Фазы мифоза и их характеристики, функции и организмы



митоз это процесс клеточного деления, при котором клетка производит генетически идентичные дочерние клетки; для каждой клетки генерируются две «дочки» с одинаковым зарядом хромосомы. Это деление происходит в соматических клетках эукариотических организмов.

Этот процесс является одним из этапов клеточного цикла эукариотических организмов, который состоит из 4 фаз: S (синтез ДНК), M (деление клеток), G1 и G2 (промежуточные фазы, где образуются мРНК и белки). , Вместе фазы G1, G2 и S рассматриваются как интерфейс. Ядерное и цитоплазматическое деление (митоз и цитокинез) составляют последнюю стадию клеточного цикла.

На молекулярном уровне митоз инициируется активацией киназы (белка), называемой MPF (фактором, способствующим созреванию), и последующим фосфорилированием значительного количества белковых компонентов клетки. Последнее позволяет клетке представлять морфологические изменения, необходимые для осуществления процесса деления.

Митоз является бесполым процессом, так как клетки-предшественники и их дочери имеют абсолютно одинаковую генетическую информацию. Эти клетки известны как диплоиды, потому что они несут полный хромосомный заряд (2n).

Мейоз, с другой стороны, представляет собой процесс деления клеток, который вызывает половое размножение. В этом процессе диплоидная стволовая клетка реплицирует свои хромосомы и затем делится дважды подряд (без репликации своей генетической информации). Наконец, 4 дочерних клетки генерируются только с половиной заряда хромосомы, которые называются гаплоидными (n).

индекс

  • 1 Общие черты митоза
  • 2 Какова актуальность этого процесса?
  • 3 Фазы и их характеристики
    • 3.1 Profase
    • 3.2 Прометафаза
    • 3,3 метафазы
    • 3.4 Анафаза
    • 3,5 телофазы
    • 3.6 Цитокинез
    • 3.7 Цитокинез в растительных клетках
  • 4 функции
  • 5 Регуляция роста и деления клеток.
  • 6 Организации, которые осуществляют это
  • 7 Деление клеток в прокариотических клетках
  • 8 Эволюция митоза
    • 8.1 Что предшествовало митозу?
  • 9 Ссылки

Общие сведения о митозе

Митоз у одноклеточных организмов обычно производит дочерние клетки, очень похожие на их предшественников. Напротив, во время развития многоклеточных существ этот процесс может породить две клетки с некоторыми различными характеристиками (несмотря на то, что они генетически идентичны).

Эта клеточная дифференциация приводит к различным типам клеток, которые составляют многоклеточные организмы.

В течение жизни организма клеточный цикл происходит непрерывно, постоянно образуя новые клетки, которые, в свою очередь, растут и готовятся к делению посредством митоза..

Рост и деление клеток регулируются такими механизмами, как апоптоз (запрограммированная гибель клеток), которые позволяют поддерживать баланс, предотвращая избыточный рост тканей. Таким образом гарантируется, что дефектные клетки заменяются новыми, в соответствии с требованиями и потребностями организма..

Какова актуальность этого процесса?

Способность к размножению является одной из наиболее важных характеристик всех организмов (от одноклеточных до многоклеточных) и клеток, которые его составляют. Это качество позволяет вам обеспечить непрерывность вашей генетической информации.

Понимание процессов митоза и мейоза сыграло фундаментальную роль в понимании интригующих характеристик клеток организмов. Например, свойство сохранять постоянным количество хромосом от одной клетки к другой в пределах индивидуума и между индивидуумами одного и того же вида..

Когда мы страдаем от порезов или ран на нашей коже, мы наблюдаем, как в течение нескольких дней восстанавливается поврежденная кожа. Это происходит благодаря процессу митоза.

Фазы и их характеристики

В целом, митоз следует одинаковой последовательности процессов (фаз) во всех эукариотических клетках. На этих этапах происходит много морфологических изменений в клетке. Среди них конденсация хромосом, разрыв ядерной мембраны, отделение клетки от внеклеточного матрикса и от других клеток, а также деление цитоплазмы.

В некоторых случаях деление ядра и цитоплазматическое деление рассматриваются как отдельные фазы (митоз и цитокинез соответственно).

Для лучшего изучения и понимания процесса были определены шесть (6) фаз, называемых: профазой, прометафазой, метафазой, анафазой и телофазой, цитокинез рассматривается как шестая фаза, которая начинает развиваться во время анафазы..

Эти фазы изучались с XIX века с помощью светового микроскопа, поэтому сегодня они легко узнаваемы по морфологическим характеристикам клетки, таким как конденсация хромосом и образование митотического веретена..

профаза

Профаза - это первое видимое проявление деления клеток. На этом этапе вы можете увидеть появление хромосом как различимых форм, благодаря прогрессивному уплотнению хроматина. Эта конденсация хромосом начинается с фосфорилирования молекул гистона H1 киназой MPF.

Процесс конденсации состоит из сокращения и, следовательно, уменьшения величины хромосом. Это происходит из-за намотки хроматиновых волокон, создавая более легко перемещаемые структуры (митотические хромосомы).

Хромосомы, ранее продублированные в течение периода S клеточного цикла, приобретают вид двойной нити, называемой сестринскими хроматидами, причем указанные нити удерживаются вместе через область, называемую центромером. На этом этапе также исчезают ядрышки.

Формирование митотического веретена

Во время профазы формируется митотический веретен, состоящий из микротрубочек и белков, которые составляют набор волокон.

По мере формирования веретена микротрубочки цитоскелета демонтируются (путем деактивации белков, которые поддерживают их структуру), обеспечивая необходимый материал для формирования указанного митотического веретена.

Центросома (органелла без мембраны, функционирующая в клеточном цикле), продублированная на границе раздела, действует как сборочная единица микротрубочек веретена. В клетках животных центросома имеет пару центриолей в центре; но они отсутствуют в большинстве растительных клеток.

Дублированные центросомы начинают отделяться друг от друга, в то время как микротрубочки веретена собираются в каждой из них, начиная мигрировать к противоположным концам клетки.

В конце профазы начинается разрыв ядерной оболочки, происходящий в отдельных процессах: разборка ядерной поры, ядерной пластинки и ядерных мембран. Этот разрыв позволяет митотическому веретену и хромосомам начать взаимодействовать.

прометафазы

На этой стадии ядерная оболочка была полностью фрагментирована, поэтому микротрубочки веретена проникают в эту область, взаимодействуя с хромосомами. Две центросомы разделены, каждая из которых расположена на полюсах митотического веретена, на противоположных концах клеток.

Теперь митотический веретен состоит из микротрубочек (которые простираются от каждой центросомы до центра клетки), центросом и пары звездочек (структуры с радиальным распределением коротких микротрубочек, которые разворачиваются из каждой центросомы).

Каждая из хроматид развивала специализированную белковую структуру, называемую кинетохором, расположенную в центромере. Эти кинетохоры расположены в противоположных направлениях, и некоторые микротрубочки, называемые микротрубочками кинетохоры, прилипают к ним..

Эти микротрубочки, прикрепленные к кинетохоре, начинают перемещаться в хромосому, от конца которой они расширяются; некоторые с одного полюса и другие с противоположного полюса. Это создает эффект «тянуть и сжимать», который, когда стабилизируется, позволяет хромосоме оказаться между концами клетки.

метафазы

В метафазе центросомы расположены на противоположных концах клеток. Шпиндель имеет четкую структуру, в центре которой расположены хромосомы. Центромеры указанных хромосом прикреплены к волокнам и выровнены в воображаемой плоскости, называемой метафазной пластинкой.

Кинетохоры хроматид все еще прикреплены к микротрубочкам кинетохор. Микротрубочки, которые не прилипают к кинетохорам и простираются от противоположных полюсов веретена, теперь взаимодействуют друг с другом. В этот момент микротрубочки из астр соприкасаются с плазматической мембраной.

Этот рост и взаимодействие микротрубочек завершает структуру митотического веретена и придает ему вид «птичьей клетки»..

Морфологически эта фаза проявляет меньше изменений, поэтому она стала рассматриваться как фаза покоя. Однако, хотя они не так заметны, в нем происходят многие важные процессы, а также самая длинная стадия митоза..

анафаза

Во время анафазы каждая пара хроматид начинает разделяться (путем инактивации белков, которые удерживают их вместе). Отделенные хромосомы движутся к противоположным концам клетки.

Это миграционное движение происходит из-за укорочения микротрубочек кинетохоры, создавая эффект «тяги», который заставляет каждую хромосому двигаться от ее центромеры. В зависимости от расположения центромеры на хромосоме, она может принимать определенную форму, как V или J во время своего смещения..

Микротрубочки, не прикрепленные к кинетохоре, растут и удлиняются за счет адгезии тубулина (белка) и под действием движущихся на них моторных белков, что позволяет прекратить контакт между ними. Поскольку они удаляются друг от друга, полюса веретена также делают это, удлиняя ячейку.

В конце этой фазы группы хромосом расположены на противоположных концах митотического веретена, так что каждый конец клетки остается с полным и эквивалентным набором хромосом..

telofase

Телофаза - последняя фаза ядерного деления. Микротрубочки кинетохоры распадаются, а полярные микротрубочки еще больше удлиняются.

Ядерная мембрана начинает формироваться вокруг каждого набора хромосом, используя ядерные оболочки клетки-предшественника, которые были похожи на пузырьки в цитоплазме..

На этой стадии хромосомы, которые находятся в клеточных полюсах, полностью деконденсированы из-за дефосфорилирования молекул гистона (H1). Формирование элементов ядерной мембраны направлено несколькими механизмами.

Во время анафазы многие из фосфорилированных белков в профазе были дефосфорилированы. Это позволяет, что в начале телофазы, ядерные везикулы начинают повторно собираться, связываясь с поверхностью хромосом.

С другой стороны, ядерная пора повторно собрана, позволяя перекачивать ядерные белки. Белки ядерной пластинки дефосфорилированы, что позволяет им снова связываться, чтобы завершить формирование указанной ядерной пластинки.

Наконец, после того, как хромосомы полностью деконденсированы, синтез РНК повторно инициируется, снова образуя ядрышки и завершая формирование новых межфазных ядер дочерних клеток..

цитокинез

Цитокинез рассматривается как событие, отдельное от деления ядра, и обычно в типичных клетках процесс цитоплазматического деления сопровождает каждый митоз, начиная с анафазы. Несколько исследований показали, что у некоторых эмбрионов множественные ядерные деления происходят до цитоплазматического деления.

Процесс начинается с появления канавки или канавки, которая отмечена в плоскости метафазной пластинки, обеспечивая разделение между группами хромосом. Место расщелины указывается митотическим веретеном, а именно микротрубочками астр.

В отмеченной щели находится ряд микрофиламентов, образующих кольцо, направленное к цитоплазматической стороне клеточной мембраны, состоящее в основном из актина и миозина. Эти белки взаимодействуют друг с другом, обеспечивая сокращение кольца вокруг канавки.

Это сокращение вызвано скольжением нитей этих белков при взаимодействии друг с другом так же, как, например, в мышечных тканях..

Сокращение кольца углубляется за счет «зажимающего» эффекта, который в конечном итоге делит клетки-предшественники, позволяя отделить дочерние клетки с их развивающимся цитоплазматическим содержимым..

Цитокинез в растительных клетках

Растительные клетки имеют клеточную стенку, поэтому процесс их цитоплазматического деления отличается от описанного ранее и начинается в телофазе..

Формирование новой клеточной стенки начинается, когда микротрубочки остаточного веретена собираются, образуя фрагмопласт. Эта цилиндрическая структура образована двумя наборами микротрубочек, которые соединены на своих концах и положительные полюса которых встроены в электронную пластину в экваториальной плоскости.

Небольшие пузырьки из аппарата Гольджи, изобилующие предшественниками клеточной стенки, перемещаются через микротрубочки фрагмопласта в экваториальную область, объединяясь в клеточную пластинку. Содержание пузырьков выделяется в этой пластине по мере роста.

Указанная пластинка растет, сливаясь с плазматической мембраной по периметру клетки. Это происходит из-за постоянной перестройки микротрубочек фрагмопласта по периферии пластинки, что позволяет большему количеству пузырьков двигаться к этой плоскости и опустошать их содержимое.

Таким образом происходит цитоплазматическое разделение дочерних клеток. Наконец, содержимое клеточной пластинки вместе с целлюлозными микроволокнами внутри нее позволяет завершить формирование новой клеточной стенки.

функции

Митоз является механизмом деления в клетках и является частью одной из фаз клеточного цикла у эукариот. Проще говоря, можно сказать, что основной функцией этого процесса является размножение клетки в двух дочерних клетках..

Для одноклеточных организмов деление клеток означает генерацию новых особей, в то время как для многоклеточных организмов этот процесс является частью роста и правильного функционирования всего организма (деление клеток вызывает развитие тканей и поддержание структур)..

Процесс митоза активируется в соответствии с требованиями организма. Например, у млекопитающих эритроциты (эритроциты) начинают делиться, образуя больше клеток, когда организму требуется лучшее поглощение кислорода. Аналогичным образом, лейкоциты размножаются, когда необходимо бороться с инфекцией..

Напротив, у некоторых специализированных животных клеток практически отсутствует процесс митоза или он очень медленный. Примером этого являются нервные клетки и мышечные клетки).

Как правило, это клетки, которые являются частью соединительной и структурной ткани организма и воспроизводство которых необходимо только в том случае, если какая-либо клетка имеет какой-либо дефект или повреждение и нуждается в замене..

Регуляция роста и деления клеток.

Система контроля роста и деления клеток у многоклеточных организмов намного сложнее, чем у одноклеточных. В последнем воспроизводство в основном ограничено доступностью ресурсов.

В клетках животных деление прекращается до тех пор, пока не появится положительный сигнал, который активирует этот процесс. Эта активация происходит в виде химических сигналов от соседних клеток. Это позволяет предотвратить неограниченный рост тканей и размножение дефектных клеток, которые могут серьезно повредить жизни организма..

Одним из механизмов, который контролирует размножение клеток, является апоптоз, когда клетка умирает (из-за производства определенных белков, которые активируют самоуничтожение), если она представляет значительный ущерб или заражена вирусом.

Существует также регуляция развития клеток посредством ингибирования факторов роста (таких как белки). Таким образом, клетки остаются в интерфейсе, не переходя к М-фазе клеточного цикла.

Организмы, которые осуществляют это

Процесс митоза осуществляется в подавляющем большинстве эукариотических клеток, от одноклеточных организмов, таких как дрожжи, которые используют его в качестве бесполого процесса размножения, до сложных многоклеточных организмов, таких как растения и животные..

Хотя в целом клеточный цикл одинаков для всех эукариотических клеток, существуют заметные различия между одноклеточными и многоклеточными организмами. В первом случае рост и деление клеток благоприятствуют естественному отбору. В многоклеточных организмах пролиферация ограничена строгими механизмами контроля.

В одноклеточных организмах размножение происходит ускоренным образом, поскольку клеточный цикл работает постоянно, и дочерние клетки быстро вступают в митоз, чтобы продолжить этот цикл. В то время как клетки многоклеточных организмов растут и делятся значительно дольше.

Есть также некоторые различия между митотическими процессами клеток растений и животных, так как в некоторых фазах этого процесса, в принципе, механизм действует аналогичным образом в этих организмах..

Деление клеток в прокариотических клетках

Как правило, прокариотические клетки растут и делятся с большей скоростью, чем эукариотические клетки.

У организмов с прокариотическими клетками (обычно одноклеточными или в некоторых случаях многоклеточными) отсутствует ядерная мембрана, которая изолирует генетический материал внутри ядра, поэтому он рассеивается в клетке в области, называемой нуклеоидом. Эти клетки имеют круглую основную хромосому.

Деление клеток в этих организмах тогда намного более прямое, чем в эукариотических клетках, без описанного механизма (митоз). В них размножение осуществляется процессом, называемым бинарным делением, где репликация ДНК начинается в определенном месте круговой хромосомы (ориджин репликации или OriC).

Затем образуются два источника, которые мигрируют к противоположным сторонам клетки, когда происходит репликация, и клетка растягивается вдвое больше своего размера. В конце репликации клеточная мембрана врастает в цитоплазму, разделяя прогениторную клетку на две дочери с одинаковым генетическим материалом.

Эволюция митоза

Эволюция эукариотических клеток привела к увеличению сложности в геноме. Это включало разработку более сложных механизмов разделения.

Что предшествовало митозу?

Существуют гипотезы, утверждающие, что бактериальное деление является предшественником механизма митоза. Была обнаружена связь между белками, связанными с бинарным делением (которые могут быть теми, которые привязывают хромосомы к специфическим участкам плазматической мембраны дочери) с тубулином и актином эукариотических клеток.

Некоторые исследования указывают на определенные особенности в разделении современных одноклеточных протистов. В них ядерная мембрана остается неповрежденной во время митоза. Реплицированные хромосомы остаются прикрепленными к определенным участкам этой мембраны, разделяясь, когда ядро ​​начинает растягиваться во время деления клетки..

Это показывает некоторое совпадение с процессом бинарного деления, когда реплицированные хромосомы прикрепляются к определенным местам на клеточной мембране. Затем гипотеза утверждает, что протисты, которые представляют это качество во время их клеточного деления, могли бы сохранить эту характеристику наследственной клетки прокариотического типа.

В настоящее время еще не разработаны объяснения, почему в эукариотических клетках многоклеточных организмов необходимо, чтобы ядерная мембрана распадалась в процессе деления клетки..

ссылки

  1. Альбаррасин А. и Телулон А. А. (1993). Клеточная теория в девятнадцатом веке. АКАЛ издания.
  2. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Роберт К. и Уолтер П. (2008). Молекулярная биология клетки. Гирлянда Наука, Тейлор и Фрэнсис Групп.
  3. Кэмпбелл, Н. & Рис, Дж. (2005). Биология 7го издание, AP.
  4. Griffiths, A.J., Lewontin, R.C., Miller, J.H. & Suzuki, D.T. (1992). Введение в генетический анализ. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Карп Г. (2009). Клеточная и молекулярная биология: концепции и эксперименты. Джон Вили и сыновья.
  6. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., & Matsudaira, P. (2008). Молекулярно-клеточная биология. Macmillan.
  7. Сегура-Вальдес, М. Д. Л., Крус-Гомес, С. Д. Дж., Лопес-Крус, Р., Завала Г., & Хименес-Гарсия, Л. Ф. (2008). Визуализация митоза с помощью атомно-силового микроскопа. СОВЕТ. Журнал специализируется на химико-биологических науках, 11 (2), 87-90.