تقسیم میتوز چیست؟ – به زبان ساده

عملکرد میتوز

تقسیم میتوز که یک فرایند حیاتی در تمام سلول‌های زنده به شمار می‌آید، عملکردهای مهمی را در ارگانیسم‌های زنده بر عهده دارد که در ادامه به معرفی این عملکردها می‌پردازیم.

رشد

حیات در ارگانیسم‌های چند سلولی، همیشه از یک سلول واحد آغاز می‌شود که از دو سلول گامت به وجود می‌آید. این سلول واحد که زیگوت نام دارد، تمام DNA لازم برای ایجاد یک ارگانیسم کامل را دارد و برای تبدیل شدن به یک ارگانیسم باید تعداد بیشتری سلول تولید شود. هدف از تقسیم میتوز در ارگانیسم‌های مختلف تولید سلول‌های بیشتر است. پس از دور اول میتوز، فقط دو سلول به وجود می‌آیند.

فیلم آموزش زیست‌ شناسی سلولی در فرادرس

کلیک کنید

این سلول‌ها هر دو تحت تقسیم میتوز قرار می‌گیرند و 4 سلول جدید را تولید می‌کنند. همین روند ادامه پیدا می‌کند تا زمانی که یک کره کوچک و توخالی از سلول‌‌ها به نام بلاستولا (Blastula) تشکیل می‌شود. هرچه تعداد سلول‌های بیشتری ایجاد شود، این کره بزرگ‌تر می‌شود. این سلول‌ها شروع به تمایز می‌کنند، که به آن‌ها امکان می‌دهد بتوانند به سلول‌هایی با عملکرد اختصاصی تبدیل شوند و کار‌های ویژه‌ای را در بدن انجام دهند. سرانجام، یک ارگانیسم کاملاً عملکردی ایجاد شده که می‌تواند به صورت یک ارگانیسم کامل متولد شود.

ترمیم بافت‌های آسیب دیده

دومین عملکرد مهم میتوز، ترمیم است. وقتی ارگانیسم دچار جراحت می‌شود، در واقع سلول‌های آن آسیب می‌بینند. این آسیب می‌تواند یک آسیب جسمی ‌مانند برش یا آسیب حاصل از منابع محیطی مانند خورشید باشد. در هر صورت، سلول‌های آسیب دیده نیاز به تعویض یا ترمیم دارند. سلول‌های اطراف محل آسیب دیدگی، با تشخیص سلول‌های همسایه خود، مسیر‌های شروع روند میتوز را فعال می‌کنند. سرانجام سلول‌های جدید در این ناحیه شروع به تکثیر می‌کنند و ناحیه آسیب با سلول‌های جدید جایگزین می‌شوند. برخی ارگانیسم‌ها می‌توانند از این طریق، اندام‌های بدن خود را بازسازی کنند. مارمولک‌ها، خرچنگ‌ها و بسیاری از حیوانات دیگر می‌توانند حتی با از دست دادن برخی از اندام‌های بدن خود مانند دم، دست‌ها و پاها به زندگی خود ادامه دهند، زیرا این اندام‌ها از طریق میتوز دوباره قابل تشکیل هستند.

مراحل تقسیم میتوز

اینترفاز (Interphase) مرحله‌ای است که اگرچه از نظر فنی جزئی از میتوز نیست، اما اینترفاز، میتوز را شروع کرده و پایان می‌دهد. در واقع اینترفاز بخشی از چرخه سلولی است که در آن سلول رشد کرده و DNA را تکثیر می‌کند. پس از تولید مجموعه‌ای از DNA یکسان، سلول وارد تقسیم میتوز می‌شود.

پروفاز

پروفاز (Prophase) اولین مرحله در تقسیم میتوز است. در طی پروفاز، DNA متراکم می‌شود. در طول مرحله اینترفاز، هنگامی‌ که DNA تکثیر می‌شود، در حالت غیرمتراکم و باز قرار می‌گیرد تا آنزیم‌ها بتوانند کار خود را روی DNA انجام دهند و یک رشته جدید ایجاد کنند.

پرومتافاز

متافاز

در طی «متافاز» (Metaphase)، میکروتوبول‌ها شروع به کشیدن کروموزوم‌‌ها می‌کنند. هر طرف با نیروی برابر می‌کشد و کروموزوم‌ها در وسط سلول قرار می‌گیرند. به این منطقه صفحه متافاز گفته می‌شود. سلول‌هایی که در صفحه متافاز قرار گرفته‌اند، دو نسخه کامل از DNA را نشان می‌دهند. هر كروموزوم در كنار كروماتید خواهری خود یا رشته DNA كلون شده قرار دارد. به این ترتیب، وقتی میکروتوبول‌ها کروموزوم‌ها را از هم جدا می‌کنند، هر سلول یک ژنوم عملکردی کامل را بدست می‌آورد. در زیر تصویری از یک سلول در مرحله متافاز آمده است.

آنافاز

کروماتید‌های خواهری، کلون‌های یکسان از بخش‌های مختلف یک DNA هستند که از طریق  سانترومر‌های خود به هم وصل می‌شوند. در طی مرحله «آنافاز» (Anaphase) میتوز، پروتئین‌هایی که این کروماتید‌ها را به هم وصل می‌کنند از بین می‌روند. در این حالت هر کدام از کروماتیدهای خواهری به عنوان یک کروموزوم شناخته می‌شوند که می‌توانند به وسیله میکروتوبول‌ها به دو قطب سلول حرکت کنند. در تصویر بالا دو کروموزوم سفید و دو کروموزوم خاکستری وجود دارند. در طی آنافاز پروتئین‌های بین دو کروماتید خواهری در هر کروموزوم تجزیه می‌شوند. پس از جدا شدن کروماتید‌ها، در سلول فوق 8 کروموزوم منفرد ایجاد می‌شوند. در مرحله بعد، این کروموزوم‌ها از هم جدا می‌شوند تا در هر سلول 4 کروموزوم قرار گیرد، این تعداد کروموزوم مطابق با تعداد کروموزوم سلول اولیه قبل از تقسیم است.

تلوفاز

فیلم آموزش تلوفاز و بازسازی هسته در فرادرس

کلیک کنید

سیتوکینز

در حالت کلی، سیتوکینز یک مرحله از میتوز نیست، بلکه آغاز اینترفاز چرخه سلولی بعدی به شمار می‌آید.

تنظیم چرخه سلولی و سرطان

رویداد‌های مختلف چرخه سلولی کاملاً تنظیم می‌شوند. در صورت بروز خطا‌ها در هر مرحله از چرخه سلولی، سلول می‌تواند جلوی پیشرفت تقسیم سلولی را بگیرد. چنین مکانیسم‌های نظارتی به عنوان نقاط کنترل چرخه سلولی شناخته شده‌اند. سه مرحله بازرسی یا کنترل در مراحل G2 ،G1 و M (مراحل رشد اول، دوم و مرحله تقسیم میتوز) وجود دارند.

فیلم آموزش زیست‌ شناسی سلولی در فرادرس

کلیک کنید

DNA آسیب دیده پیشرفت چرخه سلولی را در مرحله G1 متوقف می‌کند و اطمینان می‌دهد که یک سلول با DNA آسیب دیده تولید نخواهد شد. نقطه کنترل G2 به DNA‌ای که به صورت نادرست همانند سازی شده یا آسیب دیده پاسخ می‌دهد و از ورود سلول‌ها به فاز میتوز جلوگیری می‌کند تا زمانی که DNA به طور صحیح تکثیر شود یا تا زمانی که آسیب DNA ترمیم شود. نقطه کنترل فاز میتوز می‌تواند چرخه سلولی را در متافاز متوقف کند. این نقطه کنترل اطمینان حاصل می‌کند که تمام کروماتید‌های خواهری به درستی به دوک میتوزی متصل شده‌اند و کروماتید‌های خواهری به سمت قطب مخالف سلول حرکت می‌کنند.

ارتباط بین چرخه سلولی و سرطان منجر به ایجاد گروهی از دارو‌های سرطانی شده است که به طور ویژه سلول‌های سرطانی را در طول میتوز هدف قرار می‌دهند. براساس مطالعات انجام شده که نتایج آن در سال 2012 در مجله (Cell Death & Disease) منتشر شده است، این استراتژی شامل نگه داشتن طولانی مدت سلو‌ل‌ها در مرحله میتوز است که منجر به مرگ سلول میتوزی می‌شود.

در تلاش برای یافتن راه حل‌‌های جایگزین، محققان به دنبال ایجاد دارو‌هایی هستند که بتوانند بخش‌های دیگر میتوز را هدف قرار ‌دهند. در سال 2016، سازمان غذا و داروی امریکا (FDA) استفاده از داروی جدید «پالبوسیکلیب» (Palbociclib) را به همراه دارو‌های ضد سرطان موجود برای درمان برخی از سرطان‌های پستان تصویب کرد. براساس مقاله‌ای که در سال 2017 در ژورنال «Nature Review Cancer» منتشر شده است، پالبوسیکلیب با نگه داشتن سلول‌های سرطانی در فاز G1 کار می‌کند.

براساس گزارش‌های موجود در مجلات معتبر، ترکیبات آزمایش شده در کارآزمایی‌های بالینی تاکنون موفقیت‌هایی داشته‌اند اما به اندازه سموم میکروتوبول در حذف سلول‌های سرطانی مؤثر نبوده‌اند. با این وجود، هدف قرار دادن میتوز در درمان سرطان همچنان یک موضوع جذاب برای تحقیق به شمار می‌آید.

اصطلاحات مرتبط با تقسیم سلولی میتوز

• چرخه سلولی (Cell Cycle): در یوکاریوت‌‌ها، چرخه سلولی شامل اینترفاز و میتوز است که برخی از سلول‌‌ها بعد از میتوز ممکن است به حالت سومی (G0) وارد شوند که برای همیشه چرخه سلولی در آن‌ها متوقف می‌شود. این اتفاق در سلول‌های مغزی، میوسیت‌ها و برخی دیگر از سلول‌ها اتفاق می‌افتد.
• سیتوپلاسم (Cytoplasm): مایع اطراف DNA در سلول‌ها پروکاریوتی و مایع اطراف هسته در سلول‌های یوکاریوتی را سیتوپلاسم می‌گویند.
• میکروتوبول‌ها (Microtubules): ساختار‌های کوچک در سیتوپلاسم سلول‌های ساخته شده از پروتئین‌ها که به سلول اجازه می‌دهند اندامک‌ها و کروموزوم‌‌های مختلفی را جابجا کند.
• تقسیم دوتایی یا شکافت دوتایی یاخته (Binary Fission): فرایندی که در طول تولید مثل غیرجنسی صورت می‌گیرد و اغلب در باکتری‌ها اتفاق می‌افتد. در طول تقسیم دوتایی یک ارگانیسم به دو ارگانیسم مستقل تبدیل می‌شود.