Skip to main content
Global

10.1: חלוקת תאים

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    205765

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מיומנויות לפיתוח

    • תאר את המבנה של הגנום הפרוקריוטי והאיקריוטי
    • להבחין בין כרומוזומים, גנים ותכונות
    • תאר את מנגנוני דחיסת הכרומוזומים

    להמשכיות החיים מתא אחד למשנהו יש את הבסיס שלו בהתרבות של תאים בדרך של מחזור התא. מחזור התא הוא רצף אירועים מסודר המתאר את שלבי חיי התא החל מחלוקת תא חד הורי ועד לייצור שני תאי בת חדשים. המנגנונים המעורבים במחזור התא מוסדרים מאוד.

    DNA גנומי

    לפני שנדון בצעדים שתא חייב לבצע כדי לשכפל, יש צורך בהבנה מעמיקה יותר של המבנה והתפקוד של המידע הגנטי של התא. ה- DNA של התא, ארוז כמולקולת DNA דו-גדילית, נקרא הגנום שלו. בפרוקריוטים, הגנום מורכב ממולקולת DNA אחת דו-גדילית בצורת לולאה או עיגול (איור\(\PageIndex{1}\)). האזור בתא המכיל חומר גנטי זה נקרא נוקלאואיד. לחלק מהפרוקריוטים יש גם לולאות קטנות יותר של DNA הנקראות פלסמידים שאינן חיוניות לצמיחה תקינה. חיידקים יכולים להחליף פלסמידים אלה עם חיידקים אחרים, לפעמים לקבל גנים חדשים מועילים שהמקבל יכול להוסיף ל- DNA הכרומוזומלי שלהם. עמידות לאנטיביוטיקה היא תכונה אחת שמתפשטת לעתים קרובות דרך מושבה חיידקית באמצעות חילופי פלסמידים.

    האיור מציג תא פרוקריוטי עם כרומוזום יחיד ומעגלי שצף חופשי בציטופלזמה.
    איור\(\PageIndex{1}\): לפרוקריוטים, כולל חיידקים וארכיאה, יש כרומוזום יחיד ומעגלי הממוקם באזור מרכזי הנקרא נוקלאואיד.

    באאוקריוטים, הגנום מורכב מכמה מולקולות DNA לינאריות דו-גדיליות (איור\(\PageIndex{2}\)). לכל מין של אוקריוטים יש מספר אופייני של כרומוזומים בגרעינים של תאיו. לתאי גוף האדם 46 כרומוזומים, בעוד שלגמטות אנושיות (זרע או ביצים) יש 23 כרומוזומים כל אחד. תא גוף טיפוסי, או תא סומטי, מכיל שתי קבוצות תואמות של כרומוזומים, תצורה המכונה דיפלואיד. האות n משמשת לייצוג קבוצה אחת של כרומוזומים; לפיכך, אורגניזם דיפלואידי מיועד 2 n. תאים אנושיים המכילים קבוצה אחת של כרומוזומים נקראים גמטות, או תאי מין; אלה ביצים וזרע, והם מיועדים 1 n, או haploid.

    23 הכרומוזומים מנקבה אנושית צבועים כל אחד בצבע אחר כך שניתן יהיה להבחין ביניהם. במהלך רוב מחזור התא, כל כרומוזום מוארך לחוט דק המתקפל על עצמו, כמו חתיכת ספגטי. הכרומוזומים ממלאים את כל הגרעין הכדורי, אך כל אחד מהם מכיל חלק אחר, וכתוצאה מכך כדור רב צבעוני. במהלך המיטוזה הכרומוזומים מתעבים לסורגים עבים וקומפקטיים, כל אחד בצבע שונה. ניתן לסדר סורגים אלה בסדר מספרי ליצירת קריוטיפ. ישנם שני עותקים של כל כרומוזום בקריוטיפ.
    איור\(\PageIndex{2}\): ישנם 23 זוגות של כרומוזומים הומולוגיים בתא סומטי אנושי נשי. הכרומוזומים המעובים נצפים בתוך הגרעין (למעלה), מוסרים מתא במיטוזה ומתפשטים על שקופית (מימין), ומסודרים באופן מלאכותי לפי אורך (משמאל); סידור כזה נקרא קריוטיפ. בתמונה זו נחשפו הכרומוזומים לכתמי ניאון לצורך בידול הכרומוזומים השונים. שיטת צביעה הנקראת "ציור כרומוזומים" מעסיקה צבעי ניאון המדגישים כרומוזומים בצבעים שונים. (קרדיט: פרויקט הגנום האנושי הלאומי/NIH)

    זוגות כרומוזומים תואמים באורגניזם דיפלואידי נקראים כרומוזומים הומולוגיים ("אותו ידע"). כרומוזומים הומולוגיים הם באותו אורך ויש להם מקטעי נוקלאוטידים ספציפיים הנקראים גנים באותו מיקום בדיוק, או לוקוס. גנים, היחידות הפונקציונליות של הכרומוזומים, קובעים מאפיינים ספציפיים על ידי קידוד לחלבונים ספציפיים. תכונות הן הווריאציות של מאפיינים אלה. לדוגמא, צבע שיער הוא מאפיין עם תכונות בלונדיניות, חומות או שחורות.

    כל עותק של זוג כרומוזומים הומולוגיים מקורו בהורה אחר; לכן הגנים עצמם אינם זהים. השונות של פרטים בתוך מין נובעת מהשילוב הספציפי של הגנים שירשו משני ההורים. אפילו רצף מעט שונה של נוקלאוטידים בתוך גן יכול לגרום לתכונה חלופית. לדוגמה, ישנם שלושה רצפי גנים אפשריים בכרומוזום האנושי המקודדים לסוג הדם: רצף A, רצף B ורצף O מכיוון שלכל התאים האנושיים הדיפלואידים יש שני עותקים של הכרומוזום שקובע את סוג הדם, סוג הדם (התכונה) נקבע על ידי אילו שתי גרסאות של גן הסמן עוברות בתורשה. אפשר לקבל שני עותקים של אותו רצף גנים בשני הכרומוזומים ההומולוגיים, עם אחד על כל אחד (לדוגמה, AA, BB או OO), או שני רצפים שונים, כגון AB.

    וריאציות קלות של תכונות, כגון סוג דם, צבע עיניים וידיות, תורמות לשונות הטבעית שנמצאת בתוך מין. עם זאת, אם משווים את כל רצף ה-DNA מכל זוג כרומוזומים הומולוגיים אנושיים, ההבדל הוא פחות מאחוז אחד. כרומוזומי המין, X ו- Y, הם היוצא מן הכלל היחיד לכלל אחידות הכרומוזומים ההומולוגיים: מלבד כמות קטנה של הומולוגיה הנחוצה לייצור מדויק של גמטות, הגנים הנמצאים בכרומוזומי X ו- Y שונים.

    מבנה כרומוזומלי אוקריוטי ודחיסה

    אם ה- DNA מכל 46 הכרומוזומים בגרעין התא האנושי היה מונח מקצה לקצה, הוא היה נמדד כשני מטרים; עם זאת, קוטרו יהיה 2 ננומטר בלבד. בהתחשב בכך שגודלו של תא אנושי טיפוסי הוא כ-10 מיקרומטר (100,000 תאים בשורה של מטר אחד), ה-DNA חייב להיות ארוז היטב כך שיתאים לגרעין התא. יחד עם זאת, עליו להיות נגיש גם כדי שהגנים יבואו לידי ביטוי. במהלך כמה שלבים של מחזור התא, גדילי ה-DNA הארוכים מתעבים לכרומוזומים קומפקטיים. ישנן מספר דרכים שבהן כרומוזומים נדחסים.

    ברמת הדחיסה הראשונה, קטעים קצרים של הסליל הכפול של ה-DNA עוטפים ליבה של שמונה חלבוני היסטון במרווחי זמן קבועים לכל אורך הכרומוזום (איור\(\PageIndex{3}\)). קומפלקס ה- DNA-היסטון נקרא כרומטין. קומפלקס ה- DNA ההיסטון דמוי החרוזים נקרא נוקלאוזום, ו- DNA המחבר את הנוקלאוזומים נקרא DNA מקשר. מולקולת DNA בצורה זו קצרה פי שבע מהסליל הכפול ללא ההיסטונים, והקוטר של החרוזים הוא כ-10 ננומטר, בניגוד לקוטר של 2 ננומטר של סליל כפול DNA. רמת הדחיסה הבאה מתרחשת כאשר הנוקלאוזומים וה- DNA המקשר ביניהם מפותלים לסיב כרומטין של 30 ננומטר. סליל זה מקצר עוד יותר את הכרומוזום כך שכעת הוא קצר פי 50 מהצורה המורחבת. ברמה השלישית של האריזה משתמשים במגוון חלבונים סיביים לאריזת הכרומטין. חלבונים סיביים אלה גם מבטיחים שכל כרומוזום בתא שאינו מתחלק תופס אזור מסוים בגרעין שאינו חופף לזה של כל כרומוזום אחר (ראה את התמונה העליונה באיור\(\PageIndex{2}\)).

    ישנן חמש רמות של ארגון כרומוזומים. מלמעלה למטה: הלוח העליון מציג סליל כפול של DNA. הלוח השני מציג את הסליל הכפול עטוף סביב חלבונים הנקראים היסטונים. הלוח האמצעי מציג את כל מולקולת ה-DNA העוטפת היסטונים רבים, ויוצרת מראה של חרוזים על חוט. הלוח הרביעי מראה כי סיבי הכרומטין מתעבים עוד יותר לתוך הכרומוזום המוצג בלוח התחתון.
    איור\(\PageIndex{3}\): DNA דו-גדילי עוטף חלבוני היסטון ליצירת נוקלאוזומים בעלי מראה של "חרוזים על חוט". הנוקלאוזומים מפותלים לסיב כרומטין של 30 ננומטר. כאשר תא עובר מיטוזה, הכרומוזומים מתעבים עוד יותר.

    DNA משתכפל בשלב S של אינטרפאז. לאחר השכפול, הכרומוזומים מורכבים משתי כרומטידות אחיות מקושרות. כאשר הם קומפקטיים לחלוטין, זוגות הכרומוזומים הארוזים זהים קשורים זה לזה על ידי חלבוני קוהזין. הקשר בין הכרומטידות האחיות הוא הקרוב ביותר באזור הנקרא צנטרומר. הכרומטידות האחיות הסמוכות, בקוטר של כ -1 מיקרומטר, נראות תחת מיקרוסקופ אור. האזור הצנטרומרי מעובה מאוד וכך יופיע כאזור מכווץ.

    קישור ללמידה

    אנימציה זו ממחישה את הרמות השונות של אריזת כרומוזומים.

    סיכום

    לפרוקריוטים יש כרומוזום מעגלי יחיד המורכב מ-DNA דו-גדילי, בעוד שלאוקריוטים יש כרומוזומים ליניאריים מרובים המורכבים מכרומטין מוקף בממברנה גרעינית. 46 הכרומוזומים של תאים סומטיים אנושיים מורכבים מ-22 זוגות אוטוזומים (זוגות תואמים) וזוג כרומוזומי מין, אשר עשויים להתאים או לא. זהו המצב 2 n או דיפלואידי. לגמטות אנושיות יש 23 כרומוזומים או קבוצה שלמה אחת של כרומוזומים; קבוצה של כרומוזומים שלמה עם אחד מכרומוזומי המין. זהו המצב n או הפלואידי. גנים הם מקטעי DNA המקודדים לחלבון ספציפי. תכונותיו של אורגניזם נקבעות על ידי הגנים שירשו מכל הורה. כרומוזומים משוכפלים מורכבים משתי כרומטידות אחיות. הכרומוזומים נדחסים באמצעות מגוון מנגנונים בשלבים מסוימים של מחזור התא. מספר סוגים של חלבון מעורבים בארגון ובאריזה של ה- DNA הכרומוזומלי למבנה מעובה מאוד. קומפלקס העיבוי דוחס את הכרומוזומים, והמבנה המעובה המתקבל נחוץ להפרדה כרומוזומלית במהלך המיטוזה.

    רשימת מילים

    מחזור התא
    רצף אירועים מסודר שתא עובר בין חלוקת תא אחת לאחרת
    צנטרומר
    אזור שבו כרומטידות אחיות קשורות זו לזו; אזור מכווץ בכרומוזומים מרוכזים
    כרומטיד
    מולקולת DNA בודדת של שני גדילים של DNA משוכפל וחלבונים קשורים המוחזקים יחד בצנטרומר
    דיפלואיד
    תא, גרעין או אורגניזם המכילים שתי קבוצות של כרומוזומים (2 n)
    גמטה
    תא רבייה הפלואידי או תא מין (זרע, גרגר אבקה או ביצה)
    גן
    יחידת תורשה פיזית ותפקודית, רצף של DNA המקודד לחלבון.
    גנום
    מידע גנטי כולל של תא או אורגניזם
    הפלואידי
    תא, גרעין או אורגניזם המכילים קבוצה אחת של כרומוזומים (n)
    היסטון
    אחד מכמה חלבונים בסיסיים דומים, שמורים מאוד, בעלי משקל מולקולרי נמוך, המצויים בכרומטין של כל התאים האיקריוטים; מתחבר ל- DNA ליצירת נוקלאוזומים
    כרומוזומים הומולוגיים
    כרומוזומים מאותה מורפולוגיה עם גנים באותו מיקום; לאורגניזמים דיפלואידים יש זוגות של כרומוזומים הומולוגיים (הומולוגים), כאשר כל הומולוג נגזר מהורה אחר
    לוקוס
    מיקום הגן בכרומוזום
    נוקלאוזום
    יחידת משנה של כרומטין המורכבת מאורך קצר של DNA עטוף סביב ליבה של חלבוני היסטון