Міфичні фази та їх характеристики, функції і організми



The мітоз це процес поділу клітин, де клітина виробляє генетично ідентичні дочірні клітини; для кожної клітини генеруються дві "дочки" з однаковим зарядом хромосом. Це поділ відбувається в соматичних клітинах еукаріотичних організмів.

Цей процес є однією з стадій клітинного циклу еукаріотичних організмів, що складається з 4 фаз: S (синтез ДНК), М (поділ клітин), G1 і G2 (проміжні фази, де виробляються мРНК і білки). , Разом фази G1, G2 і S розглядаються як інтерфейс. Ядерний і цитоплазматичний поділ (мітоз і цитокінез) складають останній етап клітинного циклу.

На молекулярному рівні мітоз ініціюється активацією кінази (білка) MPF (фактор сприяння дозрівання) і, як наслідок, фосфорилювання значної кількості білкових компонентів клітини. Останнє дозволяє клітці представити морфологічні зміни, необхідні для проведення процесу поділу.

Мітоз є безстатевим процесом, оскільки клітина-попередник і її дочки мають точно таку ж генетичну інформацію. Ці клітини відомі як диплоїди, оскільки вони несуть повний хромосомний заряд (2n).

Мейоз, з іншого боку, є процесом поділу клітин, що породжує статеве розмноження. У цьому процесі диплоїдна стовбурова клітина реплікує свої хромосоми, а потім розділяється двічі поспіль (без реплікації її генетичної інформації). Нарешті, 4 дочірні клітини генеруються лише з половиною заряду хромосом, які називаються гаплоїдними (n)..

Індекс

  • 1 Загальні ознаки мітозу
  • 2 Яка актуальність цього процесу?
  • 3 Фази та їх характеристики
    • 3.1 Профайл
    • 3.2 Прометафази
    • 3.3 Метафаза
    • 3.4 Анафаза
    • 3.5 Телофаза
    • 3.6 Цитокінез
    • 3.7 Цитокінез в клітинах рослин
  • 4 Функції
  • 5 Регуляція росту та поділу клітин.
  • 6 Організації, які здійснюють її
  • 7 Розподіл клітин в прокариотических клітинах
  • 8 Еволюція мітозу
    • 8.1 Що передувало мітозу?
  • 9 Посилання

Загальні риси мітозу

Мітоз в одноклітинних організмах зазвичай виробляє дочірні клітини, дуже схожі з їхніми попередниками. На відміну від цього, під час розробки багатоклітинних істот, цей процес може виникнути з двох клітин з різними характеристиками (незважаючи на те, що вони генетично ідентичні).

Ця диференціація клітин призводить до різних типів клітин, що складають багатоклітинні організми.

Упродовж життя організму клітинний цикл відбувається безперервно, постійно утворюючи нові клітини, які, у свою чергу, ростуть і готуються до поділу через мітоз.

Зростання і поділ клітин регулюються механізмами, такими як апоптоз (запрограмована загибель клітин), які дозволяють підтримувати рівновагу, запобігаючи надлишковий ріст тканин. Таким чином забезпечується те, що дефектні клітини замінюються новими клітинами відповідно до вимог і потреб організму.

Яка актуальність цього процесу?

Здатність до відтворення є однією з найважливіших характеристик всіх організмів (від одноклітинних до багатоклітинних) і клітин, які її складають. Ця якість дозволяє забезпечити безперервність вашої генетичної інформації.

Розуміння процесів мітозу та мейозу відіграло фундаментальну роль у розумінні інтригуючих клітинних характеристик організмів. Наприклад, властивість збереження постійної кількості хромосом від однієї клітини до іншої в межах індивідуума, а також між індивідуумами одного виду.

Коли ми страждаємо певним типом зрізу або рани в нашій шкірі, ми спостерігаємо, як за лічені дні пошкоджена шкіра відновлюється. Це відбувається завдяки процесу мітозу.

Фази та їх характеристики

Загалом, мітоз слідує тій же послідовності процесів (фаз) у всіх еукаріотичних клітинах. У цих фазах відбуваються численні морфологічні зміни в клітці. Серед них конденсація хромосом, розрив ядерної мембрани, відділення клітини від позаклітинного матриксу і від інших клітин, а також поділ цитоплазми..

У деяких випадках поділ ядер і поділ цитоплазми розглядаються як окремі фази (мітоз і цитокінез відповідно)..

Для кращого вивчення та розуміння процесу було позначено шість (6) фаз, які називаються: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза і телофаза, цитокінез розглядається як шоста фаза, яка починає розвиватися під час анафази..

Ці фази були вивчені з XIX століття за допомогою світлового мікроскопа, так що сьогодні вони легко розпізнаються відповідно до морфологічних характеристик клітини, таких як конденсація хромосом і формування мітотичного веретена..

Profase

Профаза є першим видимим проявом клітинного поділу. У цій фазі можна побачити появу хромосом як помітних форм, завдяки прогресивному ущільненню хроматину. Ця конденсація хромосом починається з фосфорилювання молекул Н1-гістону за допомогою MPF-кінази.

Процес конденсації складається з скорочення і, отже, зменшення величини хромосом. Це відбувається за рахунок намотування волокон хроматину, що утворюють більш легко змінні структури (мітотичні хромосоми)..

Хромосоми, які раніше дублювалися протягом S періоду клітинного циклу, набували вигляду подвійної нитки, звані сестринськими хроматидами, згадані філаменти утримуються разом через область, звана центромера. У цій фазі також нуклеоли зникають.

Формування мітотичного веретена

Під час профази формується мітотичний веретен, що складається з мікротрубочок і білків, які складають набір волокон.

При формуванні веретена мікротрубочки цитоскелету розбираються (шляхом дезактивації білків, які зберігають їхню структуру), забезпечуючи необхідний матеріал для утворення згаданого мітотичного веретена.

Центросома (органелла без мембрани, функціональна в клітинному циклі), дубльована на межі розділу, діє як збірна одиниця шпиндельних мікротрубочок. У клітинах тварин центросома має в центрі пару центріолей; але вони відсутні в більшості клітин рослин.

Дубльовані центросоми починають відокремлюватися один від одного, коли мікротрубочки веретена збираються в кожній з них, починаючи мігрувати до протилежних кінців комірки..

Наприкінці профази починається розрив ядерної оболонки, що відбувається в окремих процесах: розбирання ядерної пори, ядерної пластинки і ядерних мембран. Цей розрив дозволяє мітотичному веретену і хромосомам починати взаємодіяти.

Прометафази

На цій стадії ядерна оболонка була повністю фрагментована, тому мікротрубочки веретена вторгаються в цю область, взаємодіючи з хромосомами. Два центросоми розділили, кожен з яких розташований на полюсах мітотичного веретена, на протилежних кінцях клітин.

Тепер мітотичний веретен складається з мікротрубочок (які простягаються від кожного центросоми до центру клітини), центросом і пари айстр (структури з радіальним розподілом коротких мікротрубочок, які розгортаються з кожного центросоми)..

Хроматиди розвивалися кожна, спеціалізована білкова структура, звана кінетохора, розташована в центромерах. Ці кінетохори розташовані в протилежних напрямках і до них прилипають деякі мікротрубочки, які називаються кінетохорними мікротрубочками..

Ці мікротрубочки, прикріплені до кінетохора, починають рухатися до хромосоми, з кінця якої вони поширюються; деякі з одного полюса та інші з протилежного полюса. Це створює ефект "витягування і стиснення", який, коли стабілізується, дозволяє хромосомі закінчуватися між кінцями клітини.

Метафаза

У метафазі центросоми знаходяться на протилежних кінцях клітин. Веретено має чітку структуру, в центрі якої розташовані хромосоми. Центромери згаданих хромосом фіксуються до волокон і вирівнюються в уявній площині, званої метафазною пластиною.

Кінетохори хроматидів досі прикріплені до кінетохорним мікротрубочкам. Мікротрубочки, які не прилипають до кінетохор і простягаються від протилежних полюсів веретена, тепер взаємодіють один з одним. У цій точці мікротрубочки з айстри контактують з плазматичною мембраною.

Таке зростання і взаємодія мікротрубочок, завершує структуру мітотичного веретена і надає йому "пташиний клітці" зовнішній вигляд..

Морфологічно цей етап є тим, що має менші зміни, тому його вважають фазою спокою. Однак, хоча вони і нелегко помітні, в ній протікають багато важливих процесів, а також найдовша стадія мітозу..

Анафаза

Під час анафази кожна пара хроматид починає відокремлюватися (інактивуючи білки, які утримують їх разом). Відокремлені хромосоми переміщуються на протилежні кінці клітини.

Цей рух міграції відбувається за рахунок укорочення кінетохорних мікротрубочок, генеруючи ефект «витягування», який змушує кожну хромосому рухатися від його центромера. Залежно від розташування центромера на хромосомі, вона може приймати особливу форму як V або J під час її переміщення..

Мікротрубочки не прикріплюються до кінетохору, ростуть і витягуються за рахунок адгезії тубуліну (білка) і дією рухових білків, які рухаються на них, дозволяючи контакту між ними зупинятися. Оскільки вони відходять один від одного, полюси шпинделя також роблять це, подовжуючи камеру.

Наприкінці цієї фази групи хромосом знаходяться на протилежних кінцях мітотичного веретена, так що кожен кінець клітини залишається з повним і еквівалентним набором хромосом..

Телофаза

Телофаза - це остання фаза ядерного поділу. Кінетохорние мікротрубочки розпадаються, а полярні мікротрубочки подовжуються.

Ядерна мембрана починає формуватися навколо кожного набору хромосом, використовуючи ядерні оболонки клітин-попередників, які були подібними везикулами в цитоплазмі.

На цій стадії хромосоми, що знаходяться в клітинних полюсах, повністю деконденсуються за рахунок дефосфорилювання молекул гістонів (H1). Формування елементів ядерної мембрани здійснюється за допомогою декількох механізмів.

Під час анафази багато з фосфорильованих білків у профазі дефосфорилировали. Це дозволяє, що на початку телофази ядерні везикули починають збиратися, зв'язуючись з поверхнею хромосом..

З іншого боку, ядерна пора повторно збирається, дозволяючи перекачувати ядерні білки. Білки ядерної пластинки дефосфорилируют, дозволяючи їм знову зв'язуватися, щоб завершити формування згаданої ядерної пластинки.

Нарешті, після того, як хромосоми повністю розпадуться, синтез РНК повторно ініціюється, знову утворюючи нуклеоли і завершуючи формування нових міжфазних ядер дочірніх клітин.

Цитокінез

Цитокінез приймають як подія, відокремлену від ядерного поділу, і зазвичай в типових клітинах, процес цитоплазматичного поділу супроводжує кожний мітоз, починаючи з анафази. Ряд досліджень показав, що в деяких ембріонах множинні ядерні поділи відбуваються перед цитоплазматичним поділом.

Процес починається з появи канавки або канавки, позначеної в площині метафазної пластини, забезпечуючи розподіл між групами хромосом. Місце розщеплення вказується специфічно мітотичним веретеном, мікротрубочками айстри.

У зазначеній щілині розташована серія мікрофільмів, що утворюють кільце, спрямоване в бік цитоплазматичної сторони клітинної мембрани, складене в основному актином і міозином. Ці білки взаємодіють один з одним, дозволяючи скорочення кільця навколо канавки.

Це скорочення генерується ковзанням ниток цих білків при взаємодії один з одним, так само, як це роблять, наприклад, в м'язових тканинах.

Скорочення кільця поглиблюється, надаючи "затискний" ефект, який, нарешті, ділить клітку-попередника, дозволяючи відділення дочірніх клітин, з їх розвиваються цитоплазматичним вмістом.

Цитокінез в клітинах рослин

Клітини рослин мають клітинну стінку, тому процес їх цитоплазматичного поділу відрізняється від описаного раніше і починається в телофазі.

Формування нової клітинної стінки починається, коли збираються мікротрубочки залишкового шпинделя, що утворює фрагмопласт. Ця циліндрична структура утворена двома наборами мікротрубочок, які з'єднуються на своїх кінцях, а позитивні полюси вбудовані в електронну пластину в екваторіальній площині..

Невеликі везикули з апарату Гольджі, переповнені попередниками клітинної стінки, переміщуються через мікротрубочки фрагмопласта до екваторіальної області, об'єднуючись з утворенням клітинної пластинки. Вміст везикул відокремлюється в цій пластині по мірі її росту.

Зазначена пластина зростає, зливаючись з плазматичною мембраною вздовж периметра клітини. Це відбувається за рахунок постійної перестановки мікротрубочок фрагмопласта в периферії пластини, що дозволяє більше везикул рухатися в напрямку цієї площини і вивільняти їх вміст..

Таким чином відбувається цитоплазматичне відділення дочірніх клітин. Нарешті, вміст клітинної пластини разом з целюлозними мікроволокнами всередині неї дозволяє завершити формування нової клітинної стінки.

Функції

Мітоз є механізмом поділу в клітинах і є частиною однієї з фаз клітинного циклу у еукаріотів. Простим способом можна сказати, що основною функцією цього процесу є відтворення клітини в двох дочірніх клітинах.

Для одноклітинних організмів поділ клітин означає генерацію нових особин, тоді як для багатоклітинних організмів цей процес є частиною росту і правильного функціонування всього організму (поділ клітин генерує розвиток тканин і підтримку структур).

Процес мітозу активується відповідно до вимог організму. У ссавців, наприклад, червоні кров'яні клітини (еритроцити) починають ділитися, утворюючи більше клітин, коли організму потрібно краще поглинання кисню. Крім того, білі клітини крові (лейкоцити) розмножуються, коли необхідно боротися з інфекцією.

На відміну від деяких спеціалізованих клітин тварин, практично не вистачає процесу мітозу або дуже повільно. Прикладом цього є нервові клітини і м'язові клітини).

Взагалі, це клітини, які є частиною сполучної і структурної тканини організму і чиє розмноження необхідно лише тоді, коли якась клітина має дефект або погіршення і потребує заміни..

Регуляція росту та ділення клітин.

Система контролю росту і поділу клітин набагато складніша у багатоклітинних організмах, ніж у одноклітинних організмах. В останньому, відтворення в основному обмежується наявністю ресурсів.

У клітинах тварин поділ зупиняється до появи позитивного сигналу, який активує цей процес. Ця активація приходить у вигляді хімічних сигналів від сусідніх клітин. Це дозволяє запобігти необмежений ріст тканин, а також розмноження дефектних клітин, що може серйозно пошкодити життя організму..

Одним з механізмів, що контролюють розмноження клітин, є апоптоз, де клітина гине (через продукування певних білків, які активізують самодеструкцію), якщо вона становить значний збиток або заражена вірусом..

Існує також регуляція розвитку клітин через інгібування факторів росту (таких як білки). Таким чином, клітини залишаються в інтерфейсі, не переходячи до М-фази клітинного циклу.

Організми, які його виконують

Процес мітозу здійснюється в переважній більшості еукаріотичних клітин, від одноклітинних організмів, таких як дріжджі, які використовують його як безстатевий процес розмноження, до складних багатоклітинних організмів, таких як рослини і тварини.

Хоча в цілому клітинний цикл є однаковим для всіх еукаріотичних клітин, існують помітні відмінності між одноклітинними і багатоклітинними організмами. У першому, зростання і поділ клітин сприяє природний відбір. У багатоклітинних організмах проліферація обмежена суворими механізмами контролю.

У одноклітинних організмах розмноження відбувається прискореним способом, оскільки клітинний цикл постійно діє і дочірні клітини починають швидко рухатися до мітозу, щоб продовжити цей цикл. У той час як клітини багатоклітинних організмів займають значно довше, щоб рости і ділитися.

Існують також деякі відмінності між мітотичними процесами клітин рослин і тварин, як і в деяких фазах цього процесу, однак в принципі механізм діє аналогічно в цих організмах.

Поділ клітин в прокариотических клітинах

Як правило, прокариотические клітини ростуть і діляться швидше, ніж еукаріотичні клітини.

Організми з прокариотическими клітинами (зазвичай одноклітинні або в деяких випадках багатоклітинні) не мають ядерної мембрани, яка ізолює генетичний матеріал всередині ядра, тому вона розсіяна в клітці, в області, званій нуклеоїдом. Ці клітини мають кругову головну хромосому.

Поділ клітин у цих організмах є набагато більш прямим, ніж у еукаріотичних клітинах, у яких відсутній описаний механізм (мітоз). У них розмноження здійснюється процесом, який називається двійковим поділом, де реплікація ДНК починається на конкретному ділянці кругової хромосоми (походження реплікації або OriC)..

Тоді формуються два походження, які мігрують до протилежних сторін клітини, коли відбувається реплікація, і клітина розтягується вдвічі більше. Наприкінці реплікації клітинна мембрана переростає в цитоплазму, розділяючи клітини-попередники на дві дочки з однаковим генетичним матеріалом.

Еволюція мітозу

Еволюція еукаріотичних клітин, принесла з собою збільшення складності в геномі. Це стосувалося розробки більш складних механізмів поділу.

Що передувало мітозу?

Є гіпотези, які свідчать, що бактеріальний поділ є попередником механізму мітозу. Було виявлено зв'язок між білками, пов'язаними з бінарним поділом (які можуть бути такими, що закріплюють хромосоми до специфічних ділянок плазматичної мембрани дочки) з тубуліном і актином еукаріотичних клітин.

Деякі дослідження вказують на певні особливості поділу сучасних одноклітинних протист. У них ядерна мембрана залишається інтактною під час мітозу. Реплікуються хромосоми залишаються прив'язаними до певних ділянок цієї мембрани, відокремлюючись, коли ядро ​​починає розтягуватися під час поділу клітин.

Це показує деяке збіг з процесом бінарного поділу, де реплікуються хромосоми прикріплюються до певних місць на мембрані клітини. Потім гіпотеза стверджує, що протести, які представляють цю якість під час їх клітинного поділу, могли б зберегти цю характеристику родової клітини прокаріотного типу.

В даний час роз'яснення ще не були розроблені, чому в еукаріотичних клітинах багатоклітинних організмів необхідно, щоб ядерна мембрана розпалася під час процесу поділу клітин..

Список літератури

  1. Albarracín, A., & Telulón, A.A. (1993). Теорія клітин у ХІХ ст. Видання AKAL.
  2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Молекулярна біологія клітини. Garland Science, Тейлор і Френсіс Груп.
  3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Біологія 7й видання, А.П..
  4. Griffiths, A.J., Lewontin, R.C., Miller, J.H., & Suzuki, D.T. (1992). Введення в генетичний аналіз. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Karp, G. (2009). Клітинна і молекулярна біологія: поняття та експерименти. John Wiley & Sons.
  6. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., & Matsudaira, P. (2008). Молекулярна клітинна біологія. Макміллан.
  7. Segura-Valdez, M.D.L., Cruz-Gómez, S.D.J., López-Cruz, R., Zavala, G., & Jiménez-García, L.F. (2008). Візуалізація мітозу з атомно-силовим мікроскопом. TIP Журнал спеціалізується на хіміко-біологічних науках, 11 (2), 87-90.