Mythoses fázy a ich vlastnosti, funkcie a organizmy



mitosis je to proces bunkového delenia, kde bunka produkuje geneticky identické dcérske bunky; pre každú bunku sa generujú dve "dcéry" s rovnakým nábojom chromozómu. Toto rozdelenie prebieha v somatických bunkách eukaryotických organizmov.

Tento proces je jedným zo štádií bunkového cyklu eukaryotických organizmov, ktorý sa skladá zo 4 fáz: S (syntéza DNA), M (delenie buniek), G1 a G2 (medziproduktové fázy, v ktorých sa produkujú mRNA a proteíny). , Fázy G1, G2 a S sa považujú za rozhranie. Jadrové a cytoplazmatické delenie (mitóza a cytokinéza) tvoria posledný stupeň bunkového cyklu.

Na molekulárnej úrovni je mitóza iniciovaná aktiváciou kinázy (proteínu) nazývanej MPF (Maturation Promoting Factor) a následnej fosforylácie významného počtu proteínových zložiek bunky. Ten umožňuje bunke prezentovať morfologické zmeny potrebné na vykonanie deliaceho procesu.

Mitóza je asexuálny proces, pretože progenitorová bunka a jej dcéry majú presne tie isté genetické informácie. Tieto bunky sú známe ako diploidy, pretože nesú kompletný chromozomálny náboj (2n)..

Meióza je na druhej strane procesom bunkového delenia, ktorý vedie k sexuálnej reprodukcii. V tomto procese diploidná kmeňová bunka replikuje svoje chromozómy a potom sa delí dvakrát za sebou (bez replikácie svojich genetických informácií). Nakoniec, 4 dcérske bunky sú generované len s polovičným nábojom chromozómu, ktorý sa nazýva haploid (n).

index

  • 1 Všeobecné informácie o mitóze
  • 2 Aký je význam tohto procesu?
  • 3 Fázy a ich charakteristiky
    • 3.1
    • 3.2 Prometafáza
    • 3.3 Metafáza
    • 3.4 Anafáza
    • 3,5 Telophase
    • 3.6 Cytokinéza
    • 3.7 Cytokinéza v rastlinných bunkách
  • 4 Funkcie
  • 5 Regulácia bunkového rastu a delenia.
  • 6 Organizácie, ktoré ho vykonávajú
  • 7 Delenie buniek v prokaryotických bunkách
  • 8 Vývoj mitózy
    • 8.1 Čo predchádzalo mitóze?
  • 9 Referencie

Všeobecnosti mitózy

Mitóza v jednobunkových organizmoch zvyčajne produkuje dcérske bunky veľmi podobné ich progenitorom. Na rozdiel od toho, počas vývoja mnohobunkových bytostí môže tento proces pochádzať z dvoch buniek s niektorými odlišnými vlastnosťami (napriek tomu, že sú geneticky identické).

Táto bunková diferenciácia vedie k vzniku rôznych typov buniek, ktoré tvoria mnohobunkové organizmy.

Počas života organizmu dochádza k nepretržitému bunkovému cyklu, ktorý neustále vytvára nové bunky, ktoré zase rastú a pripravujú sa na delenie mitózou..

Rast a bunkové delenie sú regulované mechanizmami, ako je apoptóza (programovaná bunková smrť), ktoré umožňujú udržanie rovnováhy a zabraňujú nadmernému rastu tkanív. Týmto spôsobom je zaistené, že defektné bunky sú nahradené novými bunkami podľa požiadaviek a potrieb organizmu.

Aký je význam tohto procesu?

Schopnosť reprodukovať je jednou z najdôležitejších charakteristík všetkých organizmov (od jednobunkovej až po mnohobunkovú) a buniek, ktoré ju tvoria. Táto kvalita vám umožňuje zabezpečiť kontinuitu vašich genetických informácií.

Pochopenie procesov mitózy a meiózy zohrávalo zásadnú úlohu pri pochopení zaujímavých bunkových charakteristík organizmov. Napríklad vlastnosť udržania konštantného počtu chromozómov z jednej bunky na druhú v rámci jedinca a medzi jedincami rovnakého druhu.

Keď trpíme nejakým druhom strihu alebo rany v našej koži, pozorujeme, ako sa v priebehu niekoľkých dní poškodená koža zotavuje. To sa deje vďaka procesu mitózy.

Fázy a ich charakteristiky

Vo všeobecnosti mitóza sleduje rovnakú postupnosť procesov (fáz) vo všetkých eukaryotických bunkách. V týchto fázach dochádza v bunke k mnohým morfologickým zmenám. Medzi nimi kondenzácia chromozómov, ruptúra ​​jadrovej membrány, oddelenie bunky od extracelulárnej matrice a od ostatných buniek a rozdelenie cytoplazmy.

V niektorých prípadoch sa jadrové delenie a cytoplazmatické delenie považujú za odlišné fázy (mitóza a cytokinéza)..

Pre lepšie štúdium a pochopenie procesu bolo určených šesť (6) fáz, nazývaných: propáza, prometafáza, metafáza, anafáza a telopháza, cytokíny sa považujú za šiestu fázu, ktorá sa začína rozvíjať počas anafázy..

Tieto fázy boli študované od devätnásteho storočia prostredníctvom svetelného mikroskopu, takže sú dnes ľahko rozpoznateľné podľa morfologických charakteristík bunky, ako je napríklad kondenzácia chromozómov a tvorba mitotického vretienka..

Profáza

Prháza je prvým viditeľným prejavom bunkového delenia. V tejto fáze môžete vidieť výskyt chromozómov ako odlíšiteľných foriem v dôsledku progresívneho zhutňovania chromatínu. Táto kondenzácia chromozómov začína fosforyláciou molekúl histónu H1 kinázou MPF.

Kondenzačný proces spočíva v kontrakcii a teda v redukcii veľkosti chromozómov. K tomu dochádza v dôsledku navíjania chromatínových vlákien, čím sa vytvárajú ľahko nahraditeľné štruktúry (mitotické chromozómy)..

Chromozómy, ktoré boli predtým duplikované počas S-cyklu bunkového cyklu, majú vzhľad dvojitého vlákna, nazývaný sesterské chromatidy, pričom tieto vlákna sú držané pohromade cez oblasť nazývanú centroméra. V tejto fáze zmiznú aj jadrá.

Tvorba mitotického vretienka

Počas profázy sa vytvorí mitotické vreteno, ktoré sa skladá z mikrotubulov a proteínov, ktoré tvoria sadu vlákien.

Keď sa vytvorí vreteno, mikrotubuly cytoskeletu sa demontujú (deaktiváciou proteínov, ktoré si zachovávajú svoju štruktúru), čím sa poskytne potrebný materiál na tvorbu uvedeného mitotického vretienka..

Centrozóm (organela bez membrány, funkčný v bunkovom cykle), duplikovaný na rozhraní, pôsobí ako montážna jednotka mikrotubulov vretienka. V živočíšnych bunkách má centrosome v strede centrioly; ale nie sú prítomné vo väčšine rastlinných buniek.

Duplikované centrozómy sa začínajú od seba oddeliť, zatiaľ čo mikrotubuly vretena sú zostavené v každej z nich, pričom začínajú migrovať k opačným koncom bunky..

Na konci fázy sa začína prasknutie jadrového obalu, ktoré sa vyskytuje v oddelených procesoch: demontáž jadrových pórov, jadrovej vrstvy a jadrových membrán. Táto prestávka umožňuje mitotickému vretenu a chromozómom začať interakciu.

prometafázi

V tomto štádiu je jadrový obal úplne roztrieštený, takže mikrotubuly vretienka vniknú do tejto oblasti a interagujú s chromozómami. Dva centrozómy sa oddelili, každý sa nachádzal na póloch mitotického vretienka, na opačných koncoch buniek.

Teraz mitotické vreteno obsahuje mikrotubuly (ktoré siahajú od každého centrozómu do stredu bunky), centrosómy a pár astrov (štruktúry s radiálnou distribúciou krátkych mikrotubúl, ktoré sa odvíjajú od každého centrozómu).

Chromatidy sa vyvíjali každý, špecializovaná proteínová štruktúra, nazývaná kinetochore, umiestnená v centromere. Tieto kinetochores sa nachádzajú v opačných smeroch a niektoré mikrotubuly, nazývané mikrotubuly kinetochore, sa k nim pridržiavajú..

Tieto mikrotubuly naviazané na kinetochore sa začínajú presúvať na chromozóm, od ktorého sa rozširujú; niektoré z jedného pólu a iné z opačného pólu. To vytvára "ťah a zmršťovanie", ktorý, keď je stabilizovaný, umožňuje, aby chromozóm skončil medzi koncami bunky..

metafáz

V metafáze sú centrosómy umiestnené na opačných koncoch buniek. Vreteno vykazuje jasnú štruktúru, v ktorej sú umiestnené chromozómy. Centroméry uvedených chromozómov sú fixované na vlákna a zarovnané v imaginárnej rovine nazývanej metafázová doska.

Kinetochory chromatidov sú stále pripojené k kinetochore mikrotubulom. Mikrotubuly, ktoré sa nelepia na kinetochory a siahajú od opačných pólov vretena, teraz navzájom pôsobia. V tomto bode sú mikrotubuly z aster v kontakte s plazmatickou membránou.

Tento rast a interakcia mikrotubulov, dopĺňa štruktúru mitotického vretienka a dáva mu vzhľad "vtáčej klietky"..

Morfologicky je táto fáza tou, ktorá sa javí menej zmenená, takže sa to považuje za fázu pokoja. Napriek tomu, že nie sú ľahko viditeľné, vyskytujú sa v ňom mnohé dôležité procesy, ako aj najdlhšia fáza mitózy..

anafáze

Počas anafázy sa každý pár chromatidov začína separovať (inaktiváciou proteínov, ktoré ich držia pohromade). Oddelené chromozómy sa pohybujú na opačných koncoch bunky.

Tento migračný pohyb je spôsobený skrátením mikrotubulov kinetochore, čím vzniká "ťahový" efekt, ktorý spôsobuje, že každý chromozóm sa pohybuje z centroméry. V závislosti od umiestnenia centroméry na chromozóme, môže mať počas vytesňovania určitú formu ako V alebo J..

Mikrotubuly, ktoré nie sú naviazané na kinetochore, rastú a predlžujú sa adhéziou tubulínu (proteínu) a pôsobením motorických proteínov, ktoré sa na nich pohybujú, čo umožňuje zastavenie kontaktu medzi nimi. Ako sa pohybujú od seba, póly vretena to tiež robia a predlžujú bunku.

Na konci tejto fázy sú skupiny chromozómov umiestnené na opačných koncoch mitotického vretienka, takže každý koniec bunky zostáva s kompletným a ekvivalentným súborom chromozómov..

telofase

Telophase je poslednou fázou jadrovej divízie. Mikrotubuly kinetochore sa rozpadajú, kým sa polárne mikrotubuly ďalej predlžujú.

Jadrová membrána sa začína tvoriť okolo každej sady chromozómov pomocou jadrových obálok progenitorovej bunky, ktoré boli ako vezikuly v cytoplazme..

V tomto štádiu sú chromozómy, ktoré sú v bunkových póloch, úplne dekondenzované v dôsledku defosforylácie histónových (H1) molekúl. Tvorba prvkov jadrovej membrány je riadená niekoľkými mechanizmami.

Počas anafázy boli mnohé fosforylované proteíny v propáze defosforylované. To umožňuje, že na začiatku telopházy sa jadrové vezikuly začnú znovu skladať, spájajúc sa s povrchom chromozómov.

Na druhej strane, jadrové póry sú znovu zostavené, čo umožňuje čerpanie jadrových proteínov. Proteíny jadrovej vrstvy sú defosforylované, čo im umožňuje opätovné spojenie, aby sa dokončila tvorba uvedenej jadrovej vrstvy..

Nakoniec, potom, čo sú chromozómy úplne dekondenzované, je syntéza RNA znovu iniciovaná, opäť tvorí jadrá a dokončuje tvorbu nových medzifázových jadier dcérskych buniek..

cytokinesis

Cytokinéza sa považuje za udalosť oddelenú od jadrovej divízie a obvykle v typických bunkách proces cytoplazmatického delenia sprevádza každú mitózu, začínajúc v anafáze. Niekoľko štúdií preukázalo, že v niektorých embryách dochádza k viacerým nukleárnym deleniam pred cytoplazmatickým delením.

Proces začína objavením drážky alebo drážky, ktorá je označená v rovine dosky metafázy, čím sa zabezpečí, že k rozdeleniu dochádza medzi skupinami chromozómov. Miesto štrbiny je indikované špecificky mitotickým vretenom, mikrotubulami aster.

V označenej štrbine je rad mikrovlákien, ktoré tvoria kruh smerujúci na cytoplazmatickú stranu bunkovej membrány, zložený prevažne z aktínu a myozínu. Tieto proteíny vzájomne interagujú a umožňujú kontrakciu kruhu okolo drážky.

Táto kontrakcia je spôsobená kĺzaním filamentov týchto proteínov pri vzájomnej interakcii, rovnako ako napríklad vo svalových tkanivách..

Kontrakcia kruhu sa prehĺbi pôsobením "upínacieho" efektu, ktorý nakoniec rozdeľuje progenitorovú bunku, čo umožňuje separáciu dcérskych buniek s ich vyvíjajúcim sa cytoplazmatickým obsahom..

Cytokinéza v rastlinných bunkách

Rastlinné bunky majú bunkovú stenu, takže ich proces cytoplazmatického delenia sa líši od procesu opísaného vyššie a začína v telophase.

Tvorba novej bunkovej steny začína, keď sú zostavené mikrotubuly reziduálneho vretienka, ktoré tvoria fragmoplast. Táto valcovitá štruktúra je tvorená dvoma súbormi mikrotubulov, ktoré sú na svojich koncoch spojené a ktorých kladné póly sú zapustené v elektronickej doske v rovníkovej rovine.

Malé vezikuly z Golgiho aparátu, naplnené prekurzormi bunkovej steny, sa pohybujú cez mikrotubuly fragmoplastu do ekvatoriálnej oblasti, pričom sa kombinujú za vzniku bunkovej platne. Obsah pľuzgierikov je na tejto doske oddelený, keď rastie.

Uvedená doštička rastie a fúzuje s plazmatickou membránou pozdĺž obvodu bunky. K tomu dochádza v dôsledku neustáleho preusporiadania mikrotubúl fragmoplastu na periférii platne, čo umožňuje, aby sa k tejto rovine presunulo viac vezikúl a vyprázdnilo ich obsah..

Týmto spôsobom dochádza k cytoplazmatickej separácii dcérskych buniek. Nakoniec, obsah bunkovej platne spolu s celulózovými mikrovláknami vo vnútri umožňuje dokončenie tvorby novej bunkovej steny.

funkcie

Mitóza je mechanizmus delenia v bunkách a je súčasťou jednej z fáz bunkového cyklu v eukaryotoch. Jednoduchým spôsobom môžeme povedať, že hlavnou funkciou tohto procesu je reprodukcia bunky v dvoch dcérskych bunkách.

Pri jednobunkových organizmoch bunkové delenie znamená generovanie nových jedincov, zatiaľ čo v prípade mnohobunkových organizmov je tento proces súčasťou rastu a správneho fungovania celého organizmu (bunkové delenie vytvára vývoj tkanív a udržiavanie štruktúr)..

Proces mitózy sa aktivuje podľa požiadaviek organizmu. U cicavcov sa napríklad červené krvinky (erytrocyty) začínajú deliť a tvoria viac buniek, keď telo potrebuje lepšie vychytávanie kyslíka. Podobne sa biele krvinky (leukocyty) rozmnožujú, ak je potrebné bojovať s infekciou.

Na rozdiel od niektorých špecializovaných živočíšnych buniek prakticky chýba proces mitózy alebo je veľmi pomalý. Príkladom sú nervové bunky a svalové bunky).

Vo všeobecnosti ide o bunky, ktoré sú súčasťou spojivového a štrukturálneho tkaniva organizmu a ktorých rozmnožovanie je potrebné len vtedy, ak má niektorá bunka nejakú poruchu alebo poškodenie a je potrebné ju nahradiť..

Regulácia bunkového rastu a delenia.

Kontrolný systém rastu a delenia buniek je omnoho komplexnejší v mnohobunkových organizmoch ako v jednobunkových organizmoch. V druhom prípade je reprodukcia v podstate obmedzená dostupnosťou zdrojov.

V živočíšnych bunkách je delenie zastavené, kým nie je pozitívny signál, ktorý tento proces aktivuje. Táto aktivácia prichádza vo forme chemických signálov zo susedných buniek. To umožňuje zabrániť neobmedzenému rastu tkanív a reprodukcii chybných buniek, čo môže vážne poškodiť život organizmu..

Jedným z mechanizmov, ktoré riadia množenie buniek, je apoptóza, pri ktorej bunka zomrie (v dôsledku produkcie určitých proteínov, ktoré aktivujú samodestrukciu), ak predstavuje značné poškodenie alebo je infikovaná vírusom..

Existuje tiež regulácia bunkového vývoja prostredníctvom inhibície rastových faktorov (ako sú proteíny). Bunky teda zostávajú v rozhraní bez toho, aby pokračovali do fázy M bunkového cyklu.

Organizmy, ktoré to vykonávajú

Proces mitózy sa vykonáva v prevažnej väčšine eukaryotických buniek, z jednobunkových organizmov, ako sú kvasinky, ktoré ho využívajú ako asexuálny reprodukčný proces, na komplexné mnohobunkové organizmy, ako sú rastliny a zvieratá..

Aj keď vo všeobecnosti je bunkový cyklus rovnaký pre všetky eukaryotické bunky, existujú výrazné rozdiely medzi jednobunkovými a mnohobunkovými organizmami. V prvom prípade rast a delenie buniek je podporované prirodzeným výberom. V mnohobunkových organizmoch je proliferácia obmedzená prísnymi kontrolnými mechanizmami.

V jednobunkových organizmoch dochádza k rozmnožovaniu zrýchleným spôsobom, pretože bunkový cyklus funguje nepretržite a dcérske bunky sa rýchlo vydávajú smerom k mitóze, aby pokračovali v tomto cykle. Kým bunky mnohobunkových organizmov rastú a delia sa podstatne dlhšie.

Existujú tiež určité rozdiely medzi mitotickými procesmi rastlinných a živočíšnych buniek, ako v niektorých fázach tohto procesu, ale mechanizmus v zásade funguje podobným spôsobom v týchto organizmoch..

Delenie buniek v prokaryotických bunkách

Vo všeobecnosti prokaryotické bunky rastú a delia sa rýchlejšie ako eukaryotické bunky.

Organizmy s prokaryotickými bunkami (zvyčajne jednobunkové alebo v niektorých prípadoch mnohobunkové) nemajú jadrovú membránu, ktorá izoluje genetický materiál vo vnútri jadra, takže je rozptýlený v bunke v oblasti nazývanej nukleoid. Tieto bunky majú kruhový hlavný chromozóm.

Delenie buniek v týchto organizmoch je potom omnoho priamejšie ako v eukaryotických bunkách, bez opísaného mechanizmu (mitóza). V nich sa reprodukcia vykonáva procesom nazývaným binárne štiepenie, kde replikácia DNA začína na špecifickom mieste kruhového chromozómu (počiatok replikácie alebo OriC).

Potom sa vytvoria dva počiatky, ktoré migrujú na opačné strany bunky, keď dôjde k replikácii, a bunka sa natiahne na dvojnásobnú veľkosť. Na konci replikácie bunková membrána rastie do cytoplazmy, pričom progenitorovú bunku rozdelí na dve dcéry s rovnakým genetickým materiálom..

Evolúcia mitózy

Vývoj eukaryotických buniek so sebou prináša zvýšenie komplexnosti v genóme. To zahŕňalo vývoj prepracovanejších mechanizmov rozdelenia.

Čo predchádzalo mitóze?

Existujú hypotézy, ktoré uvádzajú, že bakteriálne delenie je predchodcom mechanizmu mitózy. Bol zistený vzťah medzi proteínmi asociovanými s binárnym štiepením (ktoré môžu byť tie, ktoré ukotvujú chromozómy na špecifické miesta dcérskej plazmatickej membrány) s tubulínom a aktínom eukaryotických buniek..

Niektoré štúdie poukazujú na určité zvláštnosti v rozdelení moderných jednobunkových protistov. V nich zostáva jadrová membrána nedotknutá počas mitózy. Replikované chromozómy zostanú ukotvené na určitých miestach tejto membrány, pričom sa oddelia, keď sa jadro začne rozťahovať počas bunkového delenia..

To ukazuje určitú zhodu s procesom binárneho štiepenia, kde sa replikované chromozómy pripájajú na určité miesta na bunkovej membráne. Hypotéza potom uvádza, že protisti, ktorí prezentujú túto kvalitu počas svojho bunkového delenia, by si mohli zachovať túto vlastnosť predkovskej bunky prokaryotického typu..

V súčasnosti neboli vysvetlené vysvetlenia, prečo je v eukaryotických bunkách mnohobunkových organizmov nevyhnutné, aby sa nukleárna membrána rozpadla počas procesu bunkového delenia..

referencie

  1. Albarracín, A., & Telulón, A.A. (1993). Bunková teória v devätnástom storočí. Vydania AKAL.
  2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Molekulárna biológia bunky. Garland Science, Taylor a Francis Group.
  3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Biológia 7th vydanie, AP.
  4. Griffiths, A. J., Lewontin, R. C., Miller, J. H., & Suzuki, D.T. (1992). Úvod do genetickej analýzy. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Karp, G. (2009). Bunková a molekulárna biológia: koncepty a experimenty. John Wiley & Sons.
  6. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P., & Matsudaira, P. (2008). Mollekulárna biológia buniek. Macmillan.
  7. Segura-Valdez, M. D. L., Cruz-Gómez, S. D. J., López-Cruz, R., Zavala, G., & Jiménez-García, L.F. (2008). Vizualizácia mitózy mikroskopom atómovej sily. TIP. Časopis špecializovaný na chemické a biologické vedy, 11 (2), 87-90.