Biologie celdelingen: mitose en meiose

In het menselijk lichaam vinden voortdurend celdelingen plaats. Celdelingen dienen voor de nieuwe aanwas van cellen. Sommige cellen gaan dood (zoals huidcellen), zijn onbruikbaar geworden (door bijvoorbeeld beschadigingen) of offeren zichzelf op (fagocyten, deze cellen eten lichaamsvreemde stoffen op, waarbij ze zelf dood gaan, maar tevens eventuele ziekmakende bacteriën onschadelijk maken). Er bestaan twee processen tot de ontwikkeling van nieuwe cellen: de mitose en de meiose.

Inhoud

• Voorkennis
• De mitose
• De meiose

Voorkennis

Voordat de mitose en meiose worden behandeld, dient men de volgende termen en theorieën te begrijpen: een normale menselijke cel bevat 46 chromosomen. Deze zijn te rangschikken in 23 chromosoomparen, waarbij één chromosoompaar bijvoorbeeld de haarkleur codeert. De ene chromosoom van dit paar is afkomstig van de vader, de ander is van de moeder.

Chromosomen zijn losse delen van het erfelijk materiaal. Chromosomen kunnen zowel (!) uit één chromatide bestaan als uit twee. Een chromatide is helft van een chromosoom. Zo bestaat een chromosoom tijdens de G1-fase nog uit één chromatide. Vervolgens worden de chromosomen verdubbeld en bestaat elke chromosoom nu uit twee chromatiden. Kanttekening: in de biologie spreken we niet van een chromatide indien een chromosoom maar uit één chromatide bestaat, maar wordt de term chromatide alleen gebruikt, indien een chromosoom uit twee chromatiden bestaat. Echter is dit voor het begrip verhelderend.

Een diploïde cel is een cel met 46 chromosomen, waarbij elke chromosoom uit zowel één als twee chromatiden kan bestaan. Een haploïde cel is een cel met 23 chromosomen en ook hierbij kan elke chromosoom uit zowel één als twee chromatiden bestaan. Alle lichaamscellen zijn diploïd, alleen de geslachtscellen zijn haploïd. Het resultaat van de mitose zijn twee diploïde cellen, en van de meiose vier haploïde cellen, vier geslachtscellen dus. Alvorens de celdeling start, heeft altijd de interfase plaatsgevonden, dus zowel voor de mitose als voor de meiose.

De mitose

De mitose is een proces waarbij uiteindelijk uit één menselijke cel met 46 chromosomen, twee cellen met elk 46 chromosomen ontstaan. Deze twee cellen zijn genetisch geheel identiek aan elkaar. Dit proces verloopt in verschillende fases: de interfase en de M-fase.

Interfase

De interfase bestaat uit drie aparte fases:

De G1-fase
De cel, die de mitose gaat doorlopen, neemt in omvang toe. De organellen van de cel maken stoffen die nodig zijn voor het verdubbelen van het DNA.

S-fase
Ook wel de synthese fase. Op dit punt worden de DNA-moleculen verdubbeld. Nu beschikt de cel over 92 chromatiden, waarbij de identieke chromosomen verbonden blijven via het centromeer, waarmee er dus nog steeds 46 chromosomen in de cel aanwezig zijn, echter nu bestaande uit twee chromatiden.

De G2-fase
In deze fase worden alle chromosomen gecontroleerd op kopieerfouten of andere fouten in het DNA. Ook verdubbelen hier de organellen van de cel.

M-fase: de mitose fase

De mitose fase bestaat uit vier aparte fases:

De profase
De DNA-moleculen rollen zich op, spiraliseren, en ze worden zichtbaar zoals ze vereenvoudigd weergegeven zijn in de afbeelding. Het kernmembraan vervalt. Er ontwikkelen (twee) centriolen (aanhechtingspunten).

De metafase
In de cel ontstaan eiwitdraden die zich vasthechten aan het centromeer. De chromosomen worden vervolgens naar het midden van de cel geduwd, het equatoriale vlak. Deze eiwitdraden lopen van het centromeer tot twee polen, centriolen genaamd, aan de zijkanten van de cel, wat resulteert in een spoelfiguur.

De anafase
De centromeren splitsen en de eiwitdraden trekken de chromatiden uit elkaar. Hierbij komt er bij elke pool één van de twee identieke chromatiden terecht. Door het splitsen van de centromeren zijn er nu heel even in de cel 92 losse chromosomen (ieder bestaande uit één chromatide). Bij elk van de twee polen liggen nu 46 verschillende chromosomen, waarvan 23 chromosomenparen met één chromosoom van de vader en één van de moeder zoals links op de afbeelding is weergegeven.

De telofase
Elke groep krijgt zijn eigen kernmembraan en organellen, en de twee kernen scheiden zich tot twee aparte cellen. De mitose is voltooid, het resultaat: twee identieke cellen met elk 46 chromosomen (bestaande uit elk één chromatide), 23 chromosoomparen, bestaande uit één chromosoom van de vader, één van de moeder, en bevatten verschillende informatie voor dezelfde erfelijke eigenschappen (bijvoorbeeld haarkleur).

De meiose

De meiose heeft vooral in het begin veel weg van de mitose, maar is een wat ingewikkelder proces. Het eindresultaat is ook totaal verschillend. Aan het begin van de meiose is er één diploïde cel, daarna zijn er vier haploïde cellen, geslachtscellen dus. De meiose wordt daarom ook wel geslachtsdeling genoemd.

Bij de meiose gaat het om twee delingen, de meiose I en de meiose II. Voorafgaand aan meiose I en II vindt de interfase plaats zoals beschreven bij de mitose. Hierbij wordt dus het DNA verdubbeld. Nog even voor de duidelijkheid, we hebben dus in de bewuste cel 46 chromosomen, bestaande uit elk twee identieke chromatiden, als resultaat van de synthese in de interfase. Het delingsproces vindt vervolgens plaats in de volgende stappen:

Meiose I

De profase I
Het DNA, de chromosomen, spiraliseren en zijn zichtbaar met een microscoop. Het kernmembraan vervalt en de twee centriolen verschijnen.

De metafase I
De chromosomen liggen paarsgewijs midden in de cel, het equatoriale vlak en iedere chromosoom zit via een eiwitdraad verbonden met een centriole. We zien een spoelfiguur.

De anafase I
De eiwitdraden trekken de chromosomen naar de centriolen. Hierbij worden de centromeren niet verbroken, in tegenstelling tot de anafase bij de mitose. Het resultaat: twee groepen van 23 chromosomen, elk bestaande uit twee chromatiden. We hebben nu dus twee haploïde groepen.

De telofase I
De twee groepen bij de centriolen despiraliseren weer enigszins en het kernmembraan wordt weer gevormd. We hebben nu twee haploïde cellen.

Nu volgt het tweede deel van de meiose. Echter is het verstandig het verschil in resultaat tussen de mitose en de meiose I nogmaals uiteen te zetten. Na de mitose kregen we twee groepen van 46 chromosomen bestaande uit 'één chromatide'. Dit komt omdat bij de anafase van de mitose de centromeren loslieten en de chromatiden door de eiwitdraden gescheiden werden. Bij de meiose I worden de centromeren niet verbroken en worden de chromosomen gescheiden, niet de chromatiden. Dus na meiose I krijgen we twee cellen met 23 chromosomen, waarbij elke chromosoom twee chromatiden heeft.

Meiose II

Let op: de meiose II vindt plaats bij beide cellen die zijn ontstaan uit de meiose I. Uiteraard vindt er geen interfase plaats tussen meiose I en meiose II.

De profase II
De chromosomen spiraliseren weer, het ontstane kernmembraan vervalt. Centriolen verschijnen.

De metafase II
De chromosomen liggen weer in het equatoriale vlak en het spoelfiguur wordt gevormd.

De anafase II
De eiwitdraden trekken de chromatiden van de chromosomen uit elkaar. Nu worden de centromeren wel weer verbroken, net zoals bij de mitose. Resultaat: twee maal (immers begonnen we de meiose II met twee cellen) twee groepen van 23 chromosomen elk bestaande uit één chromatide.

De telofase II
Alle groepen worden gescheiden. Kernmembranen ontstaan weer en we hebben nu vier haploïde cellen; geslachtscellen. De meiose is voltooid.