Zróżnicowanie komórkowe u zwierząt i roślin

The różnicowanie komórek to stopniowe zjawisko, dzięki któremu komórki multipotencjalne organizmów osiągają określone cechy. Występuje podczas procesu rozwoju, a zmiany fizyczne i funkcjonalne są udokumentowane. Pojęciowo zróżnicowanie występuje w trzech etapach: determinacja, właściwe różnicowanie i dojrzewanie.

Te trzy wspomniane procesy zachodzą w sposób ciągły w organizmach. W pierwszym etapie oznaczania następuje przypisanie komórek multipotencjalnych w zarodku do określonego typu komórki; na przykład komórka nerwowa lub komórka mięśniowa. W różnicowaniu komórki zaczynają wyrażać cechy linii.

Wreszcie dojrzewanie zachodzi w ostatnich etapach procesu, w którym nabywane są nowe właściwości, które powodują pojawienie się cech charakterystycznych w dojrzałych organizmach..

Różnicowanie komórek jest procesem regulowanym w bardzo ścisły i precyzyjny sposób za pomocą szeregu sygnałów obejmujących hormony, witaminy, specyficzne czynniki, a nawet jony. Cząsteczki te wskazują początek szlaków sygnałowych wewnątrz komórki.

Możliwe, że występują konflikty między procesami podziału i różnicowania komórek; dlatego rozwój osiąga punkt, w którym proliferacja musi przestać powodować różnicowanie.

Indeks

• 1 Ogólna charakterystyka
• 2 Różnicowanie komórek u zwierząt
  • 2.1 Włączanie i wyłączanie genów
  • 2.2 Mechanizmy wytwarzające różne typy komórek
  • 2.3 Model różnicowania komórek: tkanka mięśniowa
  • 2.4 Geny główne
• 3 Różnicowanie komórek w roślinach
  • 3.1 Meristemas
  • 3.2 Rola auksyn
• 4 Różnice między zwierzętami a roślinami
• 5 referencji

Ogólna charakterystyka

Proces różnicowania komórek obejmuje zmianę formy, struktury i funkcji komórki w danej linii. Ponadto oznacza to redukcję wszystkich potencjalnych funkcji, jakie może mieć komórka.

Zmiana jest regulowana przez kluczowe cząsteczki, między tymi białkami i specyficznymi matrycowymi RNA. Różnicowanie komórek jest produktem kontrolowanej i zróżnicowanej ekspresji niektórych genów.

Proces różnicowania nie oznacza utraty początkowych genów; to, co się dzieje, to represja w określonych miejscach maszyny genetycznej w komórce, która przechodzi proces rozwoju. Komórka zawiera około 30 000 genów, ale wyraża tylko około 8 000 lub 10 000.

Aby zilustrować powyższe stwierdzenie, zaproponowano następujący eksperyment: jądro jest pobierane z komórki już zróżnicowanej z ciała płazów - na przykład komórki błony śluzowej jelit - i jest wszczepiane w zalążek żaby, której jądro zostało wcześniej wyekstrahowane.

Nowe jądro zawiera wszystkie informacje niezbędne do stworzenia nowego organizmu w doskonałych warunkach; to znaczy komórki błony śluzowej jelit nie straciły żadnego genu, gdy przechodzą proces różnicowania.

Różnicowanie komórek u zwierząt

Rozwój rozpoczyna się od zapłodnienia. Gdy powstawanie moruli występuje w procesach rozwojowych zarodka, komórki uznaje się za totipotencjalne, co wskazuje, że są one zdolne do tworzenia całego organizmu.

Wraz z upływem czasu morula staje się blastulą, a komórki są teraz nazywane pluripotencjalnymi, ponieważ mogą tworzyć tkanki organizmu. Nie mogą tworzyć kompletnego organizmu, ponieważ nie są w stanie doprowadzić do powstania tkanek pozazarodkowych.

Histologicznie, podstawowymi tkankami organizmu są nabłonek, łącznik, muskularny i nerwowy.

W miarę przemieszczania się komórki stają się multipotencjalne, ponieważ różnicują się w dojrzałe i funkcjonalne komórki.

U zwierząt - szczególnie u metazorodków - istnieje wspólna ścieżka rozwoju genetycznego, która jednoczy ontogenezę grupy dzięki serii genów, które definiują specyficzny wzór struktur ciała, kontrolując tożsamość segmentów w osi przednio-tylnej zwierzęcia.

Geny te kodują konkretne białka, które mają sekwencję aminokwasową wiążącą DNA (homeoboks w genie, homodomena w białku).

Włączanie i wyłączanie genów

DNA można modyfikować za pomocą czynników chemicznych lub mechanizmów komórkowych wpływających na -indukcje lub represje - ekspresję genów.

Istnieją dwa rodzaje chromatyny, sklasyfikowane według ich ekspresji: euchromatyna i heterochromatyna. Pierwszy jest zorganizowany w sposób rozluźniony, a jego geny są wyrażone, drugi ma zwartą organizację i uniemożliwia dostęp do maszyn transkrypcyjnych.

Zaproponowano, że w procesach różnicowania komórek geny, które nie są wymagane dla tej konkretnej linii, są wyciszane w postaci domen złożonych z heterochromatyny.

Mechanizmy wytwarzające różne typy komórek

W organizmach wielokomórkowych istnieje szereg mechanizmów, które wytwarzają różne typy komórek w procesach rozwojowych, takich jak segregacja czynników cytoplazmatycznych i komunikacja komórkowa.

Segregacja czynników cytoplazmatycznych obejmuje nierówne rozdzielenie elementów, takich jak białka lub informacyjny RNA w procesach podziału komórki.

Z drugiej strony, komunikacja komórkowa między sąsiadującymi komórkami może stymulować różnicowanie kilku typów komórek.

Taki proces zachodzi w tworzeniu pęcherzyków oftalmicznych, gdy spotykają się z ektodermą obszaru głowowego i powodują pogrubienie, które tworzy płytki soczewki. Te składają się do wewnętrznego obszaru i tworzą soczewkę.

Model różnicowania komórek: tkanka mięśniowa

Jednym z najlepiej opisanych modeli w literaturze jest rozwój tkanki mięśniowej. Ta tkanka jest złożona i składa się z komórek z wieloma jądrami, których funkcją jest skurcz.

Komórki mezenchymalne powodują powstawanie komórek miogennych, co z kolei prowadzi do dojrzałej tkanki mięśni szkieletowych.

Aby ten proces różnicowania mógł się rozpocząć, muszą być obecne pewne czynniki różnicujące, które zapobiegają fazie S cyklu komórkowego i działają jako stymulatory genów powodujące zmianę.

Gdy te komórki otrzymują sygnał, inicjuje transformację w kierunku mioblastów, które nie mogą przejść procesów podziału komórkowego. Myoblasty wyrażają geny związane ze skurczem mięśni, takie jak te kodujące białka aktyny i miozyny.

Mioblasty mogą zlewać się ze sobą i tworzyć miotubę z więcej niż jednym jądrem. Na tym etapie następuje produkcja innych białek związanych ze skurczem, takich jak troponina i tropomiozyna.

Gdy jądra przesuwają się w kierunku obwodowej części tych struktur, są uważane za włókno mięśniowe.

Jak opisano, komórki te mają białka związane ze skurczem mięśni, ale brakuje im innych białek, takich jak keratyna lub hemoglobina.

Master genów

Różnicowa ekspresja w genach jest pod kontrolą „genów głównych”. Znajdują się one w jądrze i aktywują transkrypcję innych genów. Jak sama nazwa wskazuje, są kluczowymi czynnikami odpowiedzialnymi za kontrolowanie innych genów kierujących ich funkcjami.

W przypadku różnicowania mięśni specyficznymi genami są te, które kodują każde białko zaangażowane w skurcz mięśni, a geny główne są MyoD i Myf5.

Gdy nie ma genów regulacyjnych, geny subalterowe nie są wyrażane. W przeciwieństwie do tego, gdy gen główny jest obecny, ekspresja docelowych genów jest wymuszona.

Istnieją geny główne, które kierują między innymi różnicowaniem neuronów, nabłonka, serca.

Różnicowanie komórek w roślinach

Podobnie jak u zwierząt, rozwój roślin zaczyna się od formowania zygoty wewnątrz nasion. Gdy następuje pierwszy podział komórek, powstają dwie różne komórki.

Jedną z cech rozwoju roślin jest ciągły wzrost organizmu dzięki ciągłej obecności komórek, które mają charakter embrionalny. Regiony te są znane jako merystemy i są organami wiecznego wzrostu.

Ścieżki różnicowania dają początek trzem układom tkankowym obecnym w roślinach: protodermie, która obejmuje tkanki skórne, podstawowe merystemy i substytucję.

Produkt jest odpowiedzialny za powstawanie tkanki naczyniowej w roślinie, utworzonej przez ksylem (transporter wody i rozpuszczone sole) i łyko (transporter cukrów i innych cząsteczek, takich jak aminokwasy).

Meristems

Merystemy znajdują się na końcach łodyg i korzeni. W ten sposób komórki te różnicują się i tworzą różne struktury, które tworzą rośliny (między innymi liście, kwiaty).

Zróżnicowanie komórkowe struktur kwiatowych zachodzi w określonym momencie rozwoju, a merystem staje się „kwiatostanem”, który z kolei tworzy merystemy kwiatowe. Stąd powstają kawałki kwiatów składające się z działek, płatków, pręcików i owocolistków.

Komórki te charakteryzują się małym rozmiarem, kształtem prostopadłościennym, cienką lecz elastyczną ścianą komórkową i cytoplazmą o dużej gęstości i licznymi rybosomami..

Rola auksyn

Fitohormony odgrywają rolę w zjawiskach różnicowania komórek, zwłaszcza auksyn.

Hormon ten wpływa na różnicowanie tkanki naczyniowej w łodydze. Eksperymenty wykazały, że zastosowanie auksyn w ranie prowadzi do powstawania tkanki naczyniowej.

Podobnie, auksyny są związane ze stymulacją rozwoju komórek kambium naczyniowego.

Różnice między zwierzętami a roślinami

Proces różnicowania i rozwoju komórek u roślin i zwierząt nie zachodzi identycznie.

U zwierząt muszą wystąpić ruchy komórek i tkanek, aby organizmy nabyły trójwymiarową konformację, która je charakteryzuje. Ponadto różnorodność komórek jest znacznie większa u zwierząt.

Natomiast rośliny nie mają okresów wzrostu tylko we wczesnych stadiach życia jednostki; mogą zwiększyć swój rozmiar przez całe życie warzyw.

Referencje

1. Campbell, N. A., i Reece, J. B. (2007). Biologia. Ed. Panamericana Medical.
2. Cediel, J. F., Cárdenas, M. H. i García, A. (2009). Podręcznik histologiczny: tkanki podstawowe. Uniwersytet Rosario.
3. Hall, J. E. (2015). Guyton and Hall podręcznik fizjologii medycznej e-Book. Elsevier Health Sciences.
4. Palomero, G. (2000). Lekcje embriologii. Uniwersytet w Oviedo.
5. Wolpert, L. (2009). Zasady rozwoju. Ed. Panamericana Medical.