6.2 Cellesyklus og celledeling

REPETISJON

a Hvor i kroppen finnes stamceller? b Forklar delingen av en stamcelle. c Hva betyr det at en celle differensierer? d Gi noen eksempler på spesialiserte celler. e Forklar ordene vev, organ og organsystem.

Cellesyklus

Alle celler som har celledeling, går gjennom en cellesyklus. I eukaryote organismer passerer cellene gjennom kontrollerte stadier fra de oppstår som datterceller etter celledeling, og til de deler seg på nytt. Disse stadiene gjentas, derfor kaller vi det en syklus. Cellesyklusen har i hovedsak to faser: interfasen og delingsfasen. Interfasen utgjør nitti prosent av cellesyklusen. I den perioden vokser cellen ved å produsere proteiner og kopiere DNA og D celle organeller. Dette foregår i hele interfasen. DNA blir bare kopiert i en del av interfasen – den vi kaller S-fasen (Syntesefasen). Cellesyklusen varer ulikt hos forskjellige celler. I de fleste kroppscellene i mennesker varer en cellesyklus i omtrent tjuefire timer, og interfasen er tjuetre timer av dette. Halvparten av interfasen går med til DNAkopiering (S-fasen). Delingsfasen tar cirka én time. I delingsfasen blir en morcelle delt i to datterceller. Figuren ved siden av viser et eksempel på cellesyklusen i rotcellen hos en plante.

Vekst N A kopier ing

Vekst Faser i cellesyklusen hos en planterotcelle. Hele syklusen tar atten timer: DNA-kopieringen tar elleve timer, veksten tar seks timer, og celledelingen tar i underkant av én time. Underveis i syklusen sjekker cellen seg selv. Dersom noe er gått galt i cellesyklusen, kan cellen gå ut av syklusen og slutte å dele seg.

Delingsfase

(S-fase) Interfase Mitose

Planteceller i ulike deler av cellesyklusen. Noen av cellene er underveis i mitosen.

Alle celler som har celledeling, går gjennom en cellesyklus som består av en interfase og en delingsfase.

Morcelle

DNAreplikasjon

Datterceller

En levercelle kan dele seg i to identiske datterceller. Dette skjer etter at levercellene får signal om at leveren er skadet. En levercelle deler seg som regel bare én gang.

To homologe kromosomer er de to kromosomene som utgjør et par. Celledeling

Alle celler kommer fra en eksisterende celle, en såkalt morcelle. Morcellen deler seg i to datterceller. Når encellede organismer, for eksempel bakterier eller encellede alger og dyr, deler seg, blir hele organismen reprodusert ved en todeling av cellen. Hos flercellede organismer gjør celledelingen at én befruktet eggcelle kan utvikle seg til en voksen organisme, at gamle celler kan erstattes, og at syke eller skadde organer kan repareres.

Når en organisme vokser, øker antallet nye celler. Stadig dør gamle celler, og det er behov for nye. Denne celledelingen kalles mitose eller vanlig celledeling. Når kjønnsceller, eggceller og sædceller blir dannet i de indre kjønnsorganene, skjer det ved en halvering av kromosomtallet. Celledelingen er en meiose eller en kjønnscelledeling.

Viktige begreper knyttet til celledeling

Begrep Forklaring Kromatin Kromatin er en sammensetning av DNA og proteiner som oppstår som et resultat av at cellens DNA kveiles rundt histoner til nukleosomer og pakkes i kjernen.

Kromosom Et kromosom er et stort DNA-molekyl som inneholder hundrevis eller tusenvis cellens syklus, men når cellen deler seg, tar kromosomene en kort og tykk stavform.

Søsterkromatider Søsterkromatider er to identiske DNA-kopier av det som før var ett kromosom etter replikasjon. Søsterkromatider er festet sammen i sentromeren.

Diploide celler Diploide celler er celler som har parvise kromosomer.

Haploide celler Haploide celler er celler som har enkeltvise kromosomer.

Det finnes to typer celledeling: mitose (vanlig celledeling) og meiose (kjønnscelledeling). Ved mitose dannes nye celler som sikrer vekst, og gamle, døde celler erstattes. Ved meiose dannes kjønnsceller (eggceller og sædceller) med halvert kromosomtall.

Kromosomene pakkes i celledelingen To kromosomsett, ett fra hver av foreldrene, danner hos mennesket tjueto homologe kromosompar og ett par kjønnskromosomer. De homologe kromosomene har samme størrelse, gener og oppbygning.

Kromosomene er i store deler av cellesyklusen pakket i en løsere struktur. Før en celle skal dele seg, blir alt DNA-et kopiert (replikert).

Kromatin

Histoner

Nukleosom, 10 nm

1 2 DNA

Kromosomene blir pakket sammen i en tett struktur, kromatin, slik at de blir til korte og tykke staver som er forkortet ti tusen ganger i forhold til størrelsen til de løst pakkede kromatinstrukturene. Når kromosomene er kopiert, består de av to identiske DNA-molekyler. Disse kaller vi søsterkromatider, og de eksisterer kun etter DNA-replikasjon. Søsterkromatidene er festet sammen i sentromeren. De blir separert under celledelingen og fordelt på to datterceller.

Homologe kromosomer

Homologe kromosomer

Homologe kromosomer

DNA-replikasjon Mitose Dattercelle 1

Søsterkromatider

Søsterkromatider

Dattercelle 2

Før delingen av cellen blir DNA kopiert og deretter pakket tett sammen til kromatin. To identiske DNA-kopier i et kromosom kalles søsterkromatider. Søsterkromatidene er festet sammen i sentromeren. Et kromosom får en X-form.

1) Disse kromosomene er tett pakket

2) DNA blir tett pakket inni cellekjernen og får en kompakt kromatinstruktur.

Når et kromosom er kopiert og deretter pakket før celledeling, ser det ut som en kort stav. Under replikasjonen blir det dannet identiske DNA-kopier av det som før var to homologe kromosomer. Disse kalles søsterkromatider. Kromosomene er festet sammen i sentromeren før celledeling og ser da ut som en X. Et kromosompar i hver dattercelle består av to homologe kromosomer, ett fra mor og ett fra far, med samme størrelse og samme geninnhold.

Cellen midt i bildet er i ferd med å dele seg og er i anafasen i mitosen. De andre cellene er i en del av cellesyklusen der kjernen er tydelig og DNA er løst pakket og ser ut som en kornete masse.

Interfase

Spindel Mitosen

Prosessen som fører til at hver av dattercellene har samme genetiske informasjon som morcellen, kalles mitose. Her skal vi se nærmere på mitose hos flercellede eukaryote organismer, både planter og dyr. Mitose foregår i kroppsceller når flercellede organismer vokser, og når celler må erstattes. De aller fleste flercellede organismer har kroppsceller med et dobbelt sett kromosomer, slik at to og to kromosomer utgjør et kromosompar. Hos mennesker har celler med et slikt dobbelt sett 46 kromosomer. Cellene er diploide, og vi betegner dem 2n. Ett sett med kromosomer vil hos mennesker bestå av 23 kromosomer, det vil si kromosomene fra 1 til og med 22, og i tillegg et kjønnskromosom. Kjønnscellene har ett enkelt sett med kromosomer. De er haploide og betegnes n. Et dobbelt sett kromosomer (ett fra far og ett fra mor) er et resultat av kjønnet formering. Et kromosompar har samme størrelse og samme gener som koder for de samme egenskapene, og kromosomene er like, homologe (med unntak av kjønnskromosomene). To homologe kromosomer

Profase Prometafase Metafase

Kromosomene er løst pakket, og genene er aktive. Det blir produsert proteiner og celleorganeller.

Anafase

Kopierte kromosomer blir pakket, og søsterkromatidene er festet sammen i sentromeren. Kjernemembranen er fortsatt hel. Spindelen fordeler seg på hver sin «pol» i cellen. Kjernemembranen går i oppløsning. Spindelen på de to polene fester seg i hvert sitt søsterkromatid.

Telofase Cytokinese

Spindelen trekker kromosomene slik at de legger seg i et plan midt i cellen. Metafasen er det lengste stadiet i mitosen og varer ca. 20 minutter.

Interfase

Kromosomene blir delt ved at spindelen trekker identiske søsterkromatider mot hver sin pol. Ved anafasens slutt har hver ende av cellen et fullstendig sett med kromosomer der hvert kromosom består av ett søsterkromatid. Spindelen forsvinner. Det dannes en ny kjernemembran rundt de to kjernene. Kromosomene blir mindre tett pakket. Cellen deler seg i to og gir to diploide datterceller med hvert sitt sett med kromosomer.

Mitosen vist for to homologe kromosompar. Røde og blå kromosomer viser ulikt foreldreopphav, blått fra far og rødt fra mor. Interfasen regnes ikke som en del av mitosen. Kromosomene blir løsere pakket. De to cellene kan starte på en ny syklus.

er likevel ikke identiske, for de kan inneholde ulike varianter av det samme genet, alleler. For eksempel kan ett av kromosomene dine inneholde genet for fri øreflipp, mens det andre kromosomet inneholder genet for fast øreflipp.

Celler som skal gjennomføre mitosen, har først kopiert DNA-et sitt. Hvert kromosom består da av to identiske DNA-molekyler, det vi kalte søsterkromatider.

I mitosen blir kjernen i én diploid celle med to identiske søsterkromatider i hvert kromosom delt i to diploide cellekjerner med ett søsterkromatid i hver celle, slik figuren på forrige side viser. Det utvikles en spindel i hver ende av kjernen. Spindelen består av lange proteintråder. Den sørger først for at kromosomene samles langs midten av cellen, og deretter for at søsterkromatidene dras fra hverandre. Dette skjer gjennom flere faser. Deretter skjer det en cytokinese (todeling). Det vil si at de to dattercellene blir fysisk skilt fra hverandre.

I mitosen deler en diploid morcelle seg og gir to identiske diploide datterceller.

Meiosen

I flercellede organismer er meiose (halveringsdeling) den prosessen som fører til produksjon av kjønnsceller. Ved kjønnet formering oppstår nye diploide individer (2n) fra eggcellen (n) og sædcellen (n) som smelter sammen under befruktningen. Kjønnscellene har ett enkelt sett med kromosomer.

Slike haploide kjønnsceller kalles også gameter. Dersom kjønnscellene hadde hatt et dobbelt sett kromosomer, slik kroppscellene har, ville kromosomtallet i cellene ha doblet seg for hver generasjon. Hos planter og dyr produseres kjønnsceller fra diploide stamceller ved meiosen. Som i mitosen blir cellens DNA kopiert før meiosen begynner. De diploide stamcellene har derfor også parvise homologe kromosomer der hvert kromosom består av to søsterkromatider. De fire søsterkromatidene fra hvert kromosompar blir i meiosen fordelt på fire haploide datterceller. Meiosen består av flere trinn enn mitosen, og det skjer to celledelinger (se figuren).

Som figuren viser, legger homologe kromosomer seg inntil hverandre i hele sin lengde i profase I. Dersom DNA-biter løsner på samme sted i to søsterkromatider, kan bitene bytte plass. Dette kaller vi overkrysning. Det gir nye kombinasjoner av homologe kromosomer og dermed økt genetisk variasjon hos kjønnscellene. I gjennomsnitt foregår det ca. femti overkrysninger i løpet av en meiose i en menneskecelle.

Profase I

Spindel I meiosen gir én diploid morcelle opphav til fire haploide datterceller. Hos hannlige pattedyr resulterer dette i fire sædceller som alle er dannet fra én diploid stamcelle i testiklene. Det skjer meiose i mange celler samtidig, og en sæduttømming hos en mann kan inneholde så mye som 350 millioner sædceller. Hos kvinner skjer meiosen bare én gang i måneden, og bare én av de haploide cellene gir en eggcelle som modnes og løsner under eggløsningen. De tre andre haploide cellene ligger inntil den cellen som skal bli eggcelle, og går etter hvert til grunne. Et menneske med 46 kromosomer (23 par) har 223 = 8 388 608 ulike kombinasjonsmuligheter for kjønnsceller. I tillegg vil overkrysning i meiosen sørge for ytterligere variasjon. De fire (22) kombinasjonsmulighetene for to homologe kromosompar er vist på figuren til venstre/høyre.

Metafase I Anafase I Telofase I Celledeling

Kopierte kromosomer Kromosomene blir pakket. Det dannes legger seg i et plan en spindel som trekker midt i cellen. homologe kromosomer tett sammen mot midten av cellen. Som regel skjer det en overkrysning mellom de homologe kromosomene. Kjernemembranen brytes ned. Denne fasen utgjør mer enn 90 prosent av den totale tiden meiosen tar.

Profase II Metafase II

Kromosomene i hvert par trekkes av spindelen til hver sin pol. Spindelen forsvinner. Det dannes en ny membran rundt de to kjernene.

Anafase II Telofase II

Cellene deler seg og gir to haploide datterceller der hvert kromosom består av to søsterkromatider.

Celledeling

Det dannes en spindel som fester seg i sentromeren i hvert kromosom. Spindelen trekker kromosomene slik at de legger seg i et plan midt i cellen. Kromosomene blir delt ved at spindelen trekker identiske søsterkromatider mot hver sin pol. Spindelen forsvinner. Det dannes ny membran rundt de to kjernene. Kromosomene bli mindre tett pakket. Begge cellene deler seg i to og gir fire haploide datterceller med ett sett kromosomer der hvert kromosom består av et søsterkromatid.

Meiosen vist for to homologe kromosompar. Røde og blå kromosomer viser ulikt foreldreopphav, blått fra far og rødt fra mor. Før og etter fasene i meiosen er cellene i interfasen slik som i mitosen. Interfasen er ikke tegnet inn her.

I meiosen gir én diploid stamcelle opphav til fire haploide kjønnsceller som har ulik genetisk informasjon. Meiosen har flere faser enn mitosen, og det skjer to celledelinger.

Sammenlikning mellom mitose og meiose

Den viktigste forskjellen mellom mitose og meiose er at mitose gir diploide (2n) datterceller med samme genetiske informasjon som morcellen, mens meiose gir haploide (n) datterceller med halvert kromosomsett og genetisk informasjon som er ulik morcellen. Diploide celler som har oppstått som resultat av mitose, inneholder fortsatt homologe kromosomer, det vil si kromosompar. I meiosen, derimot, blir de homologe kromosomene fordelt tilfeldig på de fire haploide dattercellene. Cellene inneholder da kun enkeltvise kromosomer. Fordi den genetiske informasjonen i homologe kromosomer fra to foreldre ikke er identisk, blir den genetiske informasjonen i de haploide kjønnscellene forskjellig.

Meiosen produserer kjønnsceller med genetisk variasjon mellom cellene. I meiosen skapes genetisk variasjon ved overkrysning. Overkrysning forekommer ikke i mitosen.

Meiosen og mitosen er lik for planter og dyr. Likevel er veksten og utviklingen svært forskjellig når zygoter fra planter og dyr utvikler seg til en selvstendig organisme.

Forskjeller mellom mitosen og meiosen

Egenskap Mitose

Antall celledelinger Én

Antall datterceller To

Overkrysning

Funksjon Forekommer ikke

befruktet eggcelle og nye celler til vekst og erstatning av gamle celler Meiose

To

Fire

Produserer kjønnsceller

Genetisk informasjon Identisk med morcellens Unik. Har halvparten av morcellens gener og er ulik andre kjønnsceller

Mulig kombinasjoner i meiosen

Uavhengig fordeling av homologe kromosomer i meiosen. Røde og blå kromosomer viser ulikt foreldreopphav, blått fra far og rødt fra mor. De homologe kromosomene er like store. To homologe kromosompar kan fordeles på fire forskjellige måter. Resultatet er kjønnsceller med ulik genetisk informasjon.

Polyploidi

Vi mennesker har to sett med kromosomer i hver kroppscelle, vi er diploide. Men ikke alle organismer er diploide. Hos plantene er det vanlig med flere enn to sett kromosomer. Mange arter har både tre og fire sett, og til og med åtte og tolv.

På den måten blir kombinasjonsmulighetene, og dermed også tilpasningsmulighetene, mange flere. Når en organisme har flere enn to sett kromosomer, kalles det polyploidi(av poly-, som betyr mange).

Polyploidi er vanlig i sildreslekten.

Regulering av celledeling

Cellesyklusen er under streng kontroll. Det er viktig for vekst og reparasjon av eventuell skadet DNA. Kontrollen sikrer at de forskjellige stadiene i syklusen skjer til riktig tid, i riktig rekkefølge og bare én gang per cellesyklus. Kontrollen avgjør hvor raskt forskjellige celletyper deler seg. Hudceller, celler på innsiden av tarmen og celler i beinmargen deler seg hele livet. Leverceller kan dele seg ved behov, og lysfølsomme celler i øyet og nerveceller deler seg ikke etter at de er ferdig spesialisert. For å styre hvilke celler som skal dele seg, og når de skal dele seg, har cellen bestemte kontrollpunkter hvor cellesyklusen stopper opp. Cellen må da få et klarsignal for å gå videre i syklusen. Det viktigste kontrollpunktet ligger i interfasen, før kopieringen av DNA-et begynner. Dersom cellen får klarsignal her, vil den normalt fullføre hele cellesyklusen og dele seg. Dersom klarsignal ikke blir gitt, vil den gå ut av cellesyklusen og inn i en tilstand hvor den ikke lenger deler seg. De aller fleste celler i kroppen befinner seg i denne tilstanden, men har mulighet til å gå inn i celledeling igjen ved behov. Signaler både utenfra og innenfra cellen kan påvirke kontrollpunktene. Hvis det skjer skader på DNA, vil cellen stoppe å dele seg. Den vil da enten reparere DNA-skaden før den deler seg videre, eller begå programmert celledød, apoptose.

DNA-kopiering

Vekst Interfase

*Mitose

Delingsfase

Faser i cellesyklusen hos en planterotcelle. Ved kontrollpunkter i syklusen (merket ) sjekker cellen seg selv. Dersom noe er gått galt i cellesyklusen, kan cellen gå ut av syklusen og slutte å dele seg.

Heksekost er navnet på utvekster hos mange arter av trær. Årsaken er en sopp som angriper treets celler og gjør at trecellene mister evnen til å kontrollere celledelingen sin.

Kreft Kreftceller unnslipper kontrollpunktene i cellesyklusen og har derfor ukontrollert vekst og celledeling. Kreft er fellesbetegnelsen på en rekke sykdommer som er kjennetegnet av ukontrollert cellevekst. Mange forskjellige celletyper kan danne utgangspunkt for slike sykdommer. Kreft skyldes ofte muterte gener som er involvert i cellesyklusen, og som gjør at cellene unnslipper kontrollmekanismer som normalt begrenser celledeling.

Det finnes to hovedtyper av gener som medvirker direkte til kreft: tumorsupressor-gener og onkogener. Tumor-supressor-gener virker normalt som bremser på celleveksten. Normal aktivitet i disse genene hindrer celleveksten fra å løpe løpsk. Muterte tumor-supressor-gener gjør at bremsen ikke virker, og kreftcellene kan da vokse og dele seg uhemmet.

Onkogener koder normalt for proteiner som stimulerer normal cellevekst og deling. Dersom en mutasjon øker mengden protein som et onkogen produserer, kan dette føre til kreft. Skader i DNAreparasjonsgener kan også føre til utvikling av kreft fordi skadede gener ikke blir reparert.

Bildet viser blodkreftceller. Cellene viser unormal celledeling. Bildet er farget og cellekjernene vises i mørk blått.

Kreftceller deler seg ofte og kan spre seg til andre vev, for eksempel gjennom blodårer eller lymfevev. Kombinasjonen av disse egenskapene gjør kreft dødelig for pasienten. Jo mer kreftcellene sprer seg til andre vev, desto vanskeligere blir det å behandle kreften.

Ofte fører en kombinasjon av flere mutasjoner til at det oppstår kreftceller. Mellom åtti og nitti prosent av alle kreftformer skyldes mutasjoner i arvestoffet. De oppstår i cellene i løpet av livet og er ikke arvet. De vanligste arvelige kreftformene er brystkreft, eggstokkreft, livmorhalskreft og tykktarmskreft. Også i krefttyper i nyrer, hud og skjelett er det funnet nedarvede mutasjoner. Kreftsykdom er derfor oftest en sykdom for eldre personer, da det har tatt tid for cellene å få flere kreftfremmende mutasjoner.

Begge fasene i cellesyklusen har flere kontrollpunkter som sørger for å regulere celledelingen. Kreftceller unnslipper kontrollpunkter og har ukontrollert vekst og celledeling.

REPETISJON

a Beskriv kort en cellesyklus og fasene den er delt inn i. b Tegn og forklar det som skjer i mitosen. Bruk fagord når du forklarer. c Tegn og forklar det som skjer i meiosen. Bruk fagord når du forklarer. d Hvorfor har cellesyklusen kontrollpunkter? e Hvordan oppstår kreftceller?