Фази на митовете и техните характеристики, функции и организми



на митоза това е процес на клетъчно делене, където клетка произвежда генетично идентични дъщерни клетки; за всяка клетка се генерират две "дъщери" със същия хромозомен заряд. Това разделение се извършва в соматичните клетки на еукариотните организми.

Този процес е един от етапите на клетъчния цикъл на еукариотните организми, който се състои от 4 фази: S (ДНК синтез), М (клетъчно делене), G1 и G2 (междинни фази, при които се произвеждат иРНК и протеини). , Заедно, фази G1, G2 и S се разглеждат като интерфейс. Ядрената и цитоплазмената деление (митоза и цитокинеза) съставляват последния етап от клетъчния цикъл.

На молекулно ниво, митозата се инициира от активирането на киназа (протеин), наречена MPF (Maturing Promoting Factor) и последващото фосфорилиране на значителен брой протеинови компоненти на клетката. Последното позволява на клетката да представи морфологичните промени, необходими за осъществяване на процеса на разделяне.

Митозата е асексуален процес, тъй като прогениторната клетка и нейните дъщери имат точно една и съща генетична информация. Тези клетки са известни като диплоиди, тъй като те носят пълния хромозомен заряд (2n).

Мейоза, от друга страна, е процесът на клетъчно делене, който поражда полово размножаване. В този процес диплоидните стволови клетки репликират хромозомите си и след това се разделят два пъти подред (без репликиране на генетичната информация). И накрая, 4 дъщерни клетки се генерират само с половината от хромозомния заряд, който се нарича хаплоид (n)..

индекс

  • 1 Общи положения на митозата
  • 2 Каква е значимостта на този процес?
  • 3 Фази и техните характеристики
    • 3.1 Профил
    • 3.2 Прометафаза
    • 3.3 Метафаза
    • 3.4 Анафаза
    • 3.5 Телофаза
    • 3.6 Цитокинеза
    • 3.7 Цитокинеза в растителните клетки
  • 4 Функции
  • 5 Регулиране на клетъчния растеж и делене.
  • 6 Организации, които я изпълняват
  • 7 Клетъчно делене в прокариотни клетки
  • 8 Еволюция на митозата
    • 8.1 Какво предшества митозата?
  • 9 Препратки

Общи положения на митозата

Митозата в едноклетъчните организми обикновено произвежда клетки, които са много сходни с техните предшественици. За разлика от това, по време на развитието на многоклетъчни същества, този процес може да създаде две клетки с различни характеристики (въпреки че са генетично идентични).

Тази клетъчна диференциация поражда различни типове клетки, които съставляват многоклетъчните организми.

По време на живота на един организъм, клетъчният цикъл се случва непрекъснато, непрекъснато образувайки нови клетки, които на свой ред растат и се подготвят за разделяне чрез митоза.

Растежът и клетъчното делене се регулират чрез механизми като апоптоза (програмирана клетъчна смърт), която позволява поддържане на равновесие, предотвратяване на излишния растеж на тъканите. По този начин се гарантира, че дефектните клетки се заменят с нови клетки, в съответствие с изискванията и нуждите на организма.

Каква е значимостта на този процес?

Способността за възпроизвеждане е една от най-важните характеристики на всички организми (от едноклетъчни до многоклетъчни) и клетките, които я съставят. Това качество ви позволява да гарантирате непрекъснатостта на вашата генетична информация.

Разбирането на процесите на митоза и мейоза играе основна роля в разбирането на интригуващите клетъчни характеристики на организмите. Например, свойството да поддържаме броя на хромозомите постоянни от една клетка в друга в рамките на индивид и между индивиди от един и същи вид.

Когато страдаме от някакъв вид нарязани или наранени в кожата, наблюдаваме как в рамките на няколко дни повредената кожа се възстановява. Това се случва благодарение на процеса на митоза.

Фази и техните характеристики

Като цяло митозата следва същата последователност от процеси (фази) във всички еукариотни клетки. В тези фази настъпват много морфологични промени в клетката. Сред тях са кондензацията на хромозомите, разкъсването на ядрената мембрана, отделянето на клетката от извънклетъчния матрикс и от други клетки, както и разделянето на цитоплазмата..

В някои случаи ядреното делене и цитоплазменото разделение се разглеждат като отделни фази (съответно митоза и цитокинеза)..

За по-добро проучване и разбиране на процеса са определени шест (6) фази, наречени: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза, цитокинезата се разглежда като шеста фаза, която започва да се развива по време на анафаза..

Тези фази са изследвани от 19-ти век чрез светлинен микроскоп, така че днес те са лесно разпознаваеми според морфологичните характеристики на клетката, като хромозомна кондензация и образуването на митотично вретено..

профаза

Профазата е първата видима проява на клетъчното делене. В тази фаза можете да видите появата на хромозоми като отличими форми, поради прогресивното уплътняване на хроматина. Тази кондензация на хромозомите започва с фосфорилиране на хистонови Н1 молекули от MPF киназа.

Процесът на кондензация се състои от свиване и следователно намаляване на величината на хромозомите. Това се дължи на навиването на хроматиновите влакна, произвеждащи по-лесно изменими структури (митотични хромозоми).

Хромозомите, дублирани по-рано по време на S-периода на клетъчния цикъл, придобиват вид на двойна нишка, наречен сестрински хроматид, като споменатите влакна се държат заедно през област, наречена центромер. В тази фаза също изчезват ядрените.

Образуване на митотичното вретено

По време на профазата се образува митотичното вретено, състоящо се от микротубули и протеини, които съставляват набор от влакна.

При образуването на вретеното микротубулите на цитоскелета се разглобяват (чрез деактивиране на протеините, които поддържат тяхната структура), като осигуряват необходимия материал за образуването на споменатото митотично вретено.

Центрозомата (органела без мембрана, функционална в клетъчния цикъл), дублирана на повърхността, действа като единица за сглобяване на микротубулите на вретеното. В животински клетки, центрозома има чифт центриоли в центъра; но те липсват в повечето растителни клетки.

Дублираните центрозоми започват да се отделят един от друг, докато микротубулите на вретеното се сглобяват във всяка от тях, като започват да мигрират към противоположните краища на клетката..

В края на профазата започва разкъсването на ядрената обвивка, която се проявява в отделни процеси: разглобяването на ядрените пори, ядрената ламина и ядрените мембрани. Този счупване позволява митотичното вретено и хромозомите да започнат да взаимодействат.

прометафазата

На този етап ядрената обвивка е напълно фрагментирана, така че микротубулите на вретеното нахлуват в тази област, взаимодействайки с хромозомите. Двете центрозоми са се разделили, всеки разположен на полюсите на митотичното вретено, на противоположните краища на клетките.

Сега митотичното вретено съдържа микротубули (които се простират от всеки центрозома до центъра на клетката), центрозоми и двойка астри (структури с радиално разпределение на късите микротубули, които се разгъват от всеки центрозома)..

Хроматидите се развиват всяка, специализирана протеинова структура, наречена кинетохор, разположена в центромера. Тези кинетохори са разположени в противоположни посоки и някои микротубули, наречени кинетохорни микротубули, се прилепват към тях..

Тези микротубули, прикрепени към кинетохора, започват да се придвижват към хромозомата, откъдето те се разпростират; някои от един полюс и други от противоположния полюс. Това създава ефект на "издърпване и свиване", който, когато се стабилизира, позволява на хромозомата да завърши между краищата на клетката.

метафаза

В метафазата центрозомите са разположени в противоположните краища на клетките. Шпинделът има ясна структура, в чийто център са разположени хромозомите. Центромерите на споменатите хромозоми са фиксирани към влакната и подредени в въображаема равнина, наречена метафазна плоча.

Кинетохорите на хроматидите все още са прикрепени към кинетохорните микротубули. Микротубулите, които не прилепват към кинетохорите и се простират от противоположните полюси на вретеното, сега си взаимодействат. В този момент микротубулите от астровете са в контакт с плазмената мембрана.

Този растеж и взаимодействие на микротубулите допълва структурата на митотичното вретено и му придава външен вид "птичи клетка"..

Морфологично, тази фаза е тази, която изглежда по-малко промени, така че тя се счита за фаза на покой. Въпреки това, въпреки че не са лесно забележими, в него се случват много важни процеси, както и най-дългият етап на митоза..

анафаза

По време на анафаза всяка двойка хроматиди започва да се разделя (чрез инактивиране на протеините, които ги държат заедно). Отделните хромозоми се придвижват към противоположните краища на клетката.

Това миграционно движение се дължи на скъсяване на кинетохорните микротубули, генерирайки ефект на "дръпване", който кара всяка хромозома да се движи от неговата центромера. В зависимост от местоположението на центромера на хромозомата, тя може да приеме определена форма като V или J по време на неговото изместване..

Микротубулите не са прикрепени към кинетохора, растат и продължават чрез адхезия на тубулин (протеин) и от действието на моторни протеини, които се движат върху тях, което позволява контактът между тях да спре. Тъй като те се отдалечават една от друга, полюсите на вретеното също го правят, удължавайки клетката.

В края на тази фаза, групи от хромозоми са разположени в противоположните краища на митотичното вретено, така че всеки край на клетката остава с пълен и еквивалентен набор от хромозоми..

telofase

Телофазата е последната фаза на ядрената дивизия. Кинетохорните микротубули се дезинтегрират, докато полярните микротубули се удължават допълнително.

Ядрената мембрана започва да се образува около всеки набор от хромозоми, използвайки ядрените обвивки на прогениторната клетка, които са като везикули в цитоплазмата..

На този етап хромозомите, които са в клетъчните полюси, са напълно декондензирани поради дефосфорилирането на хистоновите (Н1) молекули. Образуването на елементите на ядрената мембрана е насочено чрез няколко механизма.

По време на анафаза, много от фосфорилираните протеини в профазата бяха дефосфорилирани. Това позволява, че в началото на телофазата, ядрените везикули започват да се сглобяват, свързвайки се с повърхността на хромозомите..

От друга страна, ядрените пори се сглобяват, което позволява изпомпване на ядрени протеини. Протеините на ядрената ламина се дефосфорилират, което им позволява да се свързват отново, за да завършат образуването на споменатата ядрена ламина..

Накрая, след като хромозомите са напълно декондензирани, синтезът на РНК се възобновява, образувайки отново ядрата и завършвайки образуването на новите интерфазни ядра на дъщерните клетки..

цитокинеза

Цитокинезата се приема като събитие, отделно от ядреното разделение и често в типичните клетки, процесът на цитоплазмено разделяне придружава всяка митоза, започвайки от анафазата. Няколко проучвания показват, че при някои ембриони многобройни ядрени деления се срещат преди цитоплазменото разделяне.

Процесът започва с появата на жлеб или жлеб, който е маркиран в равнината на метафазната плоча, като осигурява разделянето между групите хромозоми. Мястото на цепнатината се посочва специфично от митотичното вретено, микротубулите на астровете.

В маркирания процеп се намира серия от микрофиламенти, образуващи пръстен, насочен към цитоплазмената страна на клетъчната мембрана, съставен основно от актин и миозин. Тези протеини взаимодействат помежду си, което позволява свиването на пръстена около канала.

Това свиване се генерира от плъзгането на нишките на тези протеини, когато взаимодействат помежду си, по същия начин, както правят например в мускулните тъкани.

Контракцията на пръстена се задълбочава чрез упражняване на "затягащ" ефект, който най-накрая разделя прогениторната клетка, позволявайки отделянето на дъщерните клетки, с тяхното развитие на цитоплазмено съдържание..

Цитокинеза в растителните клетки

Растителните клетки имат клетъчна стена, така че процесът им на цитоплазмено разделяне е различен от този, описан по-рано и започва в телофаза.

Образуването на нова клетъчна стена започва, когато се сглобяват микротубулите на остатъчното вретено, съставляващи фрагмопласта. Тази цилиндрична структура се формира от два комплекта микротубули, които са свързани в краищата си и чиито положителни полюси са вградени в електронна плоча в екваториалната равнина..

Малки везикули от апарата на Голджи, пълни с прекурсори на клетъчната стена, се движат през микротубулите на фрагмента на пластинката до екваториалната област, комбинирайки се с клетъчна плоча. Съдържанието на везикулите е разделено в тази плоча, докато расте.

Тази плоча расте, слива се с плазмената мембрана по периметъра на клетката. Това се случва поради постоянното пренареждане на микротубулите на фрагмопласта в периферията на плочата, позволявайки повече везикули да се придвижат към тази равнина и да изпразят съдържанието им..

По този начин се осъществява цитоплазменото разделяне на дъщерните клетки. Накрая съдържанието на клетъчната плоча заедно с целулозните микрофибърни влакна вътре в нея, позволява да се завърши образуването на новата клетъчна стена.

функции

Митозата е механизъм на разделяне в клетките и е част от една от фазите на клетъчния цикъл при еукариотите. По прост начин можем да кажем, че основната функция на този процес е възпроизвеждането на клетка в две дъщерни клетки.

За едноклетъчните организми, клетъчното делене означава генериране на нови индивиди, докато при многоклетъчните организми този процес е част от растежа и правилното функциониране на целия организъм (клетъчното разделяне генерира тъканно развитие и поддържане на структури)..

Процесът на митоза се активира според изискванията на организма. При бозайниците, например, червените кръвни клетки (еритроцитите) започват да се делят, образувайки повече клетки, когато тялото се нуждае от по-добро поглъщане на кислород. По същия начин, белите кръвни клетки (левкоцити) се възпроизвеждат, когато е необходимо да се бори с инфекция.

За разлика от някои специализирани животински клетки, на практика им липсва процес на митоза или е много бавен. Пример за това са нервните клетки и мускулните клетки).

Като цяло, те са клетки, които са част от съединителната и структурна тъкан на организма и чиято репродукция е необходима само когато някоя клетка има някакъв дефект или влошаване и трябва да бъде заменена..

Регулиране на клетъчния растеж и делене.

Контролната система на растеж и клетъчно делене е много по-сложна в многоклетъчните организми, отколкото в едноклетъчните организми. В последното, възпроизвеждането е основно ограничено от наличието на ресурси.

В животинските клетки разделянето се спира, докато не се получи положителен сигнал, който активира този процес. Това активиране идва под формата на химически сигнали от съседни клетки. Това позволява да се предотврати неограничен растеж на тъканите и възпроизвеждане на дефектни клетки, което може сериозно да увреди живота на организма..

Един от механизмите, контролиращи размножаването на клетките, е апоптоза, при която клетката умира (поради производството на определени протеини, които активират самоунищожението), ако тя представлява значителна вреда или е заразена с вирус..

Има също регулиране на клетъчното развитие чрез инхибиране на растежни фактори (като протеини). По този начин клетките остават в интерфейса, без да преминават към М фазата на клетъчния цикъл.

Организми, които го извършват

Процесът на митоза се извършва в по-голямата част от еукариотните клетки, от едноклетъчни организми като дрожди, които го използват като асексуален процес на размножаване, до сложни многоклетъчни организми като растения и животни..

Въпреки че като цяло клетъчният цикъл е един и същ за всички еукариотни клетки, има съществени разлики между едноклетъчните и многоклетъчните организми. В първия, растежът и разделението на клетките се благоприятства от естествения подбор. При многоклетъчните организми, разпространението е ограничено от строги контролни механизми.

В едноклетъчните организми възпроизвеждането се извършва по ускорен начин, тъй като клетъчният цикъл работи постоянно и дъщерните клетки се придвижват бързо към митозата, за да продължат с този цикъл. Докато клетките на многоклетъчните организми отнемат значително повече време, за да растат и да се делят.

Има и някои различия между митотичните процеси на растителните и животинските клетки, както и в някои от фазите на този процес, но по принцип механизмът работи по подобен начин в тези организми..

Клетъчно делене в прокариотни клетки

Обикновено прокариотните клетки растат и се делят по-бързо от еукариотните клетки.

Организми с прокариотни клетки (обикновено едноклетъчни или в някои случаи многоклетъчни) нямат ядрена мембрана, която изолира генетичния материал в ядрото, така че се разпръсква в клетката, в област, наречена нуклеоид. Тези клетки имат кръгова главна хромозома.

След това клетъчното делене в тези организми е много по-директно, отколкото в еукариотните клетки, без описания механизъм (митоза). В тях репродукцията се извършва чрез процес, наречен бинарно делене, където репликацията на ДНК започва на специфично място на кръговата хромозома (произход на репликация или OriC)..

След това се формират два произхода, които мигрират към противоположните страни на клетката, когато се случи репликация, и клетката се простира до два пъти нейния размер. В края на репликацията клетъчната мембрана расте в цитоплазмата, разделяйки потомствената клетка на две дъщери със същия генетичен материал.

Еволюция на митозата

Еволюцията на еукариотните клетки доведе до увеличаване на сложността в генома. Това включва разработването на по-сложни механизми за разделяне.

Какво предшества митоза?

Съществуват хипотези, според които бактериалното разделение е предшественият механизъм на митозата. Установена е връзка между протеините, свързани с бинарно делене (които могат да бъдат тези, които закотвят хромозомите в специфични места на плазмената мембрана на дъщерята) с тубулина и актина на еукариотните клетки.

Някои изследвания посочват някои особености в разделението на съвременните едноклетъчни протости. В тях ядрената мембрана остава непокътната по време на митозата. Реплицираните хромозоми остават закрепени към определени места на тази мембрана, като отделят, когато ядрото започва да се разтяга по време на клетъчното делене..

Това показва известно съвпадение с процеса на бинарно делене, където репликираните хромозоми се прикрепват към определени места на клетъчната мембрана. След това хипотезата заявява, че протестите, които представят това качество по време на клетъчното им деление, биха могли да запазят тази характеристика на предковата клетка на прокариотния тип.

Понастоящем все още не са разработени обяснения защо в еукариотните клетки на многоклетъчните организми е необходимо ядрената мембрана да се разпадне по време на процеса на клетъчно делене..

препратки

  1. Albaracín, A., & Telulón, A. A. (1993). Клетъчна теория през деветнадесети век. Издания AKAL.
  2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Молекулярна биология на клетката. Garland Science, Тейлър и Франсис Груп.
  3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Биология 7тата издание, AP.
  4. Griffiths, A.J., Lewontin, R.C., Miller, J.H., & Suzuki, D.T. (1992). Въведение в генетичния анализ. Макгроу Хил Интерамерикана.
  5. Karp, G. (2009). Клетъчна и молекулярна биология: концепции и експерименти. Джон Уайли и синове.
  6. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., & Matsudaira, P. (2008). Молекулярна клетъчна биология. Macmillan.
  7. Segura-Valdez, M.D.L., Cruz-Gómez, S.D.J., López-Cruz, R., Zavala, G., & Jiménez-García, L.F. (2008). Визуализация на митоза с микроскоп с атомна сила. TIP. Списание, специализирано в химико-биологичните науки, 11 (2), 87-90.