και ένα βακτηριακό κύτταρο στερείται πυρήνα, το γενετικό του υλικό βρίσκεται σε μια ειδική περιοχή του κυττάρου που ονομάζεται νουκλεοειδές. Το αντίγραφο των χρωμοσωμάτων, τα οποία έχουν κυκλικό σχήμα, ξεκινούν από μια συγκεκριμένη θέση στο κύτταρο που ονομάζεται αρχή αντιγραφής και εξελίσσονται σε αντίθετες κατευθύνσεις, δημιουργώντας δύο θέσεις αντιγραφής. Καθώς η διαδικασία αντιγραφής προχωρά, αυτές οι θέσεις αντιγραφής διαχωρίζονται, κάτι που με τη σειρά του διαχωρίζει τα χρωμοσώματα. Στη συνέχεια το κύτταρο επιμηκύνεται και παίρνει ένα οβάλ σχήμα.

Υπάρχουν διάφορες μορφές δυαδικής σχάσης. Το κελί μπορεί να διαιρεθεί κατά τον εγκάρσιο άξονά του (ο συντομότερος άξονας του ωοειδούς σχήματός του, βλέπε παραπάνω σχήμα), κατά μήκος του διαμήκους άξονά του (ο μεγαλύτερος άξονας), λαμβάνοντας μια ορισμένη κλίση ως προς τους άξονες ή σε άλλη κατεύθυνση (απλή σχάση ). Η κυτταροκίνηση μετακινεί το κυτταρόπλασμα προς τα χρωμοσώματα.

Όταν ολοκληρωθεί η αντιγραφή, σχηματίζεται ένα διαχωριστικό επίπεδο που ονομάζεται διάφραγμα , το οποίο διαχωρίζει φυσικά το κυτταρόπλασμα των νέων κυττάρων, όπως φαίνεται στο επάνω σχήμα. Στη συνέχεια σχηματίζεται ένα κυτταρικό τοίχωμα κατά μήκος του διαφράγματος και το μητρικό κύτταρο καταρρέει στην περιοχή του νέου κυτταρικού τοιχώματος, σχηματίζοντας θυγατρικά κύτταρα.

Δεν είναι δυνατόν να γενικεύσουμε και να επιβεβαιώσουμε ότι η δυαδική σχάση συμβαίνει μόνο σε προκαρυωτικούς οργανισμούς. Ορισμένα οργανίδια σε ευκαρυωτικά κύτταρα, όπως τα μιτοχόνδρια, διαιρούνται επίσης με δυαδική σχάση. Επίσης ορισμένα ευκαρυωτικά κύτταρα διαιρούνται με δυαδική σχάση. Για παράδειγμα, τα φύκια και τα σπορόζωα (μονοκύτταροι παρασιτικοί μικροοργανισμοί) μπορούν να διαιρεθούν με πολλαπλή δυαδική σχάση, στην οποία σχηματίζονται πολλά αντίγραφα ενός κυττάρου ταυτόχρονα.

Η διαδικασία της μίτωσης

Η μίτωση είναι μέρος του κυτταρικού κύκλου ενός ευκαρυωτικού κυττάρου. Η διαδικασία της μίτωσης είναι πολύ πιο περίπλοκη από αυτή της δυαδικής σχάσης, αντανακλώντας τη σύνθετη φύση των ευκαρυωτικών κυττάρων. Αναπτύσσεται σε πέντε φάσεις: πρόφαση, προμετάφαση, μετάφαση, ανάφαση και τελόφαση. Ας δούμε μερικά από τα γενικά χαρακτηριστικά κάθε φάσης.

1. Πρόφαση Στην προφάση, τα γραμμικά χρωμοσώματα αντιγράφονται και συμπυκνώνονται στην αρχή της μίτωσης.
2. Προμεταφάση Στην προμεταφάση, η πυρηνική μεμβράνη και το νουκλεοειδές αποσυντίθενται. Οι ίνες αναδιατάσσονται για να σχηματίσουν μια δομή που ονομάζεται μιτωτική άτρακτος.
3. Οι μικροσωληνίσκοι μετάφασης βοηθούν στην ευθυγράμμιση των χρωμοσωμάτων της μιτωτικής ατράκτου στη μετάφαση. Μοριακές διεργασίες αναπτύσσονται στο DNA για να επαληθευτεί ότι τα αναδιπλασιαζόμενα χρωμοσώματα ευθυγραμμίζονται με τη σωστή θέση στο κύτταρο.
4. Αναφάση Στην ανάφαση η μιτωτική άτρακτος διαχωρίζει τα δύο σετ αναδιπλασιαζόμενων χρωμοσωμάτων.
5. Τελόφαση Στην τελόφαση, οι άτρακτοι και τα χρωμοσώματα μετακινούνται σε αντίθετες πλευρές του κυττάρου και μια πυρηνική μεμβράνη σχηματίζεται γύρω από κάθε δέσμη γενετικού υλικού. Στη συνέχεια, η κυτταροκίνηση διαιρεί το κυτταρόπλασμα και μια κυτταρική μεμβράνη διαχωρίζει το υλικό που θα αποτελέσει τα δύο νέα κύτταρα. Εάν δεν συμβεί κυτταροκίνηση, θα έχετε ένα κύτταρο με δύο πυρήνες, κάτι που βρίσκεται σε ορισμένους ιστούς.

Σύγκριση των διεργασιών δυαδικής σχάσης και μίτωσης

Για να διευκρινιστούν οι βασικές πτυχές των διαδικασιών κυτταρικής διαίρεσης, παρουσιάζεται παρακάτω ένας πίνακας με τις ομοιότητες και τις διαφορές μεταξύ της δυαδικής σχάσης και της μίτωσης.

Σύνοψη βασικών πτυχών της δυαδικής σχάσης και της μίτωσης

• Η δυαδική σχάση και η μίτωση είναι μορφές ασεξουαλικής αναπαραγωγής στις οποίες ένα γονικό κύτταρο διαιρείται για να σχηματίσει δύο πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα.
• Η δυαδική σχάση συμβαίνει κυρίως σε προκαρυωτικούς οργανισμούς, βακτήρια, ενώ η μίτωση εμφανίζεται μόνο σε ευκαρυωτικά κύτταρα, όπως τα φυτικά κύτταρα και τα ζωικά κύτταρα.
• Η δυαδική σχάση είναι μια απλούστερη και ταχύτερη διαδικασία από τη μίτωση.
• Η τρίτη κύρια μορφή κυτταρικής διαίρεσης είναι η μείωση. Η μείωση εμφανίζεται μόνο στα σεξουαλικά κύτταρα, στο σχηματισμό γαμετών, και παράγει θυγατρικά κύτταρα με τα μισά χρωμοσώματα του γονικού κυττάρου.

Πηγές

• Carlson, BM Principals of Regenerative Biology . Elsevier Academic Press. 2007.
• Maton, A., Hopkins, JJ, LaHart, S. Quon, Warner, D., Wright, M., Jill, D.  Cells: Building Blocks of Life. Prentice-Hall. 1997.