میتوز – تعریف، هدف، مراحل، کاربردها

میتوز فرآیند تقسیم سلولی است که در آن یک سلول دو سلول دختر از نظر ژنتیکی یکسان را به وجود می آورد که منجر به تکثیر و تولید مثل سلول می شود.

تعداد کروموزوم ها در هر دو سلول دختر حفظ می شود.
میتوز یک دوره کوتاه تراکم کروموزوم، جداسازی و تقسیم سیتوپلاسمی است.
میتوز در سلول های جسمی رخ می دهد و برای تکثیر تعداد سلول ها در طول جنین زایی و بلاستوژنز گیاهان و حیوانات است.
به عنوان یک فرآیند، میتوز به طور قابل توجهی در همه حیوانات و گیاهان مشابه است.

هدف از میتوز

فرآیند میتوز هم در تقسیم سلولی و هم در تولید مثل سلولی مهم است. برخی از ویژگی های مهم میتوز در زیر آورده شده است:

میتوز مداوم منجر به افزایش تعداد سلول ها می شود که ارگانیسم را قادر می سازد از یک سلول به یک موجود زنده پیچیده رشد کند.
سلول های مختلف بدن مانند سلول های روی پوست و گلبول های قرمز به طور مداوم با میتوز جایگزین می شوند. حدود 5×10⁹ سلول در روز در انسان از طریق میتوز تشکیل می شود.
میتوز در ترمیم و بازسازی ساختارهای بدن مانند ستاره دریایی نقش دارد.
در موجودات متعدد، میتوز روش تولید مثل غیرجنسی است.

مراحل میتوز

میتوز بخشی از چرخه سلولی است و قبل از آن مرحله S اینترفاز وجود دارد و معمولاً به دنبال یا همراه با سیتوکینز است. همانندسازی کروموزوم ها و سنتز پروتئین های مورد نیاز برای تشکیل فیبر دوکی قبل از شروع میتوز تشکیل می شود.

میتوز بر اساس تکمیل یک مجموعه از فعالیت ها و شروع مجموعه دیگر به مراحل زیر تقسیم می شود.

1- اینترفاز

اینترفاز بخشی از چرخه سلولی است که در آن سلول، DNA خود را به عنوان آماده سازی برای فاز M (فاز میتوتیک) کپی می کند.
در اینترفاز، متابولیسم سلول افزایش می یابد و اغلب به آن فعال ترین مرحله چرخه سلولی می گویند.
یک سری تغییرات متابولیک در این مرحله رخ می دهد که همه آنها به سه زیر گروه تقسیم می شوند.

فاز G1 یا فاز سنتز پیش DNA

این طولانی ترین فاز چرخه سلولی است و فاز M از چرخه سلولی قبلی به دنبال آن قرار دارد.
همچنین به آن “فاز استراحت” می گویند زیرا هیچ سنتز DNA در این مرحله انجام نمی شود.
با این حال، در طول فاز G1، چندین اندامک سلولی در اندازه افزایش می‌یابند و سلول به سرعت انواع مختلف RNA و پروتئین را سنتز می‌کند.
رویدادهای مهمی مانند رونویسی سه نوع RNA، سنتز پروتئین‌های تنظیم‌کننده، آنزیم‌های مورد نیاز برای سنتز DNA و پروتئین‌های توبولین همراه با سایر دستگاه‌های میتوزی در این مرحله اتفاق می‌افتد.

فاز S یا فاز سنتز DNA

فاز S شامل تکثیر DNA هسته ای و سنتز پروتئین های هیستون است. تکثیر DNA سیتوپلاسمی می تواند در هر مرحله از چرخه سلولی انجام شود.
بنابراین، در پایان فاز S، هر کروموزوم دارای دو مولکول DNA و یک مجموعه تکراری از ژن است.
این مرحله حدود 6-10 ساعت طول می کشد.

فاز G2 یا فاز سنتز پس از DNA

فاز G2 را فاز دوم شکاف یا فاز استراحت فاز میانی (اینترفاز) می نامند.
در طول این مرحله، سنتز RNA و پروتئین های مورد نیاز برای سلول ادامه می یابد.
تقسیم سلولی شامل مصرف هنگفت انرژی است، بنابراین سلول ATP را در G2 ذخیره می کند.
در پایان این مرحله، سلول وارد فاز تقسیم یا M چرخه سلولی می شود.

2- پروفاز

پروفاز اولین مرحله میتوز است که با ظاهر شدن کروموزوم های متراکم مانند نخ نازک مشخص می شود.
در طول پروفاز، سلول کروی می شود در حالی که سیتوپلاسم شکننده تر و چسبناک تر و رنگ پریده تر می شود.
کروموزوم در پروفاز از دو رشته مارپیچ به نام کروماتیدها تشکیل شده است که نتیجه تکثیر DNA در مرحله S است.
با پیشرفت پروفاز، کروماتیدها کوتاه تر و ضخیم تر می شوند و دو کروماتید خواهر از هر کروموزوم توسط یک ناحیه حاوی DNA خاص به نام سانترومر در کنار هم قرار می گیرند.
به طور مشابه، کروموزوم ها به پوشش هسته نزدیک می شوند و باعث می شوند فضای مرکزی هسته خالی شود.
در این بین، دو جفت سانتریول احاطه شده توسط میکروتوبول هایی که در همه جهات تابش دارند به قطب های مخالف سلول مهاجرت می کنند.
در نهایت، در طول پروفاز، هسته به تدریج متلاشی می شود و این نشان دهنده پایان پروفاز است.

با این حال، در برخی از طبقات اولیه گیاهان و جانوران، پوشش هسته ای در طول میتوز حل نمی شود.

3- پرومتافاز

پرومتافاز با شکسته شدن پوشش هسته ای آغاز می شود که تعامل فیبرهای دوک با کروموزوم ها را امکان پذیر می کند.
در این مرحله، کروموزوم ها به شدت می چرخند و بین قطب های دوک به عقب و جلو نوسان می کنند، زیرا سانترومرهای آنها انتهای میکروتوبول ها را می گیرند و توسط میکروتوبول های گرفته شده کشیده می شوند.

در پایان پرومتافاز، کروماتیدهای خواهر به الیاف دوک در انتهای مخالف متصل شده و روی صفحه متافاز نگه داشته می شوند.

4- متافاز

در طول متافاز، کروموزوم ها کوتاه ترین و ضخیم ترین هستند.
سانترومرهای کروماتیدهای خواهر صفحه استوا را اشغال می کنند و یک صفحه متافاز را تشکیل می دهند و بازوها به سمت قطب ها هدایت می شوند.
دو کروماتید از یک کروموزوم با ریزلوله ها ساکن و تحت کشش باقی می مانند، یکدیگر را دفع می کنند.

5- آنافاز

آنافاز به طور ناگهانی با تقسیم همزمان هر کروموزوم به کروماتیدهای خواهر خود که کروموزوم های دختر نامیده می شوند شروع می شود و از طرف سانترومر جدا می شوند.
شکافتن هر سانترومر در طول پروفاز ناشی از افزایش Ca2 + سیتوزولی است.
در آنافاز، به دلیل کوتاه شدن میکروتوبول ها، حرکت کروماتیدها به سمت قطب وجود دارد.
در طول مهاجرت به سمت قطب، سانترومرها به سمت جلو می مانند تا کروموزوم ها به طور مشخص به شکل U، V یا J ظاهر شوند.
فیبرهای بین ناحیه ای منبسط می شوند و از حرکت کروموزوم ها به سمت قطب حمایت می کنند.

در مجموع 30 ATP برای حمل کروموزوم ها به قطب ها مورد نیاز است.

6- تلوفاز

پایان مهاجرت کروموزوم های دختر به قطب ها نشان دهنده آغاز تلوفاز است.
در طول تلوفاز، رویدادهای پروفاز به ترتیب معکوس رخ می دهد.
یک پوشش هسته ای در اطراف هر گروه از کروموزوم ها دوباره جمع می شود تا دو هسته دختر را تشکیل دهد.
رویدادهایی مانند ناپدید شدن دستگاه میتوزی، کاهش ویسکوزیته سیتوپلاسم و به دنبال آن سنتز RNA در طول تلوفاز رخ می دهد.
کروموزوم ها شکل بلند، باریک و کشیده خود را از سر می گیرند و هسته در انتهای تلوفاز دوباره ظاهر می شود.

7- سیتوکینز

سیتوکینز تقسیم سیتوپلاسم است که به دنبال آن میتوز ایجاد می شود و در نتیجه دو سلول دختر جداگانه تشکیل می شود.
سیتوکینز معمولاً در آنافاز شروع می شود و از طریق تلوفاز و تا اینترفاز ادامه می یابد.
در حیوانات، سیتوکینز از طریق انقباض و تشکیل شیار رخ می دهد.
اولین علامت شکاف در سلول های حیوانی انقباض غشای پلاسمایی در طول آنافاز است.
انقباض همواره در صفحه متافاز، در زوایای قائم به محور بلند دستگاه دوک میتوزی رخ می دهد.
انقباض از بیرون به داخل عمیق تر می شود و در نهایت یک سلول به دو سلول دختر تقسیم می شود.
با این حال، در گیاهان، سیتوکینز با تشکیل صفحه سلولی اتفاق می‌افتد، زیرا انقباض به دلیل وجود دیواره سلولی سفت و سخت امکان‌پذیر نیست.
دستگاه گلژی خود را در خط استوا قرار می دهد تا فراگموپلاست را تشکیل دهد که بعداً صفحه سلولی گیاهان را تشکیل می دهد.

کاربردهای میتوز

میتوز برای بسیاری از تکنیک های آزمایشگاهی در زیست شناسی مولکولی و بیوتکنولوژی مورد استفاده قرار گرفته است. برخی از کاربردهای رایج میتوز عبارتند از:

1- کلونینگ (شبیه سازی)

کلونینگ تکنیکی است که در بیوتکنولوژی برای تولید نسخه های یکسان از سلول ها یا قطعات DNA به کار می رود.

در شبیه‌سازی، تعداد ارگانیسم‌ها با فرآیند میتوز افزایش می‌یابد، که سپس در طیف وسیعی از آزمایش‌های بیولوژیکی مانند اثر انگشت استفاده می‌شود.

2- کشت بافت

رشد بافت ها یا سلول ها در خارج از بدن ارگانیسم در محیط رشد مایع، نیمه جامد یا جامد را کشت بافت می نامند.
کشت بافت بر اساس فرآیند میتوز است که در آن یک سلول برای تشکیل بافت های متعدد تقسیم می شود.
علاوه بر این، کشت بافت ممکن است منجر به کشت اندام در موجودات مختلف شود.

3- بازسازی سلول های بنیادی

سلول های بنیادی گروهی از سلول ها هستند که می توانند برای تشکیل سلول های تخصصی در بدن هدایت شوند.
سلول های بنیادی می توانند برای بازسازی و ترمیم بافت های بیمار یا آسیب دیده در افراد تحت میتوز قرار گیرند.

“کیمیا زیست گستر نوین” در راستای ارتقاء تولیدات و سطح علمی کشور مبادرت به واردات و توزیع مواد شیمیایی و مصرفی آزمایشگاهی کرده است. هدف مجموعه ما تأمين مواد و تجهيزات مورد نياز در بخش هاى مختلف آزمايشگاهى، تحقيقاتى، بيمارستانى، صنعتى و … مي باشد.