Faze mitov in njihove značilnosti, funkcije in organizmi



The mitoza gre za proces delitve celic, kjer celica proizvaja genetsko identične hčerinske celice; za vsako celico nastanejo dve "hčerki" z istim kromosomskim nabojem. Ta delitev poteka v somatskih celicah evkariontskih organizmov.

Ta proces je ena od stopenj celičnega cikla evkariontskih organizmov, ki ga sestavljajo 4 faze: S (sinteza DNA), M (delitev celic), G1 in G2 (vmesne faze, pri katerih nastajajo mRNA in beljakovine). . Faze G1, G2 in S skupaj obravnavamo kot vmesnik. Nuklearna in citoplazmatska delitev (mitoza in citokineza) tvorita zadnjo stopnjo celičnega cikla.

Na molekularni ravni se mitoza sproži z aktivacijo kinaze (proteina), imenovane MPF (faktor spodbujanja zorenja), in posledično fosforilacijo pomembnega števila beljakovinskih komponent celice. Slednja omogoča celici, da predstavi morfološke spremembe, potrebne za izvedbo procesa delitve.

Mitoza je aseksualni proces, saj imajo predhodne celice in njene hčere popolnoma enako genetsko informacijo. Te celice so znane kot diploidi, ker nosijo celoten kromosomski naboj (2n).

Mejoza pa je proces celične delitve, ki povzroča spolno razmnoževanje. V tem procesu diploidne matične celice replicirajo svoje kromosome in se nato dvakrat razdeli v vrsto (brez posnemanja genetske informacije). Končno, 4 hčerinske celice nastanejo s samo polovico kromosomskega naboja, ki se imenuje haploid (n)..

Indeks

  • 1 Splošne značilnosti mitoze
  • 2 Kakšen je pomen tega procesa?
  • 3 Faze in njihove značilnosti
    • 3.1 Profasija
    • 3.2 Prometafaza
    • 3.3 Metafaza
    • 3.4 Anafaza
    • 3.5 Telofaza
    • 3.6 Citokineza
    • 3.7 Citokineza v rastlinskih celicah
  • 4 Funkcije
  • 5 Regulacija rasti in delitve celic.
  • 6 Organizacije, ki jih izvajajo
  • 7 Celična delitev v prokariontskih celicah
  • 8 Razvoj mitoze
    • 8.1 Kaj je bilo pred mitozo?
  • 9 Reference

Splošne značilnosti mitoze

Mitoza pri enoceličnih organizmih običajno proizvaja hčerinske celice, ki so zelo podobne njihovim predhodnikom. V nasprotju s tem lahko med razvojem večceličnih bitij ta proces izvira iz dveh celic z različnimi značilnostmi (kljub temu, da sta genetsko identična).

Ta celična diferenciacija povzroča različne vrste celic, ki sestavljajo večcelične organizme.

V življenjskem obdobju organizma se celični cikel neprestano pojavlja in nenehno oblikuje nove celice, ki rastejo in se pripravljajo na delitev skozi mitozo.

Rast in delitev celic uravnavajo mehanizmi, kot je apoptoza (programirana celična smrt), ki omogoča ohranjanje ravnotežja in preprečuje prekomerno rast tkiv. Na ta način je zagotovljeno, da se okvarjene celice zamenjajo z novimi celicami v skladu z zahtevami in potrebami organizma.

Kakšen je pomen tega procesa?

Sposobnost razmnoževanja je ena najpomembnejših značilnosti vseh organizmov (od enoceličnih do večceličnih) in celic, ki jo sestavljajo. Ta kakovost vam omogoča, da zagotovite kontinuiteto vaših genetskih informacij.

Razumevanje procesov mitoze in mejoze je imelo ključno vlogo pri razumevanju zanimivih celičnih značilnosti organizmov. Na primer, lastnost ohranjanja konstantnega števila kromosomov iz ene celice v drugo znotraj posameznika in med posamezniki iste vrste.

Ko v koži trpimo neko vrsto reza ali rane, opazimo, kako se v nekaj dneh poškodovana koža okreva. To se zgodi zahvaljujoč procesu mitoze.

Faze in njihove značilnosti

Na splošno mitoza sledi istemu zaporedju procesov (faz) v vseh evkariontskih celicah. V teh fazah se v celici pojavijo številne morfološke spremembe. Med njimi je kondenzacija kromosomov, ruptura jedrske membrane, ločitev celice od zunajceličnega matriksa in drugih celic ter delitev citoplazme..

V nekaterih primerih se deli jedrskih celic in citoplazemske delitve obravnavajo kot ločene faze (mitoza oziroma citokineza)..

Za boljšo študijo in razumevanje procesa je bilo določenih šest (6) faz, ki se imenujejo: profaza, prometapaza, metafaza, anafaza in telofaza, citokineza pa šesto fazo, ki se začne razvijati med anafazo..

Te faze so bile preučevane od 19. stoletja preko svetlobnega mikroskopa, tako da so danes prepoznavne glede na morfološke značilnosti celice, kot je kondenzacija kromosomov in oblikovanje mitotičnega vretena..

Profase

Profaza je prva vidna manifestacija delitve celic. V tej fazi lahko zaradi progresivnega zbijanja kromatina vidite kromosome kot razpoznavne oblike. Ta kondenzacija kromosomov se začne s fosforilacijo histonskih H1 molekul z MPF kinazo..

Proces kondenzacije je sestavljen iz krčenja in zato zmanjšanja velikosti kromosomov. To se zgodi zaradi navijanja kromatinskih vlaken, ki proizvajajo lažje premestljive strukture (mitotični kromosomi)..

Kromosomi, ki so bili predhodno podvojeni v obdobju S celičnega cikla, pridobijo videz dvojne nitke, imenovano sestrske kromatide, ki se držijo skupaj skozi področje, imenovano centromere. V tej fazi izginejo tudi nukleoli.

Nastanek mitotičnega vretena

Med profazo se oblikuje mitotično vreteno, ki sestoji iz mikrotubul in beljakovin, ki sestavljajo sklop vlaken..

Ko se vreteno oblikuje, se mikrotubule citoskeleta razstavijo (z deaktiviranjem proteinov, ki ohranjajo njihovo strukturo), kar zagotavlja potreben material za tvorbo omenjenega mitotičnega vretena.

Centrosom (organele brez membrane, ki je funkcionalen v celičnem ciklusu), podvojen na vmesniku, deluje kot montažna enota mikrotubulov vretena. V živalskih celicah ima centrosom par centriolov v sredini; vendar jih v večini rastlinskih celic ni.

Podvojeni centrosomi se začnejo ločevati drug od drugega, medtem ko se mikrotubule vretena sestavijo v vsakem izmed njih, pri čemer se začnejo seliti proti nasprotnim koncem celice..

Na koncu profaze se začne razpok jedrskega ovoja, ki se pojavi v ločenih procesih: razgradnja jedrskih por, jedrske lamine in jedrskih membran. Ta prekinitev omogoča, da mitotično vreteno in kromosomi začnejo medsebojno delovati.

Prometaphase

V tej fazi je bila jedrska ovojnica popolnoma razdrobljena, zato mikrotubule vretena napadajo to območje, v interakciji s kromosomi. Dva centrosoma sta se ločila, vsak se nahaja na polih mitotičnega vretena, na nasprotnih koncih celic.

Zdaj mitotično vreteno obsega mikrotubule (ki segajo od vsakega centrosoma do središča celice), centrosome in par aster (strukture z radialno porazdelitvijo kratkih mikrotubul, ki se odvijajo iz vsakega centrosoma)..

Vsaka je razvila kromatide, specializirano proteinsko strukturo, imenovano kinetokore, ki se nahaja v centromeri. Te kinetohore se nahajajo v nasprotnih smereh in zanje se držijo nekatere mikrotubule, imenovane kinetokorske mikrotubule..

Te mikrotubule, ki so pritrjene na kinetohor, se začnejo premikati k kromosomu, od katerega se raztezajo; nekateri iz enega pola in drugi iz nasprotnega pola. To ustvarja učinek "povleci in skrči", ki, ko se stabilizira, omogoča, da kromosom konča med konci celice..

Metafaza

V metafazi se centrosomi nahajajo na nasprotnih koncih celic. Vreteno ima jasno strukturo, v središču katere so kromosomi. Centromeri omenjenih kromosomov so pritrjeni na vlakna in poravnani v imaginarno ravnino, imenovano metafazna plošča.

Kinetokore kromatid je še vedno vezanih na kinetohor mikrotubule. Mikrotubule, ki se ne prilepijo na kinetokore in se raztezajo iz nasprotnih polov vretena, zdaj medsebojno vplivajo. Na tej točki so mikrotubule iz asterjev v stiku s plazemsko membrano.

Ta rast in interakcija mikrotubulov dopolnjuje strukturo mitotičnega vretena in mu daje videz "ptičje kletke"..

Morfološko je ta faza tista, ki se zdi manj spremenjena, zato se je štela za fazo mirovanja. Kljub temu, da jih ni lahko opaziti, se v njem pojavijo številni pomembni procesi in najdaljša faza mitoze..

Anafaza

Med anafazo se vsak par kromatid začne ločevati (z inaktiviranjem proteinov, ki jih držijo skupaj). Ločeni kromosomi se premaknejo na nasprotne konce celice.

To migracijsko gibanje je posledica skrajšanja kinetokorskih mikrotubulov, kar povzroči učinek "vlečenja", ki povzroči, da se vsak kromosom premakne iz centromera. Odvisno od lokacije centromere na kromosomu, lahko med njegovo premestitvijo sprejme določeno obliko kot V ali J..

Mikrotubule niso vezane na kinetohor, rastejo in podaljšajo z adhezijo tubulina (beljakovine) in z delovanjem motornih beljakovin, ki se gibljejo na njih, kar omogoča, da se stik med njima ustavi. Ko se odmikajo drug od drugega, delata tudi vretena, podaljšujejo celico.

Ob koncu te faze se skupine kromosomov nahajajo na nasprotnih koncih mitotičnega vretena, tako da vsak konec celice ostane s popolnim in enakovrednim nizom kromosomov..

Telofaza

Telofaza je zadnja faza jedrske delitve. Kinetokorske mikrotubule razpadejo, polarne mikrotubule pa se še podaljšajo.

Okoli vsakega kromosoma se začne tvoriti jedrska membrana, ki uporablja jedrne ovojnice matične celice, ki so bile kot vesikle v citoplazmi..

V tej fazi se kromosomi, ki so v celičnih polih, popolnoma razgradijo zaradi defosforilacije molekul histona (H1). Oblikovanje elementov jedrske membrane je usmerjeno z več mehanizmi.

Med anafazo so bili številni fosforilirani proteini v profazi defosforilirani. To omogoča, da se na začetku telofaze jedrski vezikli začnejo ponovno sestavljati, povezujejo se s površino kromosomov.

Po drugi strani pa se jedrske pore ponovno sestavljajo, kar omogoča črpanje jedrskih beljakovin. Proteini jedrske lamine se defosforilizirajo, kar jim omogoča, da se ponovno povezujejo, da se dokonča tvorba omenjene jedrske plasti..

Končno, potem ko so kromosomi popolnoma dekondenzirani, se sinteza RNA znova iniciira, tako da ponovno tvorimo nukleole in dokončamo nastajanje novih medfaznih jeder hčerinskih celic..

Citokineza

Citokinezo jemljemo kot dogodek, ločen od jedrske delitve in običajno v tipičnih celicah, proces citoplazemske delitve spremlja vsako mitozo, začenši v anafazi. Več študij je pokazalo, da se pri nekaterih zarodkih pojavijo številne jedrne delitve pred citoplazmatsko delitvijo.

Postopek se začne s pojavom utora ali utora, ki je označen v ravnini metafazne plošče, kar zagotavlja, da se delitev pojavi med skupinami kromosomov. Mesto razpoke je specifično označeno z mitotičnim vretenom, mikrotubulami aster.

V označeni reži je vrsta mikrofilamentov, ki tvorijo obroč, usmerjen proti citoplazmatski strani celične membrane, sestavljen pretežno iz aktina in miozina. Te beljakovine medsebojno delujejo, kar omogoča krčenje obroča okoli utora.

Ta kontrakcija nastane z drsenjem filamentov teh beljakovin, ko medsebojno delujejo, na enak način, kot na primer v mišičnih tkivih..

Krčenje obroča se poglobi z izvajanjem "vpenjalnega" učinka, ki končno deli predniško celico, kar omogoča ločitev hčerinskih celic, z razvojem citoplazemske vsebine..

Citokineza v rastlinskih celicah

Rastlinske celice imajo celično steno, zato je njihov proces delitve citoplazme drugačen od tistega, ki smo ga prej opisali in se začnejo pri telofazi..

Nastajanje nove celične stene se začne, ko se sestavijo mikrotubule preostalega vretena, ki tvorijo fragment. Ta cilindrična struktura je sestavljena iz dveh nizov mikrotubul, ki sta na svojih koncih povezani in katerih pozitivni poli so vgrajeni v elektronsko ploščo v ekvatorialni ravnini..

Majhne vezikule iz Golgijevega aparata, polne predhodnikov celične stene, se premikajo skozi mikrotubule fragmenta plasti v ekvatorialno regijo in se združijo v celično ploščo. Vsebina mehurčkov je v tej plošči ločena, ko raste.

Omenjena plošča raste, staplja se s plazemsko membrano vzdolž celičnega perimetra. To se zgodi zaradi konstantne preureditve mikrotubulov fragmenta na periferiji plošče, kar omogoča, da se več mehurčkov premika proti tej ravnini in izprazni njihova vsebina..

Na ta način nastopi citoplazmatska ločitev hčerinskih celic. Končno vsebina celične plošče skupaj s celuloznimi mikrovlakenami v njej omogoča dokončanje tvorbe nove celične stene.

Funkcije

Mitoza je mehanizem delitve v celicah in je del ene od faz celičnega cikla pri evkariontih. Na preprost način lahko rečemo, da je glavna naloga tega procesa reprodukcija celice v dveh hčerinskih celicah.

Pri enoceličnih organizmih je celična delitev generacija novih posameznikov, medtem ko je za večcelične organizme ta proces del rasti in pravilnega delovanja celotnega organizma (delitev celic ustvarja razvoj tkiv in vzdrževanje struktur).

Proces mitoze se aktivira v skladu z zahtevami organizma. Pri sesalcih se na primer rdeče krvne celice (eritrociti) začnejo deliti z več celicami, ko telo potrebuje boljšo absorpcijo kisika. Prav tako se bele krvne celice (levkociti) razmnožujejo, kadar je to potrebno za boj proti okužbi.

V nasprotju s tem nekatere specializirane živalske celice praktično nimajo procesa mitoze ali so zelo počasne. Primer tega so živčne celice in mišične celice).

Na splošno so to celice, ki so del vezivnega in strukturnega tkiva organizma in katerih razmnoževanje je potrebno le, če ima neka celica nekatere pomanjkljivosti ali poslabšanja in jih je treba zamenjati..

Regulacija rasti in delitve celic.

Kontrolni sistem rasti in delitve celic je v večceličnih organizmih veliko bolj kompleksen kot pri enoceličnih organizmih. V slednjem je reprodukcija v osnovi omejena z razpoložljivostjo virov.

V živalskih celicah se delitev ustavi, dokler ni pozitivnega signala, ki aktivira ta proces. Ta aktivacija prihaja v obliki kemijskih signalov iz sosednjih celic. To omogoča, da se prepreči neomejena rast tkiv in razmnoževanje okvarjenih celic, kar lahko resno poškoduje življenje organizma..

Eden od mehanizmov, ki nadzorujejo razmnoževanje celic, je apoptoza, kjer celica umre (zaradi proizvodnje določenih beljakovin, ki aktivirajo samouničenje), če povzroča precejšnjo škodo ali je okužena z virusom..

Obstaja tudi regulacija razvoja celic z inhibicijo rastnih faktorjev (kot so beljakovine). Tako celice ostanejo v vmesniku, ne da bi nadaljevale z M fazo celičnega cikla.

Organizmi, ki ga izvajajo

Proces mitoze poteka v veliki večini evkariontskih celic, od enoceličnih organizmov, kot je kvas, ki ga uporabljajo kot aseksualni proces razmnoževanja, do kompleksnih večceličnih organizmov, kot so rastline in živali..

Čeprav je na splošno celični cikel enak za vse evkariontske celice, obstajajo opazne razlike med enoceličnimi in večceličnimi organizmi. V prvem primeru rast in delitev celic daje prednost naravni selekciji. Pri večceličnih organizmih je širjenje omejeno s strogimi nadzornimi mehanizmi.

V enoceličnih organizmih se razmnoževanje odvija na pospešen način, saj celični cikel stalno deluje in hčerinske celice hitro napredujejo proti mitozi, da bi nadaljevale s tem ciklom. Medtem ko je za celice večceličnih organizmov potrebno precej dlje, da rastejo in delijo.

Obstajajo tudi nekatere razlike med mitotičnimi procesi rastlinskih in živalskih celic, kot v nekaterih fazah tega procesa, vendar pa mehanizem v teh organizmih načeloma deluje na podoben način..

Delitev celic v prokariontskih celicah

Na splošno prokariontske celice rastejo in se delijo hitreje kot evkariontske celice.

Organizmom s prokariontskimi celicami (ponavadi enoceličnimi ali v nekaterih primerih večceličnimi) primanjkuje jedrska membrana, ki izolira genski material znotraj jedra, zato se razprši v celici, na območju, ki se imenuje nukleoid. Te celice imajo glavni kromosom.

Delitev celic v teh organizmih je potem veliko bolj neposredna kot v evkariontskih celicah, brez opisanega mehanizma (mitoza). V njih se razmnoževanje izvaja s procesom, imenovanim binarna fisija, kjer se replikacija DNA začne na specifičnem mestu krožnega kromosoma (izvor replikacije ali OriC)..

Nato nastanejo dva izvora, ki se preselita na nasprotne strani celice, ko pride do replikacije, in se celica razteza na dvakratno velikost. Na koncu razmnoževanja celična membrana raste v citoplazmo, tako da prednikovo celico deli na dve hčerki z istim genetskim materialom..

Razvoj mitoze

Razvoj evkariontskih celic je prinesel povečanje kompleksnosti v genomu. To je vključevalo razvoj bolj izpopolnjenih mehanizmov delitve.

Kaj je bilo pred mitozo?

Obstajajo hipoteze, ki navajajo, da je bakterijska delitev predhodni mehanizem mitoze. Ugotovljeno je bilo razmerje med beljakovinami, povezanimi z binarno fisijo (ki so lahko tiste, ki sidrajo kromosome na specifična mesta hčerinske plazemske membrane) z tubulinom in aktinom evkariontskih celic..

Nekatere študije opozarjajo na nekatere posebnosti v delitvi sodobnih enoceličnih protistov. V njih ostane jedrna membrana med mitozo nedotaknjena. Replicirani kromosomi ostanejo zasidrani na določenih mestih te membrane, ločujejo, ko se jedro začne raztezati med delitvijo celic..

To kaže na nekaj sovpadanja s procesom binarne fisije, kjer se replicirani kromosomi vežejo na določena mesta na celični membrani. Hipoteza nato navaja, da bi protisti, ki predstavljajo to kakovost v celični delitvi, lahko ohranili to lastnost prednikov celic prokariontskega tipa..

Trenutno pojasnila še niso razvita, zakaj je v evkariontskih celicah večceličnih organizmov potrebno, da se jedrska membrana razgradi med procesom celične delitve..

Reference

  1. Albarracín, A., & Telulón, A.A. (1993). Celična teorija v 19. stoletju. Izdaje AKAL.
  2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Molekularna biologija celice. Garland Science, Taylor in Francis Group.
  3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Biologija 7th izdaja, AP.
  4. Griffiths, A.J., Lewontin, R.C., Miller, J.H., & Suzuki, D.T. (1992). Uvod v genetsko analizo. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Karp, G. (2009). Celična in molekularna biologija: koncepti in eksperimenti. John Wiley & Sons.
  6. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., & Matsudaira, P. (2008). Molekularna celična biologija. Macmillan.
  7. Segura-Valdez, M. D. L., Cruz-Gómez, S. D. J., López-Cruz, R., Zavala, G., in Jiménez-García, L. F. (2008). Vizualizacija mitoze z mikroskopom atomske sile. TIP Revija, specializirana za kemijsko-biološke vede, 11 (2), 87-90.