ביולוגיה/מחזור התא
ניתן לחלק את מחזור התא האיקריוטי לארבעה שלבים עיקריים בהתאם לפעילות העיקרית המתרחשת בתא בכל שלב. ואלה ארבעת השלבים:
שלב G1 (growth) - בשלב זה מתחיל את דרכו תא שזה עתה נוצר בחלוקה. התא גדל בנפחו, מתבצע בו חילוף חומרים נמרץ, ומיוצרות בו מולקולות רבות של RNA, חלבונים ומרכיבי תא נוספים. משכו של שלב זה שונה מאד בתאים שונים: בין שעות מספר עד ימים, ויש גם תאים שכל חייהם נמצאים בשלב זה.
שלב S (synthesis) - בשלב זה מוכפלות מולקולות החומר התורשתי DNA שבגרעין התא. דיוק של הכפלה זו חשוב ביותר, היות ששיבוש במידע עלול להשפיע על תפקוד התאים הצאצאים בדורות הבאים. בתום שלב זה יש בגרעין התא כמות כפולה של ה-DNA. שלב זה נמשך בדרך כלל 3-6 שעות.
שלב G2 - גם הוא שלב של גידול, וגם בו מתרחשים תהליכי ייצור והרכבה של חומרים שונים בתא, ביניהם RNA וחלבונים. היות ששלב זה חל אחרי הכפלת n-DNA ,בשלב זה יש בתא כמות כפולה של DNA.
שלב M (mitosis) - הוא שלב קצר, לעומת השלבים האחרים, ומרשים ביותר למתבונן בו מבעד למיקרוסקופ. גרעין התא, שמכיל כמות כפולה של חומר תורשתי, מתחלק במדויק לשניים (זהו תהליך המיטוזה). לאחר מכן מתחלקת הציטופלסמה, עם האביונים שבה, בין שני התאים המתהווים. כל אחד מתאי-הבת נכנס עתה לשלב G שלו, ומתחיל מחזור חדש
.
שכפול ה-DNA
המידע התורשתי נמצא ב-DNA ועל מנת לשמור שכמותו והרכבו ישמרו מתקיים תהליך השכפול. כאשר תא מתחלק, מולקולות ה-DNA משכפלות את עצמן – כל אחד מזוג הגדילים משמש ליצירת גדיל חדש. בתהליך מעורבים אינזימים שונים, והוא מורכב ממספר שלבים:
שלב ראשון – האנזים הליקאז פותח את הסליל הכפול, וכל גדיל מתיישר, כך שנוצרת צורת Y.
שלב שני – לאחר ההפרדה, כל גדיל מהווה תבנית ליצירת הגדיל השני. האנזים דנא פולימראז הוא האנזים העיקרי שפועל בתהליך השכפול, והוא אחראי על פלמור ה-DNA החדש (האנזים ליגאז מחבר בין קטעי ה-DNA לקטע אחד). אמנם האנזים דנא פולימראז מתחיל במלאכת השכפול רק לאחר הפריימר. הפריימר הוא קטע קצר המכיל 10 נוקליאוטידים ורק לאחר שהפריימר נבנה, האנזים מתחיל לעבוד.
שלב שלישי – זהו סוף תהליך השכפול, מתקבלות שתי מולקולות DNA אשר זהות אחת לשנייה ולמולקולת האם, כל אחת מורכבת גדיל ישן אחד וגדיל חדש אחד.
מיטוזה – חלוקת השוואה
תהליך המיטוה הוא תהליך חלוקת תא אם לשתי תאי בת אשר זהים לחלוטין לתא המקורי. ביצורים רב תאיים, תהליך זה מתרחש כל החיים אם לשם גדילה ואם לתיקון רקמות פגעועות. ביצורים חד תאיים תהליך המיטוזה משמש כרבייה (רבייה אל זוויגית). להלן השלבים בתהליך:
שלב ראשון – התגלות הכרומוזומים בתחילת החלוקה כל כרומוזום מסתלסל ונדחס, ובו בזמן הוא נפרד משאר הכרומוזומים ויוצר גופיף מוגדר. החל משלב זה אפשר להבחין מבעד למיקרוסקופ האור בכרומוזומים בודדים. בשעת התארגנות זו של הכרומוזומים, קרום הגרעין מתפרק לשלפוחיות קרומיות קטנות.
שלב שני – תנועה למרכז הכרומוזומים מסתדרים במישור המשווה- מרכז התא. נוצרים סיבי כישור שהם סיבים חלבוניים שנוצרים מסיבי השלד התוך-תאי. סיהים אלה מאפשרים את תנועת הכרומוזומים.
שלב שלישי – הפרדה והתרחקות סיבי הכישור גורמי לתנועת הכרומוזוים בצורה הבאה, כל כרומטידה אחות אחת נמשכת לקוטב מנוגד. הפרדות הכרומטידות האחיות נגרמת מהתחלקות הצנטרומר.
שלב רביעי – סוף החלוקה התא מסיים את החלוקה, כל הכרומטידות שנמשכו לכיוון אחד חוזרות להיות פקעת סבוכה וסביב כל פקעת מתארגן קרום גרעין. שתי תאי הבת זהים לתא האם המקורי. הציטופלסמה והאברונים שבה מתחלקים בין התאים.
יתרונות התהליך – תהליך מהיר ומדוייק, צאצאים זהים בדיוק להורים, אין צורך בחיפוש אחר בן זוג.
חסרונות התהליך – חוסר שונות גנטית אשר עלול להביא להשמדתו של מין מסויים. כיוון שאם וכאשר ישנו גורם בסביבה שפוגע בתא מסויים, הוא יכול גם לפגוע בכל התאים, אם יש פגם בתא המקורי, גם תאי הבת יהיו פגומים.
מיוזה – חלוקת הפחתה
לצורך רבייה זוויית קיימים תאי מין – הם תא הזרע ותא הביצית. בעת הפרייה מתלכדים תאים אלו ונוצרת זיגוטה – תא ביצית מופרה. תאים אלו נוצרים בתהליך הנרקא מיוזה. אצל הזכרים תהליך זה מתרחש באשכים ואילו בנקבות הוא מתרחש בשחלות. המיוזה מחולקת לשתי חלוקות ובסופה ישנם ארבעה תאי בת אשר שונים זה מזה ומהתא המקורי. בכל תא n כרומוזומים.
חלוקה ראשונה
1. פרופאזה – הכרומוזומים נדחסים, קרום הגרעין נעלם ונוצרים סיבי כישור.
2. מטאפזה – הכרומוזומים מסתדרים במישור המשווה בזוגות הומולוגיים.
בשלב זה מתרחש תהליך שנקרא שחלוף כאשר בו יש החלפה אקראית בין כרומוזומים הומולוגיים במקטעים. הדבר יוצר שונות גנטית.
3. אנאפזה – הכרומוזומים ההומולוגים נפרדים לקטבים מנוגדים.
4. טלופאזה – התא מתחלק לשתי תאי בת דיפלואידים, כל כרומוזום מכול כרומטידות אחיות, נוצר קרום גרעין והכרומוזומים מתפזרים.
חלוקה שנייה
1. פרופאזה – הכרומוזומים נדחסים, קרום הגרעין נעלם ונוצרים סיבי כישור.
2. מטאפזה – הכרומוזומים מסתדרים במישור המשווה בעזרת הסיבים.
3. אנאפזה – הכרומטידות האחיות נפרדות ונעות לקטבים שונים
4. טלופאזה – כל אחד מהתאים מתחלק לשתי תאי בת, נוצר קרום גרעין.
חשיבות אבולציונית – השונות הגנטית בין הגמטות גורמת לשונות גנטית רבה בין צאצאיה. שונות זו מעניקה יתרון אבולציוני עצום, משום שהיא מגדילה את יכולת האוכלוסייה להתגמש ולהשתנות לפי תנאי הסביבה. אם יחולו שינויים בסביבה, לפרטים המותאמים יותר יהיה יתרון והם ישרדו (הברירה הטבעית).
שגיאות בהיפרדות הכרומוזומים – אי הפרדה בין הכרומוזומים ההומולוגיים בחלוקה הראשונה, או אי הפרדה בין הכרומטידות אחיות בחלוקה השנייה עלולות לגרום ליצירת גמטות בעלות מספר לא תקין של כרומוזומים. (עודף/חוסר) ולהיווצרות עובר הסובל מליקויים שונים. לדוגמא, תסמונת דאון נובעת מעודף של כרומוזום מס' 21.