Celdeling is zeer belangrijk voor het lichaam. Door celdeling worden weefsels vernieuwd en worden voortplantingscellen gevormd. Sommige weefsels worden blootgesteld aan invloeden die ervoor zorgen dat cellen beschadigen. Het is belangrijk dat er daarom constante vernieuwing is van weefsels. Dit wordt mogelijk gemaakt door celdeling. De celdelingen waarbij twee identieke dochtercellen uit een moedercel ontstaat, wordt mitose genoemd. Ook zorgt celdeling voor de vorming van voortplantingscellen die tijdens de bevruchting samensmelten en uitgroeien tot een nieuw individu. Op deze manier wordt het voortbestaan van de mens geborgd. De vorming van voortplantingscellen wordt mogelijk gemaakt door meiose.
De celcyclus is verdeeld in interfase en M-fase
De celcyclus bestaat grofweg uit twee fasen. Deze twee fasen zijn de interfase en de M-fase. De interfase bestaat uit de G1-, S- en G2-fase. De M-fase bij de celcyclus van diploïde cellen bestaat uit mitose en cytokinese. De M-fase bij de celcyclus van cellen waarbij gameten (haploïde cellen) moeten ontstaan, bestaat uit de meiose en cytokinese. Hieronder wordt beschreven wat er in elke fase gebeurt. De processen tijdens de mitose en meiose worden later in detail beschreven.
- G1-fase (interfase): tijdens de G1-fase wordt beslist of de cel wel, of niet gaat delen. Als de cel gaat delen, worden meer eiwitten gemaakt en groeit de cel. Als dat niet zou gebeuren zouden de cellen bij elke deling kleiner worden. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de eerste delingen van de bevruchte eicel, waarbij de morula die uit 16 cellen bestaat dezelfde afmeting heeft als de bevruchte eicel.
- S-fase (interfase): tijdens de S-fase worden de chromosomen verdubbeld. Tijdens de S-fase vindt de DNA-replicatie plaats. Ook wordt op het einde van de S-fase het centrosoom verdubbeld en de twee centrosomen bewegen zich richting de twee verschillende uiteinden (polen) van de cel. Het verdelen van de centrosomen naar de uiteinden van de cel wordt gestuurd door eiwitten die daarvoor ATP (energie) gebruiken. Centrosomen bewegen zich over de microtubuli van het cytoskelet van de cel. Centrosomen maken vervolgens microtubuli die met elkaar binden in het equatoriale vlak van de cel en zo wordt de mitotische spoel gevormd. Microtubuli worden constant opgebouwd en afgebroken. Dit proces heet dynamische instabiliteit.
- G2-fase: tijdens de G2-fase wordt wederom beslist of de celdeling doorgaat, of dat een pauze wordt genomen. Ook wordt tegen het einde van de G2-fase en/of het begin van de profase (van de mitose) de mitotische spoel afgemaakt.
- Mitose (M-fase): de mitose bestaat uit vijf fasen. Tijdens de mitose worden de verdubbelde chromosomen verdeeld over twee celkernen. Er ontstaan twee diploïde celkernen.
- Meiose (M-fase): de meiose bestaat uit meiose I en II. Tijdens de meiose worden de verdubbelde chromosomen verdeeld over vier celkernen. Er ontstaan vier haploïde celkernen.
- Cytokinese (M-fase): in de cytokinese splitst de contractiele ring de moedercel in twee dochtercellen (bij diploïde cellen) of vier dochtercellen (bij haploïde cellen). De contractiele ring bestaat uit actine- en myosinefilamenten.
Mitose nader bekeken
Het doel van de mitose is het gelijkelijk verdelen van de chromosomen die tijdens de interfase (S-fase) zijn verdubbeld over twee diploïde celkernen. De mitose start wanneer elk chromosoom is verdubbeld en bestaat uit twee identieke chromatiden. Tijdens de mitose worden de eiwitten waarmee de twee identieke chromatiden aan elkaar vastzitten afgebroken, zodat van de vrijgekomen chromatiden ieder naar een andere celkern gaat. De mitose bestaat uit vijf fasen. De processen die plaatsvinden in deze vijf afzonderlijke fasen, worden hieronder beschreven:
Profase
Tijdens de profase zullen de verdubbelde chromosomen condenseren en de mitotische spoel vormt buiten de nucleus. Het condenseren van chromosomen is het korter en dikker worden van de chromosomen. Het doel van de condensatie van de chromosomen is de kans verkleinen dat tijdens de celdeling genetische informatie per ongeluk van het ene op het andere chromosoom wordt overgedragen en er mutaties ontstaan.
Pro-metafase
Tijdens de pro-metafase wordt de kernenvelop afgebroken en de microtubuli van de mitotische spoel maken contact met de chromosomen. Kinetochores zijn eiwitten van de mitotische spoel die contact maken met de centromeer. De centromeer is de verbinding tussen de twee chromatiden.
Metafase
De mitotische spoel trekt alle chromosomen naar het equatoriale vlak door constante opbouw en afbraak van de eiwitten van de microtubuli. Tijdens de metafase worden de chromosomen in een vlak getrokken.
Anafase
Tijdens de anafase worden de chromosomen gesplitst door proteolytische enzymen op de centromeer en de mitotische spoel trekt de dochterchromatiden naar de verschillende uiteinden van de cel. Nu worden de chromatiden chromosomen genoemd. De anafase bestaat uit een anafase A en B. In de anafase A worden de chromatiden uit elkaar getrokken door de mitotische spoel. In de anafase B worden de chromosomen naar de uiteinden van de cel getrokken. Om de chromatiden uit elkaar te trekken en naar de celuiteinden te trekken is ATP nodig.
Telofase
Tijdens de telofase wordt er een kernenvelop gevormd rond de gesplitste chromosomen.Er ontstaan twee celkernen.
Tijdens de mitose fragmenteren de verschillende organellen, zodat ze bij de celdeling zich evenredig over de dochtercellen verdelen. De mitochondriën zijn in cellen vaak in grote aantallen aanwezig en hoeven niet te fragmenteren.
Cytokinese en celdeling
De M-fase bestaat uit de mitose en cytokinese. In de cytokinese deelt de moedercel zich in twee dochtercellen. Dit wordt door de contractiele ring mogelijk gemaakt. De contractiele ring bestaat uit de contractiele eiwitten actine en myosine. Deze ring kan vergeleken worden met een riem die precies rond het midden van de cel loopt, tussen de twee celkernen. Wanneer de contractiele ring contraheert, wordt de cel verdeeld in twee dochtercellen.
Meiose nader bekeken
Meiose betekent reductie, of vermindering en is in 1883 ontdekt. Tijdens de meiose wordt uit een diploïde cel vier haploïde cellen gevormd. Meiose produceert door middel van twee celdelingen vier haploïde niet genetisch identieke cellen uit een moedercel.
Uit een moedercel met 23 chromosomenparen worden tijdens de meiose vier cellen met 23 chromosomen gevormd. Elk chromosomenpaar van een diploïde cel bestaat uit een chromosoom van de moeder en een chromosoom van de vader. De chromosomen van ieder chromosomenpaar zijn gelijk, maar niet identiek. Deze chromosomen worden homologe chromosomen genoemd. Tijdens de meiose ontstaan er dochtercellen die van de 23 chromosomen een chromosoom van de vader, of van de moeder hebben. Zo kan het eerste chromosoom van een haploïde cel van de vader zijn en het tweede chromosoom van de moeder. Haploïde cellen worden alleen in de testes (teelballen) en ovaria (eierstokken) gevormd. Haploïde cellen zijn gameten (voortplantingscellen). Tijdens de bevruchting vormen de spermatozo en de oöcyt een diploïde cel.
De meiose bestaat uit twee celdelingen die meiose I en meiose II worden genoemd. Meiose I lijkt sterk op de mitose. In de meiose I ontstaan ook diploïde cellen. Er zijn echter twee belangrijke verschillen tussen de mitose en meiose I. In de meiose I ontstaat crossing over. Tijdens crossing over worden bepaalde delen van de het moederlijke en vaderlijke chromosoom van ieder chromsomenpaar uitgewisseld, zo ontstaan nieuwe chromosomen en wordt de genetische variatie vergroot. Het tweede verschil is dat de chromosomenparen niet in een vlak in een rij komen te liggen, maar in twee rijen. Het gevolg hiervan is dat per chromosoom de dochtercel het vaderlijke, of het moederlijke chromosoom krijgt. Aan het einde van meiose I bevatten de twee ontstane dochtercellen nog 23 chromosomenparen.
In meiose II worden de 23 chromosomenparen verdeeld in 23 chromosomen per dochtercel. Soms delen de 23 chromsomenparen niet goed. Dit wordt nondisjunctie (nondisjunction) genoemd. Het syndroom van Down is hier een gevolg van. Bij het syndroom van Down heeft het 21ste chromosoomnummer niet twee chromosomen, maar drie. Er is een trisomie 21-3 ontstaan.
Bronnen:
JE. Hall, 2013, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology, Elsevier Inc
GA Thibodeau, Patton KT 2012, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2012, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings