Митоза : разделянето е сложно

Виж това. Яко, а? Обзалагам се, че искаш да го можеш. Да имаш клонинг, който да ти чисти вкъщи, да ходи на училище, да води майка ти на вечеря на рождения ѝ ден. Не можеш да го правиш и има някои добри причини за това. Ще говорим за тях в следващия епизод. Но знаеш ли какво може да се самоклонира? Твоите клетки. Почти всяка една от тях. И всъщност го правят сега. За всяко същество, по-голямо от едноклетъчно, животът произлиза от способността на клетките да се възпроизвеждат, защото това позволява на организмите да се развиват, да растат и оздравяват, и ги държи живи възможно най-дълго. Този определен тип клетъчно делене се нарича митоза. Тя е отговорна за много от главните функции на тялото ти. Ако се порежеш, тялото ти трябва да направи нови клетки. Митоза. Ако пиеш твърде много и си увредиш черния дроб, трябва да заместиш тези клетки. Митоза. Тумор расте в гръбнака ти? За съжаление, пак, митоза. Защо от 3-килограмово бебе си пораснал до 32-килограмово дете? Клетките не са увеличили масата си, а просто имаш все повече и повече от тях. Това е митоза. Този процес е централен за нашия живот. Той ще се случва в тялото ти през целия ти живот около 10 трилиона пъти. Това са 10 000 милиарда пъти. Като всички раздели, не е лесно. Може би ще е малко трудно. Има много драма и може да отнеме изненадващо много време. Но повярвай ми, след като приключим, на всички ще ни е по-добре. Направен си от трилиони клетки, точно като жирафите и секвоите. И си спомни – във всяка клетка има ядро, което съхранява твоята ДНК, която съдържа всички инструкции как да бъдеш построен. Това ДНК е организирано в хромозоми и, както сме споменавали преди, клетките ти са соматични. Имаш 46 хромозоми, групирани в 23 двойки. Една половинка на двойката от майка ти, а една от баща ти. Клетките с всички хромозоми се наричат диплоидни, защото те имат два комплекта и на това ще се фокусираме днес. Ти също имаш хаплоидни клетки, които имат половината хромозоми, 23. Това са половите клетки. Те се произвеждат чрез еднакво фантастичен процес, мейозата. За нея ще говорим в следващия епизод. Засега основното нещо, което трябва да запомниш за митозата: че позволява на една клетка с 46 хромозоми да се раздели на две клетки, които са идентични генетично, всяка с 46 хромозоми, за да поддържа партито на живота. Ядрото в твоята клетка контролира всичко, което се случва вътре. Има всички необходими инструкции за оцеляването на клетката, за да не трябва да копираш цялата клетка. Всичко, което трябва да направиш, е да копираш ДНК, да го опаковаш и като получиш два отделни пакета ДНК, това е всичко, от което се нуждаеш за две нови клетки. Митозата се случва на няколко етапа: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Можеш просто да ги повториш няколко пъти, да ти се отпечат в съзнанието. Част от наистина изумителното за целия този процес е, че макар да знаем какви са тези етапи, невинаги знаем механизмите, които карат това да се случи. И това е част от науката. Науката не е всичко, което знаем. Тя е как се опитваме да разберем всичко това. Помисли си за трудова застраховка, ако искаш да бъдеш биолог. Има много неща, които бъдещите биолози трябва все още да разберат и това е едно от тях. Добре, да почнем с клонирането. През по-голяма част от живота си клетките са в състояние на интерфаза. Това значи, че са между епизоди на митоза. Общо взето растат и работят, и вършат всичко, което ги прави полезни за нас. През интерфазата дългите нишки на ДНК са намотани и разхвърляни, като топка кучешки косми и мъх от дрехи под леглото ти. Тази бъркотия от ДНК се нарича хроматин. Когато митозата започне, много неща започват да се случват в клетката, за да се подготви за голямото делене. Едно от по-важните неща, които се случват, е дупликацията на тази група от протеинови цилиндри до ядрото, т. нар. центрозоми. Ще трябва да разместим доста неща в ядрото и това ще бъде регулирано от тези центрозоми. Другото, което се случва, е, че цялата ДНК започва да се копира също. И дава на клетката две копия от всяка ДНК верига. За да си припомниш репликацията на ДНК, гледай този епизод и после се върни обратно тук. Сега клетката влиза в първа фаза – профазата. През нея тази бъркотия от хроматин се сгъстява и навива, за да създаде плътни нишки ДНК, намотани около протеини. Това са твоите хромозоми. Вместо на топка косми, ДНК започва да прилича малко на расти. Направените копия не се носят свободно наоколо. Те стоят закачени за оригинала и заедно изглеждат като малки хиксове. Те се наричат хроматиди. Едно копие е лявата страна на Х. Другото копие е дясната страна. Мястото на свързване на двете хроматиди се означава като центромер. Тези също се наричат хромозоми. Понякога двойни хромозоми. И когато хроматидите се разделят, те също се считат за отделни хромозоми. Докато хромозомите се формират, ядрената обвивка изчезва, напълно се разпада и центрозомите се отделят от ядрото, за да отидат в противоположните краища на клетката. След себе си оставят широка следа от протеинови въженца – микротубули. Те се простират от едната центрозома до другата. Може би си спомняш от анатомията на животинската клетка, че микротубулите осигуряват структура на клетката и точно това правят тук. Сега достигаме метафазата. Буквално значи "след-фаза" и това е най-дългата фаза от митозата. Може да отнеме до 20 минути. През метафазата хромозомите се закрепват за тези въжеподобни микротубули точно по средата на центромерите. Хромозомите започват да се придвижват и изглежда са задвижени от молекули, наречени моторни протеини. Все още не знаем много за това как работят тези мотори, но знаем например, че има два от тях от всяка страна на центромера. Това се нарича делително вретено. Тези протеини, прикрепени към микротубулните въженца, регулират отпускането на въженцата. По същото време друг протеин, т.нар. динеин, пристяга въженцата от другия край, близо до клетъчната мембрана. След издърпването в тази посока, хромозомите се нареждат в средата на клетката и това ни довежда до следващата биолография. Как хромозомите се нареждат така? Знаем, че има моторни протеини, но как става? Какво правят те точно? Спомни си, когато казах по-рано, че има много неща, които не разбираме напълно за митозата. Малко е странно, че не знаем, защото буквално можем да наблюдаваме как се случва митозата под микроскоп. Но хромозомната подредба е добър пример за малък детайл, който е установен съвсем скоро. Това е откритие, достигнато след 130 години търсене. Митозата първо е наблюдавана от немския биолог Уолтър Флеминг, който през 1878 г. изучава тъкани от хриле и перки на саламандър, когато вижда ядрото на клетката да се разделя на две и да формира две нови клетки. Той нарича този процес митоза от гръцката дума за нишка, заради разбъркания хроматин в ядрото – термин, който също е измислен от него. Флеминг не е отдал голямо значение на това откритие за генетиката, която е била все още млада дисциплина. През следващия век поколения учени започнали да сглобяват пъзела на митозата, определяйки ролята на микротубулите, установявайки протеините във вретеното. Най-скорошният принос към това изследване е направен от постдокторантът Томоми Кийомицу в Масачузетския технологичен институт. Той наблюдавал същия процес, който Флеминг наблюдавал, и разбрал как поне един от моторните протеини помага хромозомите да се наредят в линия. Той изучава моторния протеин динеин, който стои отвътре на мембраната. Представи си микротубулите като въжета от игра на дърпане на въже, с хромозомите като знаме по средата. Кийомицу открил, че динеинът играе на дърпане на въже със себе си. Динеинът хваща единия край на микротубулите и дърпа въженцата и хромозомите към края на клетката. Когато краищата на микротубулите стигнат твърде близо до клетъчната мембрана, те пускат химичен сигнал, който изстрелва динеина към другия край на клетката. Там той захваща другия край на микротубулите и започва да ги дърпа докато... Пляк! Не бъде изстрелян наобратно. Всичко това кара хромозомите да се наредят в средата, така че да се разделят равномерно. Това откритие е публикувано през февруари 2012, няколко седмици преди да седна в този стол и 134 години след първото наблюдение на митоза. Ако се присъединиш към редиците на учените, които отговарят на многото останали въпроси за митозата и много други неща за живота ни, може би някой ден ще направя биолография за теб. Досега разгледахме интерфаза, където центрозомите и ДНК се удвояват и се приготвят за разделянето; профазата, когато се формират хромозомите и центрозомите започват да се отдалечават; и метафазата, в която хромозомите се подреждат в средата на клетката. А сега е време да разделим хромозомите от техните копия. Този път моторните протеини започват да дърпат толкова силно въжетата, че хромозомите с форма Х се разделят до отделните сестрински хромозоми. Веднъж разделени, те биват издърпани към двата края на клетката. Понеже представката "ана-" значи гръб, това може да ти помогне да запомниш тази фаза – анафаза. След това е въпрос само на използване на този генетичен материал за нов строеж, така че копираният генетичен материал да има всички характеристики на дом. Последната фаза е телофазата. Всяка от новите клетъчни структури първо се реконструира. Ядрената мембрана се образува, ядърцето се формира и хромозомите се разгъват обратно до хроматин. Между двете клетки се оформя малка гънка, която отбелязва началото на последното разделяне. Това разделяне на двете нови клетки се нарича дробене. Остава само да се отделят чисто. Това става чрез цитокинеза, буквално означава клетъчно движение, при което двете нови ядра се отдалечават едно от друго и клетките се разделят. Сега имаме две нови клетки, всяка с пълен комплект от 46 хромозоми. Тези клонинги се наричат дъщерни клетки на първоначалната клетка. Като еднояйчни близнаци те са генетични копия една на друга. И също на родителя си. Но, разбира се, това не е твоят случай. Дори да си еднояйчен близнак. Към идентичните близнаци – пишете ми в коментарите. Докато си нещо като клонинг на близнака си, ти не си клонинг на родителите си. Вместо това, половината ДНК от всяка твоя клетка е от майка ти, а другата половина от баща ти. За да разберем това, трябва да видим как се образуват яйцеклетката и сперматозоидът – това става в процеса мейоза. И за това ще говорим в следващото видео.