Fazy ​​mitów i ich cechy, funkcje i organizmy



The mitoza jest to proces podziału komórki, w którym komórka wytwarza genetycznie identyczne komórki potomne; dla każdej komórki generowane są dwie „córki” z tym samym ładunkiem chromosomu. Podział ten ma miejsce w komórkach somatycznych organizmów eukariotycznych.

Proces ten jest jednym z etapów cyklu komórkowego organizmów eukariotycznych, który składa się z 4 faz: S (synteza DNA), M (podział komórek), G1 i G2 (fazy pośrednie, w których wytwarzane są mRNA i białka) , Razem fazy G1, G2 i S są uważane za interfejs. Podział jądrowy i cytoplazmatyczny (mitoza i cytokineza) stanowią ostatni etap cyklu komórkowego.

Na poziomie molekularnym mitozę inicjuje aktywacja kinazy (białka) zwanej MPF (Maturation Promoting Factor) i wynikająca z tego fosforylacja znacznej liczby białkowych składników komórki. Ta ostatnia umożliwia komórce przedstawienie zmian morfologicznych niezbędnych do przeprowadzenia procesu podziału.

Mitoza jest procesem bezpłciowym, ponieważ komórka progenitorowa i jej córki mają dokładnie taką samą informację genetyczną. Komórki te są znane jako diploidy, ponieważ niosą pełny ładunek chromosomalny (2n).

Z drugiej strony mejoza jest procesem podziału komórek, który powoduje rozmnażanie płciowe. W tym procesie diploidalna komórka macierzysta replikuje swoje chromosomy, a następnie dzieli się dwa razy z rzędu (bez replikowania informacji genetycznej). Na koniec generowane są 4 komórki potomne z połową ładunku chromosomowego, które nazywane są haploidami (n).

Indeks

  • 1 Ogólne zasady mitozy
  • 2 Jakie jest znaczenie tego procesu?
  • 3 fazy i ich cechy
    • 3.1 Profase
    • 3.2 Prometafaza
    • 3.3 Metafaza
    • 3.4 Anafaza
    • 3.5 Telofaza
    • 3.6 Cytokineza
    • 3.7 Cytokineza w komórkach roślinnych
  • 4 funkcje
  • 5 Regulacja wzrostu i podziału komórek.
  • 6 organizacji, które to wykonują
  • 7 Podział komórek w komórkach prokariotycznych
  • 8 Ewolucja mitozy
    • 8.1 Co poprzedzało mitozę?
  • 9 Odniesienia

Ogólne zasady mitozy

Mitoza w organizmach jednokomórkowych zwykle wytwarza komórki potomne bardzo podobne do ich komórek progenitorowych. W przeciwieństwie do tego, podczas rozwoju istot wielokomórkowych, proces ten może zapoczątkować dwie komórki o pewnych różnych cechach (mimo że są identyczne genetycznie).

To różnicowanie komórek powoduje powstanie różnych typów komórek, które tworzą organizmy wielokomórkowe.

Podczas życia organizmu cykl komórkowy zachodzi w sposób ciągły, stale tworząc nowe komórki, które z kolei rosną i przygotowują się do podziału przez mitozę.

Wzrost i podział komórek są regulowane przez mechanizmy, takie jak apoptoza (zaprogramowana śmierć komórki), które umożliwiają utrzymanie równowagi, zapobiegając nadmiernemu wzrostowi tkanek. W ten sposób zapewnia się, że wadliwe komórki są zastępowane przez nowe komórki, zgodnie z wymaganiami i potrzebami organizmu.

Jakie jest znaczenie tego procesu?

Zdolność do reprodukcji jest jedną z najważniejszych cech wszystkich organizmów (od jednokomórkowych do wielokomórkowych) i komórek, które ją tworzą. Ta jakość pozwala zapewnić ciągłość informacji genetycznej.

Zrozumienie procesów mitozy i mejozy odegrało zasadniczą rolę w zrozumieniu intrygujących cech komórkowych organizmów. Na przykład właściwość utrzymywania stałej liczby chromosomów z jednej komórki do drugiej w obrębie jednostki oraz pomiędzy jednostkami tego samego gatunku.

Kiedy cierpimy na jakąś ranę lub ranę w naszej skórze, obserwujemy, jak w ciągu kilku dni uszkodzona skóra się regeneruje. Dzieje się tak dzięki procesowi mitozy.

Fazy ​​i ich cechy

Ogólnie, mitoza podąża za tą samą sekwencją procesów (faz) we wszystkich komórkach eukariotycznych. W tych fazach zachodzi wiele zmian morfologicznych w komórce. Wśród nich kondensacja chromosomów, pęknięcie błony jądrowej, oddzielenie komórki od macierzy zewnątrzkomórkowej i innych komórek oraz podział cytoplazmy.

W niektórych przypadkach podział jądrowy i podział cytoplazmatyczny są uważane za odrębne fazy (odpowiednio mitoza i cytokineza).

W celu lepszego zbadania i zrozumienia procesu wyznaczono sześć (6) faz, zwanych: profaza, prometafaza, metafaza, anafaza i telofaza, cytokineza jest uważana za fazę szóstą, która zaczyna się rozwijać podczas anafazy..

Fazy ​​te badano od XIX wieku za pomocą mikroskopu świetlnego, dzięki czemu dziś są one łatwo rozpoznawalne na podstawie cech morfologicznych komórki, takich jak kondensacja chromosomów i tworzenie wrzeciona mitotycznego.

Profase

Profaza jest pierwszym widocznym przejawem podziału komórki. W tej fazie można zobaczyć wygląd chromosomów jako formy rozróżnialne, ze względu na postępujące zagęszczanie chromatyny. Ta kondensacja chromosomów rozpoczyna się od fosforylacji cząsteczek histonu H1 przez kinazę MPF.

Proces kondensacji polega na skurczu, a zatem na zmniejszeniu wielkości chromosomów. Dzieje się tak z powodu zwijania włókien chromatyny, co powoduje łatwiejsze przemieszczanie struktur (chromosomy mitotyczne).

Chromosomy uprzednio duplikowane podczas okresu S cyklu komórkowego, uzyskują wygląd podwójnego włókna, zwane chromatydami siostrzanymi, wspomniane włókna są utrzymywane razem przez region zwany centromerem. W tej fazie również jądra znikają.

Tworzenie wrzeciona mitotycznego

Podczas profazy powstaje wrzeciono mitotyczne składające się z mikrotubul i białek, które tworzą zestaw włókien.

Gdy wrzeciono powstaje, mikrotubule cytoszkieletu są demontowane (przez dezaktywację białek, które zachowują ich strukturę), dostarczając niezbędnego materiału do utworzenia wspomnianego wrzeciona mitotycznego.

Centrosom (organella bez błony, funkcjonalny w cyklu komórkowym), duplikowany na interfejsie, działa jako jednostka montażowa mikrotubul wrzeciona. W komórkach zwierzęcych centrosom ma parę centrioli w środku; ale nie występują w większości komórek roślinnych.

Powielone centrosomy zaczynają się oddzielać od siebie, podczas gdy mikrotubule wrzeciona są składane w każdym z nich, zaczynając migrować w kierunku przeciwnych końców komórki.

Na końcu profazy rozpoczyna się pęknięcie otoczki jądrowej, występujące w oddzielnych procesach: demontaż pora jądrowego, blaszka jądrowa i błony jądrowe. Ta przerwa pozwala wrzecionowi mitotycznemu i chromosomom na rozpoczęcie interakcji.

Prometaphase

Na tym etapie otoczka jądrowa została całkowicie rozdrobniona, więc mikrotubule wrzeciona atakują ten obszar, oddziałując z chromosomami. Dwa centrosomy oddzieliły się, każdy znajduje się na biegunach wrzeciona mitotycznego, na przeciwległych końcach komórek.

Teraz wrzeciono mitotyczne obejmuje mikrotubule (które rozciągają się od każdego centrosomu do środka komórki), centrosomy i parę astrów (struktury z promieniowym rozkładem krótkich mikrotubul, które rozwijają się z każdego centrosomu).

Każda chromatyda rozwinęła się, wyspecjalizowana struktura białkowa, zwana kinetochorem, zlokalizowana w centromerze. Te kinetochory znajdują się w przeciwnych kierunkach, a niektóre mikrotubule, zwane mikrotubulami kinetochore, przylegają do nich..

Te mikrotubule przyłączone do kinetochoru zaczynają się przemieszczać do chromosomu, z którego końca się rozciągają; niektóre z jednego bieguna, inne z drugiego bieguna. Stwarza to efekt „pull and shrink”, który po ustabilizowaniu pozwala chromosomowi znaleźć się pomiędzy końcami komórki.

Metafaza

W metafazie centrosomy znajdują się na przeciwnych końcach komórek. Wrzeciono ma wyraźną strukturę, w której centrum znajdują się chromosomy. Centromery wspomnianych chromosomów są przytwierdzone do włókien i wyrównane w wyobrażonej płaszczyźnie zwanej płytką metafazy.

Kinetochory chromatyd są nadal przyłączone do mikrotubul kinetochoru. Mikrotubule, które nie przylegają do kinetochorów i rozciągają się z przeciwnych biegunów wrzeciona, teraz oddziałują ze sobą. W tym momencie mikrotubule z asterów stykają się z błoną plazmatyczną.

Ten wzrost i oddziaływanie mikrotubul uzupełnia strukturę wrzeciona mitotycznego i nadaje mu wygląd „klatki dla ptaków”..

Morfologicznie ta faza jest mniej zmianą, więc została uznana za fazę spoczynku. Jednakże, chociaż nie są one łatwo zauważalne, zachodzi w nich wiele ważnych procesów, a także jest to najdłuższy etap mitozy..

Anafaza

Podczas anafazy każda para chromatyd zaczyna się rozdzielać (przez inaktywację białek, które utrzymują je razem). Oddzielone chromosomy przemieszczają się na przeciwne końce komórki.

Ten ruch migracyjny jest spowodowany skróceniem mikrotubul kinetochoru, generując efekt „ciągnięcia”, który powoduje, że każdy chromosom przemieszcza się z centromeru. W zależności od lokalizacji centromeru na chromosomie, może on przybrać określoną formę V lub J podczas jego przemieszczania..

Mikrotubule nie są przyłączone do kinetochoru, rosną i wydłużają się dzięki adhezji tubuliny (białka) i działaniu białek motorycznych, które poruszają się po nich, umożliwiając zatrzymanie kontaktu między nimi. Gdy oddalają się od siebie, bieguny wrzeciona również to robią, wydłużając komórkę.

Pod koniec tej fazy grupy chromosomów znajdują się na przeciwległych końcach wrzeciona mitotycznego, tak że każdy koniec komórki pozostaje z kompletnym i równoważnym zestawem chromosomów..

Telofaza

Telofaza jest ostatnim etapem podziału jądrowego. Mikrotubule kinetochoru rozpadają się, podczas gdy polarne mikrotubule wydłużają się dalej.

Błona jądrowa zaczyna się formować wokół każdego zestawu chromosomów, wykorzystując jądra jądrowe komórki progenitorowej, które były jak pęcherzyki w cytoplazmie.

Na tym etapie chromosomy znajdujące się w biegunach komórkowych są całkowicie zdekondensowane z powodu defosforylacji cząsteczek histonu (H1). Tworzenie elementów błony jądrowej jest kierowane przez kilka mechanizmów.

Podczas anafazy wiele fosforylowanych białek w profazie uległo defosforylacji. Dzięki temu na początku telofazy pęcherzyki jądrowe zaczynają się ponownie składać, kojarząc się z powierzchnią chromosomów.

Z drugiej strony pory jądrowe są ponownie składane, co umożliwia pompowanie białek jądrowych. Białka blaszki jądrowej są defosforylowane, co pozwala im ponownie się połączyć, aby zakończyć tworzenie się blaszki jądrowej.

W końcu, po całkowitym zdekondensowaniu chromosomów, synteza RNA zostaje ponownie zainicjowana, tworząc ponownie jądra i dopełniając tworzenie nowych jąder interfazowych komórek potomnych.

Cytokineza

Cytokineza jest traktowana jako zdarzenie oddzielone od podziału jądrowego i zwykle w typowych komórkach, proces podziału cytoplazmatycznego towarzyszy każdej mitozie, rozpoczynając od anafazy. Kilka badań wykazało, że u niektórych zarodków wiele podziałów jądrowych występuje przed podziałem cytoplazmatycznym.

Proces rozpoczyna się od pojawienia się rowka lub rowka, który jest zaznaczony w płaszczyźnie płytki metafazy, zapewniając podział między grupami chromosomów. Miejsce rozszczepu jest wskazane przez wrzeciono mitotyczne, mikrotubule asterów.

W zaznaczonej szczelinie znajduje się szereg mikrowłókien tworzących pierścień skierowany w stronę cytoplazmatycznej strony błony komórkowej, złożonej głównie z aktyny i miozyny. Białka te oddziałują ze sobą, umożliwiając skurcz pierścienia wokół rowka.

Ten skurcz jest generowany przez ślizganie się włókien tych białek podczas interakcji ze sobą, w taki sam sposób, jak na przykład w tkankach mięśniowych.

Skurcz pierścienia jest pogłębiony przez wywieranie efektu „zaciskania”, który ostatecznie dzieli komórkę progenitorową, umożliwiając oddzielenie komórek potomnych, z ich rozwijającą się zawartością cytoplazmatyczną.

Cytokineza w komórkach roślinnych

Komórki roślinne mają ścianę komórkową, więc ich proces podziału cytoplazmatycznego różni się od opisanego wcześniej i rozpoczyna się w telofazie.

Tworzenie nowej ściany komórkowej rozpoczyna się, gdy mikrotubule resztkowego wrzeciona są składane, tworząc fragmoplast. Ta cylindryczna struktura jest utworzona przez dwa zestawy mikrotubul, które są połączone na swoich końcach, a których bieguny dodatnie są osadzone w płytce elektronicznej w płaszczyźnie równikowej.

Małe pęcherzyki z aparatu Golgiego, wypełnione prekursorami ściany komórkowej, przemieszczają się przez mikrotubule fragmoplastu do regionu równikowego, łącząc się tworząc płytkę komórkową. Zawartość pęcherzyków jest segregowana na tej płytce, gdy rośnie.

Wspomniana płyta rośnie, łącząc się z błoną plazmatyczną wzdłuż obwodu komórki. Dzieje się tak ze względu na stałe przegrupowanie mikrotubul fragmoplastu na obrzeżu płytki, co pozwala większej ilości pęcherzyków przemieszczać się w kierunku tej płaszczyzny i opróżniać ich zawartość.

W ten sposób następuje cytoplazmatyczny rozdział komórek potomnych. Wreszcie zawartość płytki komórkowej wraz z mikrowłóknami celulozy wewnątrz niej pozwala na zakończenie tworzenia nowej ściany komórkowej.

Funkcje

Mitoza jest mechanizmem podziału w komórkach i jest częścią jednej z faz cyklu komórkowego u eukariontów. W prosty sposób możemy powiedzieć, że główną funkcją tego procesu jest reprodukcja komórki w dwóch komórkach potomnych.

W przypadku organizmów jednokomórkowych podział komórek oznacza pokolenie nowych osobników, podczas gdy w przypadku organizmów wielokomórkowych proces ten jest częścią wzrostu i prawidłowego funkcjonowania całego organizmu (podział komórek generuje rozwój tkanki i utrzymanie struktur).

Proces mitozy jest aktywowany zgodnie z wymaganiami organizmu. Na przykład u ssaków krwinki czerwone (erytrocyty) zaczynają się dzielić, tworząc więcej komórek, gdy organizm potrzebuje lepszego poboru tlenu. Podobnie białe krwinki (leukocyty) rozmnażają się, gdy konieczne jest zwalczenie infekcji.

Natomiast niektóre wyspecjalizowane komórki zwierzęce praktycznie nie posiadają procesu mitozy lub są bardzo powolne. Przykładem tego są komórki nerwowe i komórki mięśniowe).

Na ogół są to komórki, które są częścią tkanki łącznej i strukturalnej organizmu i których rozmnażanie jest konieczne tylko wtedy, gdy jakaś komórka ma jakąś wadę lub pogorszenie i wymaga wymiany.

Regulacja wzrostu i podziału komórek.

System kontroli wzrostu i podziału komórek jest znacznie bardziej złożony w organizmach wielokomórkowych niż w organizmach jednokomórkowych. W tym drugim przypadku reprodukcja jest zasadniczo ograniczona dostępnością zasobów.

W komórkach zwierzęcych podział zostaje zatrzymany, aż pojawi się pozytywny sygnał, który aktywuje ten proces. Aktywacja ta ma postać sygnałów chemicznych z sąsiednich komórek. Pozwala to zapobiec nieograniczonemu wzrostowi tkanek i reprodukcji wadliwych komórek, co może poważnie uszkodzić życie organizmu.

Jednym z mechanizmów kontrolujących namnażanie komórek jest apoptoza, w której komórka umiera (z powodu produkcji niektórych białek, które aktywują autodestrukcja), jeśli powoduje znaczne uszkodzenia lub jest zainfekowana wirusem.

Istnieje również regulacja rozwoju komórek poprzez hamowanie czynników wzrostu (takich jak białka). W ten sposób komórki pozostają w interfejsie, bez przechodzenia do fazy M cyklu komórkowego.

Organizmy, które go wykonują

Proces mitozy przeprowadza się w ogromnej większości komórek eukariotycznych, od organizmów jednokomórkowych, takich jak drożdże, które wykorzystują je jako bezpłciowy proces rozmnażania, do złożonych organizmów wielokomórkowych, takich jak rośliny i zwierzęta.

Chociaż ogólnie cykl komórkowy jest taki sam dla wszystkich komórek eukariotycznych, istnieją znaczne różnice między organizmami jednokomórkowymi i wielokomórkowymi. W pierwszym przypadku wzrost i podział komórek jest faworyzowany przez dobór naturalny. W organizmach wielokomórkowych proliferacja jest ograniczona przez ścisłe mechanizmy kontrolne.

W organizmach jednokomórkowych rozmnażanie zachodzi w sposób przyspieszony, ponieważ cykl komórkowy działa stale, a komórki potomne szybko wyruszają w kierunku mitozy, aby kontynuować ten cykl. Podczas gdy komórki organizmów wielokomórkowych znacznie dłużej rosną i dzielą się.

Istnieją również pewne różnice między procesami mitotycznymi komórek roślinnych i zwierzęcych, jak w niektórych fazach tego procesu, jednak w zasadzie mechanizm działa w podobny sposób u tych organizmów.

Podział komórek w komórkach prokariotycznych

Ogólnie, komórki prokariotyczne rosną i dzielą się szybciej niż komórki eukariotyczne.

Organizmom z komórkami prokariotycznymi (zwykle jednokomórkowymi lub w niektórych przypadkach wielokomórkowym) brakuje błony jądrowej, która izoluje materiał genetyczny wewnątrz jądra, a więc jest rozproszona w komórce, w obszarze zwanym nukleoidem. Te komórki mają okrągły chromosom główny.

Podział komórek w tych organizmach jest wtedy znacznie bardziej bezpośredni niż w komórkach eukariotycznych, bez opisanego mechanizmu (mitozy). W nich reprodukcja odbywa się w procesie zwanym rozszczepieniem binarnym, w którym replikacja DNA rozpoczyna się w określonym miejscu kolistego chromosomu (początek replikacji lub OriC).

Następnie powstają dwa źródła, które migrują na przeciwne strony komórki w miarę replikacji, a komórka rozciąga się do dwukrotności swojego rozmiaru. Pod koniec replikacji błona komórkowa rośnie w cytoplazmie, dzieląc komórkę progenitorową na dwie córki z tym samym materiałem genetycznym.

Ewolucja mitozy

Ewolucja komórek eukariotycznych spowodowała wzrost złożoności genomu. Wymagało to opracowania bardziej złożonych mechanizmów podziału.

Co poprzedzało mitozę?

Istnieją hipotezy, które mówią, że podział bakterii jest poprzednim mechanizmem mitozy. Stwierdzono związek między białkami związanymi z rozszczepieniem binarnym (które mogą być tymi, które kotwiczą chromosomy do określonych miejsc w błonie plazmatycznej córki) z tubuliną i aktyną komórek eukariotycznych.

Niektóre badania wskazują na pewne osobliwości w podziale współczesnych jednokomórkowych protistów. W nich błona jądrowa pozostaje nietknięta podczas mitozy. Replikowane chromosomy pozostają zakotwiczone w pewnych miejscach tej błony, oddzielając jądro zaczyna się rozciągać podczas podziału komórki.

To pokazuje pewien zbieg okoliczności z procesem rozszczepienia binarnego, w którym replikowane chromosomy przyczepiają się do pewnych miejsc na błonie komórkowej. Hipoteza stwierdza następnie, że protisty, którzy prezentują tę jakość podczas swojego podziału komórkowego, mogli utrzymać tę cechę komórki przodka typu prokariotycznego.

Obecnie nie opracowano jeszcze wyjaśnień, dlaczego w komórkach eukariotycznych organizmów wielokomórkowych konieczne jest, aby błona jądrowa rozpadła się podczas procesu podziału komórki.

Referencje

  1. Albarracín, A. i Telulón, A. A. (1993). Teoria komórek w XIX wieku. Wersje AKAL.
  2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., i Walter, P. (2008). Molekularna biologia komórki. Garland Science, Taylor and Francis Group.
  3. Campbell, N. i Reece, J. (2005). Biologia 7th wydanie, AP.
  4. Griffiths, A.J., Lewontin, R.C., Miller, J.H. i Suzuki, D.T. (1992). Wprowadzenie do analizy genetycznej. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Karp, G. (2009). Komórka i biologia molekularna: koncepcje i eksperymenty. John Wiley & Sons.
  6. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P., i Matsudaira, P. (2008). Biologia komórek molekularnych. Macmillan.
  7. Segura-Valdez, M. D. L., Cruz-Gómez, S. D. J., López-Cruz, R., Zavala, G. i Jiménez-García, L. F. (2008). Wizualizacja mitozy za pomocą mikroskopu sił atomowych. WSKAZÓWKA Magazyn specjalizujący się w naukach chemiczno-biologicznych, 11 (2), 87-90.