اسم الصورة: الكروموسومات في الطور التمهيدي

اسم الصورة: الكروموسومات في الطور التمهيدي

6-2

الانقسام المتساوي وانقسام السيتوبلازم
Mitosis and Cytokinesis

الفكرة الرئيسة تتكاثر الخلايا الجسمية في المخلوقات الحية حقيقية النوى بوساطة الانقسام المتساوي وعملية انقسام السيتوبلازم.

الربط مع الحياة للعديد من الأحداث المألوفة دورة في الطبيعة. ويعد كل من تعاقب الليل والنهار، وتغير الفصول عامًا بعد عام، وظهور المذنبات في الفضاء، أمثلة على أحداث دورية. للخلايا أيضًا أحداث دورية تتمثل في دورة نمو وتكاثر.

الأهداف
تصف أحداث كل مرحلة من مراحل الانقسام المتساوي.
تشرح عملية انقسام السيتوبلازم.

مراجعة المفردات
دورة الخلية: تسلسل مراحل النمو التي تمر بها الخلية والتي خلالها حياتها.

المفردات الجديدة
الطور التمهيدي
الكروماتيد الشقيق
السنترومير
الجهاز المغزلي
الطور الاستوائي
الطور الانفصالي
الطور النهائي

Mitosis
الانقسام المتساوي

تتضمن دورة الخلية الطور البيني والانقسام المتساوي، وانقسام السيتوبلازم. وفي أثناء الانقسام المتساوي تنفصل المادة الوراثية المتضاعفة وتصبح الخلية جاهزة للانقسام إلى خليتين. وبعد انفصال مادة DNA المتضاعفة العامل الأساسي في الانقسام المتساوي؛ فهذا يسمح للمعلومات الوراثية في الخلية بالانتقال إلى الخلايا الجديدة المتلاحمة، ومن ثم يعطيها منتجات وراثية. تستمر المخلوقات الحية العديدة الخلايا عملية الانقسام المتساوي لزيادة عدد الخلايا خلال نموها، ولتعويض الخلايا التالفة. هل تذكر أنك جرحت يومًا؟ تنقسم خلايا الجلد عند الجرح نتيجة الانقسام المتساوي وانقسام السيتوبلازم لتكون خلايا جلد جديدة تملأ الفراغ الذي سببه الجرح للجلد.

The Stages of Mitosis
مراحل الانقسام المتساوي

الطور التمهيدي Prophase تسمى المرحلة الأولى من الانقسام المتساوي الطور التمهيدي prophase - الطور الأطول. يرتبط كروماتينا الخلية بعضه ببعض في هذا الطور، وتتكثف إلى كروموسومات في صورة حرف X الشكل 6-3. وفي هذه الحالة يكون كل كروموسوم على شكل تركيب مقصر يحوي المادة الوراثية التي سبق أن تضاعفت في الطور البيني. وكل نصف من الكروموسوم يسمى الكروماتيد الشقيق. والكروماتيدات الشقيقة sister chromatids تراكيب تحوي نسخًا متطابقة من DNA. أما التركيب الذي في منتصف الكروموسوم والذي يربط الكروماتيدات الشقيقة بعضها مع بعض فيسمى السنترومير centromere، وهو تركيب مهم؛ لأنه يضمن انتقال نسخة كاملة من DNA المتضاعف إلى الخلايا الجديدة في نهاية دورة الخلية. حدد الطور التمهيدي في الشكل 6-4، ثم تتبع الكروماتيدات خلال دورة الخلية.

الشكل 6-4 الكروموسومات في الطور التمهيدي في كروماتيدات شقيقة يرتبط بعضها ببعض في نقطة مركزية تسمى السنترومير.

ماذا قرأت؟ قارن بين الحدث الرئيس في الطور البيني والحدث الرئيس في الانقسام المتساوي.

اسم الصورة: مراحل دورة الخلية والانقسام المتساوي وانقسام السيتوبلازم

Cell Cycle
دورة الخلية

الشكل 6-5 تتابع دورة الخلية الطور البيني، يتبع الانقسام المتساوي الذي يحدث في أربعة مراحل، هي: الطور التمهيدي والطور الاستوائي والطور الانفصالي والطور النهائي. يتم الانقسام المتساوي بانقسام السيتوبلازم، وتكرر دورة الخلية في كل خلية جديدة.

1 الطور البيني
تنمو الخلية وتقوم بعمليات الخلية الطبيعية.
يتضاعف DNA.

الطور البيني

2 الطور التمهيدي
يتكون الغلاف النووي.
تختفي النوية.
تتكاثف الكروموسومات.
تتكون الخيوط المغزلية بين الأقطاب.

تكاثف الكروموسومات

الطور التمهيدي

3 الطور الاستوائي
ترتبط الكروموسومات مع الخيوط المغزلية، وتنتصف على طول خط استواء الخلية.

الطور الاستوائي

4 الطور الانفصالي
تنفصل الكروماتيدات الشقيقة، وتنكمش الخيوط الكروماتيدات إلى قطبي الخلية المتقابلين.

الطور الانفصالي

5 الطور النهائي
تصل الكروموسومات إلى قطبي الخلية.
يتكون الغلاف النووي مرة أخرى.
تظهر النوية مرة أخرى.
تقل كثافة الكروموسومات.

الطور النهائي

نواة ونوية جديدتان

6 انقسام السيتوبلازم
الخلايا النباتية تكون صفيحة تقسم الخلايا الجديدة.
الخلايا الحيوانية يحدث تخصر إلى الداخل في منتصف الخلية إلى أن تنقسم الخلية إلى خليتين.

انقسام السيتوبلازم

غشاء بلازمي
نواة
سيتوبلازم

اسم الصورة: الجهاز المغزلي في الطور التمهيدي

الشكل 6-6 يتكون الجهاز المغزلي في الخلايا الحيوانية من الخيوط المغزلية والمريكزات والألياف النجمية.

الكروماتيدات الشقيقة
المريكزات
الخيوط المغزلية
الألياف النجمية

مع استمرار الطور التمهيدي تختفي النوية، ويبدأ تكوين تراكيب خاصة من الأنيبيبات الدقيقة في السيتوبلازم تسمى الخيوط المغزلية. ويوجد زوج آخر من الأنيبيبات الدقيقة في الخلايا الحيوانية وبعض خلايا الطلائعيات تسمى المريكزات التي تنتقل إلى قطبي الخلية، ومنها يخرج نوع آخر من الأنيبيبات الدقيقة يسمى الخيوط الألياف النجمية التي لها شكل يشبه النجم. ويسمى التركيب الكلي الذي يضم الخيوط المغزلية والمريكزات والألياف النجمية الجهاز المغزلي spindle fibers، كما في الشكل 6-5. وللجهاز المغزلي أهمية كبرى في حركة الكروموسومات وتنظيمها في أثناء انقسام الخلية. والمريكزات ليست جزءًا من الجهاز المغزلي في الخلايا النباتية.

يختفي الغلاف النووي عند نهاية الطور التمهيدي. وترتبط الخيوط المغزلية مع الكروماتيدات الشقيقة في كل كروموسوم على جانبي السنترومير من جهة، وبأقطاب الخلية المتقابلة من جهة أخرى، وهذا الترتيب يضمن حصول كل خلية جديدة على نسخة كاملة من المادة الوراثية DNA.

اسم الصورة: الطور الاستوائي واصطفاف الكروموسومات

الطور الاستوائي Metaphase خلال الطور الاستوائي metaphase، وهو الطور الثاني من الانقسام المتساوي، يتم سحب الكروماتيدات الشقيقة بواسطة بروتينات حركية على طول الجهاز المغزلي في اتجاه مركز الخلية، ثم اصطفافها وترتيبها في الوسط، أو على خط استواء الخلية، كما في الشكل 6-6.

الشكل 6-7 خلال الطور الاستوائي تترتب الكروموسومات على طول خط استواء الخلية.
استنتج: لماذا تصطف الكروموسومات على طول خط استواء الخلية؟

كروموسومات
تلتصق عند السنترومير
الأنيبيبة الدقيقة
السنترومير
خيوط مغزلية مرتبطة مع السنترومير

صورة بالمجهر الضوئي المركب، التكبير 450x

ويعد الطور الاستوائي من أقصر الأطوار في الانقسام المتساوي، إلا أنه عندما ينتهي بنجاح فإنه يضمن حصول الخلايا الجديدة على نسخ سليمة من الكروموسومات.

الطور الانفصالي Anaphase يتم سحب الكروماتيدات وتباعد بعضها عن بعض في الطور الانفصالي anaphase؛ إذ المرحلة الثالثة من الانقسام المتساوي. وفي هذا الطور تقصر أنيبيبات الجهاز المغزلي الدقيقة، مما يؤدي إلى سحب الكروماتيدات الشقيقة من منطقة السنترومير، ومن ثم انفصالها إلى كروموسومين متطابقين. تنفصل جميع الكروماتيدات الشقيقة في الوقت نفسه، وهي تترحل مع امتداد الألياف التي تسحب في هذه العملية. وفي نهاية الطور الانفصالي تقوم الأنيبيبات الدقيقة بمساعدة البروتينات الحركية على سحب الكروموسومات في اتجاه أقطاب الخلية.

اسم الصورة: مختبر تحليل البيانات 6-1 الأنيبيبات الدقيقة والطور الانفصالي

مختبر تحليل البيانات 6-1

بناء على بيانات حقيقية

توقع النتائج

ماذا يحدث للأنيبيبات الدقيقة؟ يجري العلماء تجارب تتبع الكروموسومات على طول الأنيبيبات الدقيقة في أثناء الانقسام المتساوي، ويتم اختبار خلال الأنيبيبات الدقيقة بصبغة مضيئة تضاء حين الاستضاءة بضوء خلال حركة الكروموسومات نحو أقطاب الخلية. وفي هذه التجربة، وضعت إشارة على الأنيبيبات الدقيقة بواسطة صبغة مفلورة معينة، ويحدد موضع هذه الصبغة على الخيط، والكروموسومات باستخدام الليزر لإزالة المادة المضيئة من المناطق المستهدفة، كما في الشكل.

البيانات والملاحظات

أنيبيبات معلمة بالفوسفور
أنيبيبات معلمة بالليزر

التفكير الناقد

• اشرح. ما الهدف من استخدام الصبغة المشعة؟
• توقع. ارسم شكلًا يبين كيف تظهر الخلية في الطور الانفصالي.

سؤال حاسم
ما المدة الزمنية لكل طور في دورة الخلية؟

اسم الصورة: الطور النهائي وانقسام السيتوبلازم في خلية حيوانية ونباتية

الشكل 6-8 في نهاية الطور النهائي يكتمل تضاعف المادة الوراثية في الخلية. تصبح الخلية مستعدة، ولكن لم تنقسم الخلية ثنائيًا بعد.

الطور النهائي Telophase تسمى المرحلة النهائية من الانقسام المتساوي الطور النهائي telophase. وفي أثناء هذا الطور تصل الكروموسومات إلى أقطاب المغزل، وتصبح أقل كثافة وترتخي، كما في الشكل 6-7، ويبدأ تكون غشائي نوويين جديدين، وتبدأ النويات في الظهور، ويتحلل الجهاز المغزلي، وتعيد الخلية تدوير بعض الأنيبيبات الدقيقة لبناء أجزاء متنوعة من الهيكل الخلوي. وعلى الرغم من انتهاء المراحل الأربع من الانقسام المتساوي وانقسام المادة النووية، إلا أن عملية انقسام الخلية لم تكتمل بعد.

Cytokinesis
انقسام السيتوبلازم

تتداخل عملية انقسام السيتوبلازم عادة أخرى تسمى انقسام السيتوبلازم، تؤدي إلى انقسام السيتوبلازم، وينتج عن ذلك خليتان تحتويان على نواتين متطابقتين. في الخلايا الحيوانية يحدث انقسام السيتوبلازم من خلال الأنيبيبات الدقيقة التي تضغط على السيتوبلازم، كما في الشكل 6-8، ويسمى مكان ضغط السيتوبلازم التخصر.

الشكل 6-9 يبين في الخلية النباتية صفيحة خلوية تقسم الخلية إلى خليتين جديدتين.
يسار: في الخلية الحيوانية يبدأ انقسام السيتوبلازم بتخصر فصل الخلية في النهاية إلى خليتين.

خلية حيوانية
تخصر

صورة محسنة بالمجهر الإلكتروني الماسح

خلايا نباتية
صفيحة خلوية

صورة بالمجهر المركب، مصبوغة، التكبير 1000x

تتميز الخلايا النباتية بوجود جدار صلب يحيط غشاءها البلازمي. فبدلاً من تخصر الخلية تتكون الصفيحة الخلوية (الصفيحة الوسطى) بين نوى الخلايا الجديدة، الشكل 6-9. ثم تتكون الجدر الخلوية على جانبي الصفيحة الخلوية، وبمجرد اكتمال الجدار الخلوي الجديد تنتج خليتان جديدتان متطابقتان وراثيًّا.

الخلايا البدائية النواة التي تنقسم بالانشطار الثنائي، تنقسم بطريقة مختلفة. فعندما تتضاعف مادتها الوراثية تلتصق كلتا النسختين بالغشاء البلازمي. وبعد أن ينمو الغشاء البلازمي يتم سحب جزيئات DNA الملتصقة به بعيدًا. وعندما يكتمل انشطار الخلية تنتج خليتان جديدتان متطابقتان.

اسم الصورة: التقويم 6-2

التقويم 6-2

الخلاصة

• تحدث عملية الانقسام المتساوي عندما ينقسم DNA المتضاعف.
• تتضمن مراحل الانقسام المتساوي الطور التمهيدي، والاستوائي، والانفصالي، والنهائي.
• ينتج عن عملية انقسام السيتوبلازم خلايا جديدة متطابقة وراثيًّا.

فهم الأفكار الرئيسة

• الفكرة الرئيسة اشرح. لماذا ينتج عن الانقسام المتساوي خلايا جديدة متشابهة في الصفات؟
• صف أحداث كل مرحلة من مراحل الانقسام المتساوي.
• ارسم وسم أجزاء كروموسوم في الطور التمهيدي.
• حدد مرحلة الانقسام المتساوي التي تقضي فيها الخلية أطول حياتها.
• قارن بين انقسام السيتوبلازم في خلية نباتية وخلية حيوانية.

التفكير الناقد

• كون فرضية. ماذا يحدث إذا حُقنت خلية بدواء ما يمنع الأنيبيبات الدقيقة من الحركة ولا يؤثر في انقسام السيتوبلازم؟

• الرياضيات في علم الأحياء إذا أتمت خلية نباتية دورتها في 24 ساعة، فما عدد الخلايا التي تنتجها في أسبوع؟