Buněčná diferenciace u zvířat a rostlin

diferenciace buněk je to postupný jev, kterým multipotenciální buňky organismů dosahují určitých specifických charakteristik. Vyskytuje se v průběhu procesu vývoje a jsou doloženy fyzické a funkční změny. Koncepčně se diferenciace děje ve třech fázích: stanovení, správné rozlišení a zrání.

Tyto tři uvedené procesy probíhají kontinuálně v organismech. V první fázi stanovení dochází k přiřazení multipotentních buněk v embryu k definovanému typu buňky; například nervová buňka nebo svalová buňka. V diferenciaci začnou buňky vyjadřovat vlastnosti linie.

Konečně dozrávání probíhá v posledních fázích procesu, kde jsou získány nové vlastnosti, které vedou ke vzniku charakteristik ve zralých organismech..

Buněčná diferenciace je proces, který je regulován velmi přísným a přesným způsobem řadou signálů, které zahrnují hormony, vitamíny, specifické faktory a dokonce i ionty. Tyto molekuly indikují začátek signálních drah uvnitř buňky.

Je možné, že mezi procesy buněčného dělení a diferenciace dochází ke konfliktům; proto rozvoj dosahuje bodu, kdy šíření musí přestat vést k diferenciaci.

Index

• 1 Obecné charakteristiky
• 2 Buněčná diferenciace u zvířat
  • 2.1 Zapnutí a vypnutí genů
  • 2.2 Mechanismy, které produkují různé typy buněk
  • 2.3 Model buněčné diferenciace: svalová tkáň
  • 2.4 Hlavní geny
• 3 Buněčná diferenciace v rostlinách
  • 3.1 Meristemas
  • 3.2 Role auxinů
• 4 Rozdíly mezi zvířaty a rostlinami
• 5 Odkazy

Obecné vlastnosti

Proces buněčné diferenciace zahrnuje změnu formy, struktury a funkce buňky v dané linii. Navíc to znamená snížení všech potenciálních funkcí, které může mít buňka.

Změna je řízena klíčovými molekulami, mezi těmito proteiny a specifickými messengerovými RNA. Buněčná diferenciace je produktem řízené a diferenciální exprese určitých genů.

Proces diferenciace neznamená ztrátu počátečních genů; co se stane, je represe na specifických místech genetického aparátu v buňce, která prochází procesem vývoje. Buňka obsahuje přibližně 30 000 genů, ale pouze exprimuje přibližně 8 000 nebo 10 000.

Pro ilustraci výše uvedeného výroku byl navržen následující experiment: jádro je odebráno z buňky již diferencované z těla obojživelníka - například buňky střevní sliznice - a je implantováno do vajíčka žáby, jejíž jádro bylo dříve extrahováno.

Nové jádro má všechny potřebné informace k vytvoření nového organismu v perfektních podmínkách; to znamená, že buňky střevní sliznice neztratily žádný gen, když procházejí procesem diferenciace.

Buněčná diferenciace u zvířat

Vývoj začíná hnojením. Když se ve vývojových procesech embrya objeví tvorba moruly, považují se buňky za totipotentní, což naznačuje, že jsou schopny tvořit celý organismus..

Časem se morula stává blastulí a buňky se nyní nazývají pluripotentní, protože mohou tvořit tkáně organismu. Nemohou tvořit celý organismus, protože nejsou schopni vyvolat extraembryonální tkáně.

Základní tkáně organismu jsou histologicky epiteliální, pojivové, svalové a nervózní.

Když se pohybujete dále, buňky jsou multipotentní, protože se diferencují na zralé a funkční buňky.

U zvířat - specificky v metazoanech - existuje společná cesta genetického vývoje, která sjednocuje ontogenezi skupiny díky sérii genů, které definují specifický vzor struktury těla, kontrolující identitu segmentů v antero-zadní ose zvířete.

Tyto geny kódují konkrétní proteiny, které sdílejí aminokyselinovou sekvenci vázající DNA (homeobox v genu, homodoména v proteinu)..

Zapnutí a vypnutí genů

DNA může být modifikována chemickými činidly nebo buněčnými mechanismy, které ovlivňují -indukty nebo potlačují expresi genů.

Existují dva typy chromatinu, klasifikované podle jejich exprese nebo ne: euchromatin a heterochromatin. První z nich je organizována laxně a její geny jsou vyjádřeny, druhá má kompaktní organizaci a zabraňuje přístupu k přepisovacímu zařízení.

Bylo navrženo, že v procesech diferenciace buněk jsou geny, které nejsou nutné pro tuto specifickou linii, umlčeny ve formě domén složených z heterochromatinu.

Mechanismy, které produkují různé typy buněk

V mnohobuněčných organismech existuje řada mechanismů, které produkují různé typy buněk ve vývojových procesech, jako je segregace cytoplazmatických faktorů a buněčná komunikace..

Segregace cytoplazmatických faktorů zahrnuje nerovnoměrnou separaci prvků, jako jsou proteiny nebo messenger RNA v procesech buněčného dělení..

Na druhé straně může buněčná komunikace mezi sousedními buňkami stimulovat diferenciaci několika typů buněk.

Takový způsob se vyskytuje při tvorbě oftalmických váčků, když splňují ektoderm cefalické oblasti a způsobují zahušťování, které tvoří čočkové destičky. Ty se skládají do vnitřní oblasti a tvoří čočku.

Model diferenciace buněk: svalová tkáň

Jedním z nejlépe popsaných modelů v literatuře je vývoj svalové tkáně. Tato tkáň je komplexní a skládá se z buněk s více jádry, jejichž funkcí je kontrakce.

Mezenchymální buňky dávají vznik myogenním buňkám, které zase vedou ke vzniku zralé tkáně kosterního svalstva.

Aby mohl tento proces diferenciace začít, musí být přítomny určité diferenciační faktory, které zabraňují fázi S buněčného cyklu a působí jako stimulanty genů, které způsobují změnu..

Když tyto buňky dostanou signál, iniciují transformaci na myoblasty, které nemohou podstoupit procesy buněčného dělení. Myoblasty exprimují geny související se svalovou kontrakcí, jako jsou ty, které kódují proteiny aktinu a myosinu.

Myoblasty se mohou navzájem fúzovat a tvořit myotube s více než jedním jádrem. V této fázi dochází k produkci dalších proteinů souvisejících s kontrakcí, jako je troponin a tropomyosin.

Když se jádra pohybují směrem k periferní části těchto struktur, jsou považovány za svalové vlákno.

Jak je popsáno, tyto buňky mají proteiny související se svalovou kontrakcí, ale postrádají jiné proteiny, jako je keratin nebo hemoglobin.

Mistrové geny

Diferenciální exprese v genech je řízena "master geny". Ty se nacházejí v jádře a aktivují transkripci jiných genů. Jak už název napovídá, jsou klíčové faktory, které jsou zodpovědné za kontrolu jiných genů, které řídí jejich funkce.

V případě svalové diferenciace jsou specifické geny ty, které kódují každý z proteinů zapojených do svalové kontrakce, a hlavní geny jsou MyoD a Myf5.

Když chybí regulační hlavní geny, nejsou subalterové geny exprimovány. Na rozdíl od toho, když je přítomen hlavní gen, je exprese cílových genů nucena.

Existují hlavní geny, které mimo jiné řídí diferenciaci neuronů, epitelu, srdce.

Buněčná diferenciace v rostlinách

Stejně jako u zvířat, vývoj rostlin začíná tvorbou zygoty uvnitř semene. Když dojde k prvnímu dělení buněk, vznikají dvě různé buňky.

Jednou z vlastností vývoje rostlin je neustálý růst organismu díky nepřetržité přítomnosti buněk, které mají embryonální charakter. Tyto regiony jsou známé jako meristémy a jsou orgány neustálého růstu.

Diferenciační cesty vedou ke vzniku tří tkáňových systémů přítomných v rostlinách: protodermu, který zahrnuje dermální tkáně, základní meristémy a substituci..

Přípravek je zodpovědný za vznik vaskulární tkáně v rostlině, tvořené xylem (transportér vody a rozpuštěných solí) a floem (transportér cukrů a jiných molekul, jako jsou aminokyseliny).

Meristems

Meristémy jsou umístěny na špičkách stonků a kořenů. Tyto buňky tak diferencují a dávají vzniknout různým strukturám, které tvoří rostliny (mimo jiné listy, květy)..

Buněčná diferenciace květinových struktur nastává v určitém okamžiku vývoje a meristém se stává „květenství“, které zase tvoří květinové meristémy. Odtud vznikají květinové kousky skládající se ze sepálů, okvětních lístků, tyčinek a koberců.

Tyto buňky se vyznačují tím, že mají malou velikost, tvar kvádru, tenkou, ale flexibilní buněčnou stěnu a cytoplazmu s vysokou hustotou a četnými ribozomy..

Role auxinů

Fytohormony hrají roli v jevech buněčné diferenciace, zejména auxinů.

Tento hormon ovlivňuje diferenciaci cévní tkáně v kmeni. Experimenty ukázaly, že aplikace auxinů v ráně vede k tvorbě vaskulární tkáně.

Podobně auxiny souvisejí se stimulací vývoje cévních cévních buněk.

Rozdíly mezi zvířaty a rostlinami

Proces buněčné diferenciace a vývoje v rostlinách a zvířatech se nestává identicky.

U zvířat musí dojít k pohybu buněk a tkání tak, aby organismy získaly trojrozměrnou konformaci, která je charakterizuje. Kromě toho je buněčná diverzita mnohem větší u zvířat.

Naopak rostliny nemají období růstu pouze v raných fázích života jedince; oni mohou zvětšit jejich velikost pro celý život zeleniny.

Odkazy

1. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). Biologie. Panamericana Medical.
2. Cediel, J. F., Cárdenas, M. H., & García, A. (2009). Příručka histologie: Základní tkáně. Univerzita Rosario.
3. Hall, J. E. (2015). Guyton a Hall učebnice lékařské fyziologie e-Book. Elsevier Health Sciences.
4. Palomero, G. (2000). Výuka embryologie. Univerzita v Oviedu.
5. Wolpert, L. (2009). Principy vývoje. Panamericana Medical.