Fáze mytosy a jejich vlastnosti, funkce a organismy



mitóza jedná se o proces buněčného dělení, kdy buňka produkuje geneticky identické dceřinné buňky; pro každou buňku jsou generovány dvě "dcery" se stejným nábojem chromozomu. Toto rozdělení probíhá v somatických buňkách eukaryotických organismů.

Tento proces je jedním ze stadií buněčného cyklu eukaryotických organismů, který se skládá ze 4 fází: S (syntéza DNA), M (buněčné dělení), G1 a G2 (meziproduktové fáze, ve kterých se produkují mRNA a proteiny). , Fáze G1, G2 a S jsou považovány za rozhraní. Jaderné a cytoplazmatické dělení (mitóza a cytokinéza) tvoří poslední fázi buněčného cyklu.

Na molekulární úrovni je mitóza iniciována aktivací kinázy (proteinu) zvané MPF (Maturation Promoting Factor) a následné fosforylace významného počtu proteinových složek buňky. Ten umožňuje buňce prezentovat morfologické změny nezbytné pro provedení dělení.

Mitóza je asexuální proces, protože progenitorová buňka a její dcery mají přesně stejnou genetickou informaci. Tyto buňky jsou známé jako diploidy, protože nesou kompletní chromozomální náboj (2n)..

Meiosis, na druhé straně, je proces buněčného dělení, které vede ke sexuální reprodukci. V tomto procesu, diploidní kmenová buňka replikuje jeho chromosomy a pak se rozdělí dvakrát v řadě (bez replikace jeho genetické informace). Konečně, 4 dceřiné buňky jsou generovány pouze s polovičním nábojem chromozomu, který se nazývá haploid (n).

Index

  • 1 Obecné informace o mitóze
  • 2 Jaký je význam tohoto procesu?
  • 3 Fáze a jejich charakteristiky
    • 3.1 Profase
    • 3.2 Prometafáza
    • 3.3 Metafáze
    • 3.4 Anafáza
    • 3,5 Telophase
    • 3.6 Cytokineze
    • 3.7 Cytokineze v rostlinných buňkách
  • 4 Funkce
  • 5 Regulace buněčného růstu a dělení.
  • 6 Organizace, které jej provádějí
  • 7 Buněčné dělení v prokaryotických buňkách
  • 8 Vývoj mitózy
    • 8.1 Co předcházelo mitóze?
  • 9 Odkazy

Obecné informace o mitóze

Mitóza u jednobuněčných organismů obvykle produkuje dceřiné buňky velmi podobné jejich progenitorům. Naproti tomu během vývoje mnohobuněčných bytostí může tento proces vzniknout dvěma buňkami s některými odlišnými charakteristikami (navzdory tomu, že jsou geneticky identické).

Tato buněčná diferenciace vyvolává různé typy buněk, které tvoří mnohobuněčné organismy.

Během života organismu dochází k kontinuálnímu buněčnému cyklu, který neustále vytváří nové buňky, které zase rostou a připravují se na dělení mitózou..

Růst a buněčné dělení jsou regulovány mechanismy, jako je apoptóza (programovaná buněčná smrt), které umožňují udržení rovnováhy, což zabraňuje nadměrnému růstu tkání. Tímto způsobem je zajištěno, že defektní buňky jsou nahrazeny novými buňkami podle požadavků a potřeb organismu.

Jaký je význam tohoto procesu?

Schopnost reprodukovat je jednou z nejdůležitějších vlastností všech organismů (od jednobuněčných po mnohobuněčné) a buněk, které ji tvoří. Tato kvalita vám umožňuje zajistit kontinuitu vašich genetických informací.

Pochopení procesů mitózy a meiózy hrálo zásadní roli v chápání zajímavých buněčných charakteristik organismů. Například vlastnost udržení konstantního počtu chromozomů z jedné buňky do druhé v rámci jedince a mezi jedinci stejného druhu.

Když trpíme nějakým typem řezu nebo rány v kůži, pozorujeme, jak se během několika dní poškozená kůže obnovuje. To se děje díky procesu mitózy.

Fáze a jejich charakteristiky

Obecně mitóza sleduje stejnou sekvenci procesů (fází) ve všech eukaryotických buňkách. V těchto fázích dochází v buňce k mnoha morfologickým změnám. Mezi nimi kondenzace chromozomů, ruptura jaderné membrány, separace buňky z extracelulární matrix a dalších buněk a rozdělení cytoplazmy.

V některých případech jsou jaderné dělení a cytoplazmatické dělení považovány za odlišné fáze (mitóza a cytokineze)..

Pro lepší studium a pochopení procesu bylo určeno šest (6) fází, nazývaných: propáza, prometafáza, metafáze, anafáza a telopháza, cytokiny jsou považovány za šestou fázi, která se začíná vyvíjet během anafázy..

Tyto fáze byly studovány od devatenáctého století prostřednictvím světelného mikroskopu, takže jsou dnes snadno rozpoznatelné podle morfologických charakteristik buňky, jako je kondenzace chromozomů a tvorba mitotického vřeténka..

Profase

Prháza je prvním viditelným projevem buněčného dělení. V této fázi můžete pozorovat výskyt chromozomů jako rozlišitelných forem díky postupnému zhutnění chromatinu. Tato kondenzace chromosomů začíná fosforylací molekul histonu H1 kinázou MPF.

Kondenzační proces spočívá v kontrakci, a tedy v redukci velikosti chromozomů. K tomu dochází v důsledku navíjení chromatinových vláken, produkujících snadněji vytěsnitelné struktury (mitotické chromozomy).

Chromozomy dříve duplikované v průběhu S buněčného cyklu, získávají vzhled dvojitého vlákna, nazývaný sesterské chromatidy, přičemž uvedená vlákna jsou držena pohromadě přes oblast nazývanou centromere. V této fázi také zmizí nukleoly.

Tvorba mitotického vřeténka

Během prophase, mitotic vřeteno je tvořeno, sestávat z microtubules a bílkovin, které tvoří soubor vláken.

Když je vřeteno vytvořeno, mikrotubuly cytoskeletu se demontují (deaktivací proteinů, které si zachovávají svou strukturu), čímž se získá nezbytný materiál pro tvorbu zmíněného mitotického vřetena..

Centrosom (organela bez membrány, funkční v buněčném cyklu), duplikovaný na rozhraní, působí jako montážní jednotka mikrotubulů vřetena. Ve zvířecích buňkách, centrosome má pár centrioles ve středu; ve většině rostlinných buněk však chybí.

Duplikované centrosomy se začínají od sebe oddělovat, zatímco mikrotubuly vřetena jsou sestaveny v každém z nich, přičemž začínají migrovat směrem k opačným koncům buňky..

Na konci prophase začíná prasknutí jaderné obálky, která se vyskytuje v oddělených procesech: demontáž jaderných pórů, jaderné vrstvy a jaderných membrán. Tato přestávka umožňuje mitotickému vřetenu a chromozómům začít interagovat.

Prometafáze

V této fázi byl jaderný obal zcela roztříštěný, takže mikrotubuly vřetena napadají tuto oblast a interagují s chromozomy. Dva centrosomy se oddělily, každý umístěný na pólech mitotického vřetena, na opačných koncích buněk.

Nyní mitotické vřeteno obsahuje mikrotubuly (které se rozprostírají od každého centrosomu ke středu buňky), centrosomy a pár asterů (struktury s radiální distribucí krátkých mikrotubulů, které se od každého centrosomu rozkládají).

Chromatidy se vyvíjely, specializovaná proteinová struktura, nazvaná kinetochore, umístil v centromere. Tyto kinetochores jsou umístěny v opačných směrech a některé mikrotubuly, zvané kinetochore mikrotubuly, se k nim drží..

Tyto mikrotubuly připojené k kinetochore se začínají pohybovat do chromozomu, od kterého se rozšiřují; některé z jednoho pólu a jiné z opačného pólu. To vytváří efekt "tahu a smrštění", který při stabilizaci umožňuje, aby chromozóm skončil mezi konci buňky..

Metafáze

V metafáze jsou centrosomy umístěny na opačných koncích buněk. Vřeteno vykazuje jasnou strukturu, v jejímž středu jsou umístěny chromozomy. Centromery uvedených chromozomů jsou fixovány k vláknům a zarovnány v imaginární rovině nazvané metafázová deska.

Kinetochory chromatidů jsou stále připojeny k mikrotubuly kinetochoru. Mikrotubuly, které nelepí na kinetochorech a protínají se od protilehlých pólů vřetena, nyní spolu vzájemně ovlivňují. V tomto okamžiku jsou mikrotubuly z astry v kontaktu s plazmatickou membránou.

Tento růst a interakce mikrotubulů doplňuje strukturu mitotického vřetena a dodává mu vzhled "ptačí klece"..

Morfologicky je tato fáze ta, která se jeví jako méně se měnící, takže to bylo považováno za klidovou fázi. Nicméně, ačkoli oni nejsou snadno znatelní, mnoho důležitých procesů se vyskytuje v tom, stejně jako být nejdelší stádium mitosis..

Anafáza

Během anafázy se každý pár chromatidů začíná separovat (inaktivací proteinů, které je drží dohromady). Oddělené chromosomy se pohybují na opačné konce buňky.

Tento migrační pohyb je způsoben zkrácením mikrotubulů kinetochore, což vytváří "pull" efekt, který způsobuje, že každý chromozóm se pohybuje z centromery. V závislosti na umístění centromery na chromozomu může mít během vytěsnění určitou formu jako V nebo J..

Mikrotubuly, které nejsou navázány na kinetochore, rostou a prodlužují se adhezí tubulinu (proteinu) a působením motorických proteinů, které se na ně pohybují, což umožňuje kontakt mezi nimi zastavit. Když se pohybují od sebe navzájem, póly vřetene to také dělají a prodlužují buňku.

Na konci této fáze jsou skupiny chromosomů umístěny na opačných koncích mitotického vřetena, takže každý konec buňky zůstává s kompletní a ekvivalentní sadou chromozomů..

Telophase

Telophase je poslední fází jaderné divize. Mikrotubuly kinetochoru se rozpadají, zatímco polární mikrotubuly se dále prodlužují.

Jaderná membrána začne tvořit se kolem každého souboru chromozómů, používat nukleární obálky progenitor buňky, který byl jako vesicles v cytoplazmě \ t.

V tomto stadiu jsou chromosomy, které jsou v buněčných pólech, zcela dekondenzovány v důsledku defosforylace molekul histonu (H1). Tvorba prvků jaderné membrány je řízena několika mechanismy.

Během anafáze bylo mnoho fosforylovaných proteinů v propáze defosforylováno. To umožňuje, že na začátku telophasy se jaderné váčky začnou znovu skládat, asociovat s povrchem chromozomů.

Na druhé straně se jaderné póry znovu sestavují, což umožňuje čerpání jaderných proteinů. Proteiny jaderné vrstvy jsou defosforylovány, což jim umožňuje opětovné spojení, aby se dokončila tvorba uvedené jaderné laminy..

Poté, co jsou chromozomy kompletně dekondenzovány, je syntéza RNA znovu inicializována, znovu tvoří jádra a dokončena tvorba nových mezifázových jader dceřiných buněk..

Cytokineze

Cytokinéza je považována za událost oddělenou od jaderného dělení a obvykle v typických buňkách doprovází proces cytoplazmatického dělení každou mitózu, která začíná v anafáze. Několik studií ukázalo, že u některých embryí dochází k více jaderným dělením před cytoplazmatickou divizí.

Proces začíná vznikem drážky nebo drážky, která je označena v rovině desky metafáze, což zajišťuje rozdělení mezi skupinami chromozomů. Místo rozštěpu je indikováno specificky mitotickým vřetenem, mikrotubuly astry.

Ve značené štěrbině je řada mikrovláken tvořících kruh směřující k cytoplazmatické straně buněčné membrány, složené převážně z aktinu a myosinu. Tyto proteiny vzájemně interagují a umožňují kontrakci prstence kolem drážky.

Tato kontrakce je vyvolána klouzáním filamentů těchto proteinů při vzájemné interakci, stejně jako ve svalových tkáních..

Kontrakce kruhu je prohloubena působením "upínacího" efektu, který nakonec rozděluje progenitorovou buňku, což umožňuje separaci dceřiných buněk s jejich rozvíjejícím se cytoplazmatickým obsahem..

Cytokineze v rostlinných buňkách

Rostlinné buňky mají buněčnou stěnu, takže jejich proces cytoplazmatického dělení je odlišný od postupu popsaného dříve a začíná v telophase..

Tvorba nové buněčné stěny začíná, když jsou sestaveny mikrotubuly zbytkového vřetena, které tvoří fragmoplast. Tato válcová struktura je tvořena dvěma soubory mikrotubulů, které jsou na svých koncích spojeny a jejichž kladné póly jsou vloženy do elektronické desky v rovníkové rovině..

Malé vezikuly z Golgiho aparátu, naplněné prekurzory buněčné stěny, se pohybují mikrotubuly fragmoplastu do ekvatoriální oblasti, přičemž se kombinují za vzniku buněčné destičky. Obsah puchýřků je na této destičce oddělen, jak roste.

Uvedená destička roste, fúzuje s plazmatickou membránou podél obvodu buňky. K tomu dochází v důsledku neustálého přeskupování mikrotubulů fragmoplastu na periferii destičky, což umožňuje více vesikulů pohybovat se směrem k této rovině a vyprázdnit jejich obsah..

Tímto způsobem dochází k cytoplazmatické separaci dceřiných buněk. Konečně obsah buněčné destičky spolu s celulózovými mikrovlákny uvnitř ní umožňuje dokončit tvorbu nové buněčné stěny.

Funkce

Mitóza je mechanismus dělení buněk a je součástí jedné z fází buněčného cyklu u eukaryot. Jednoduchým způsobem můžeme říci, že hlavní funkcí tohoto procesu je reprodukce buňky ve dvou dceřiných buňkách.

Pro jednobuněčné organismy znamená buněčné dělení generování nových jedinců, zatímco u mnohobuněčných organismů je tento proces součástí růstu a řádného fungování celého organismu (buněčné dělení generuje tkáňový vývoj a udržování struktur)..

Proces mitózy se aktivuje podle požadavků organismu. U savců, například, červené krvinky (erytrocyty) začnou dělit tvoří více buněk, když tělo potřebuje lepší příjem kyslíku. Podobně se bílé krvinky (leukocyty) rozmnožují, pokud je nutné bojovat s infekcí.

Naopak některé specializované zvířecí buňky prakticky postrádají proces mitózy nebo jsou velmi pomalé. Příkladem jsou nervové buňky a svalové buňky).

Obecně se jedná o buňky, které jsou součástí pojivové a strukturální tkáně organismu a jejichž reprodukce je nezbytná pouze v případě, že některá buňka má nějakou vadu nebo poškození a je třeba ji nahradit..

Regulace buněčného růstu a dělení.

Kontrolní systém růstu a buněčného dělení je mnohem komplexnější u mnohobuněčných organismů než u jednobuněčných organismů. Reprodukce je v zásadě omezena dostupností zdrojů.

V živočišných buňkách je dělení zastaveno, dokud není pozitivní signál, který tento proces aktivuje. Tato aktivace přichází ve formě chemických signálů ze sousedních buněk. To umožňuje zabránit neomezenému růstu tkání a reprodukci vadných buněk, což může vážně poškodit život organismu..

Jedním z mechanismů, které kontrolují množení buněk, je apoptóza, kdy buňka umírá (v důsledku produkce určitých proteinů, které aktivují sebe-destrukci), pokud představuje značné poškození nebo je infikována virem..

Existuje také regulace vývoje buněk prostřednictvím inhibice růstových faktorů (jako jsou proteiny). Buňky tak zůstávají v rozhraní, aniž by postupovaly do fáze M buněčného cyklu.

Organismy, které to provádějí

Proces mitózy se provádí v převážné většině eukaryotických buněk, od jednobuněčných organismů, jako jsou kvasinky, které ji používají jako asexuální reprodukční proces, ke komplexním mnohobuněčným organismům, jako jsou rostliny a zvířata..

Ačkoli obecně, buněčný cyklus je stejný pro všechny eukaryotic buňky, tam jsou pozoruhodné rozdíly mezi jednobuněčnými a mnohobuněčnými organismy. V prvním případě je růst a dělení buněk upřednostňován přirozeným výběrem. V mnohobuněčných organismech je proliferace omezena přísnými kontrolními mechanismy.

V jednobuněčných organismech dochází ke zrychlenému rozmnožování, protože buněčný cyklus pracuje nepřetržitě a dceřiné buňky se rychle vydávají směrem k mitóze, aby pokračovaly v tomto cyklu. Zatímco buňky mnohobuněčných organismů rostou podstatně déle a rostou.

Existují také určité rozdíly mezi mitotickými procesy rostlinných a živočišných buněk, stejně jako v některých fázích tohoto procesu, avšak v zásadě mechanismus funguje v těchto organismech podobným způsobem..

Buněčné dělení v prokaryotických buňkách

Obecně platí, že prokaryotické buňky rostou a dělí se rychleji než eukaryotické buňky.

Organismy s prokaryotickými buňkami (obvykle jednobuněčné nebo v některých případech mnohobuněčné) postrádají jadernou membránu, která izoluje genetický materiál uvnitř jádra, takže je rozptýlena v buňce v oblasti nazývané nukleoid. Tyto buňky mají kruhový hlavní chromozom.

Rozdělení buněk v těchto organismech je pak mnohem přímější než v eukaryotických buňkách, postrádající popsaný mechanismus (mitóza). V nich se reprodukce provádí procesem zvaným binární štěpení, kde replikace DNA začíná na specifickém místě kruhového chromozomu (počátek replikace nebo OriC).

Pak se vytvoří dva počátky, které migrují na opačné strany buňky jako replikace a buňka se táhne na dvojnásobnou velikost. Na konci replikace buněčná membrána roste do cytoplazmy a dělí progenitorovou buňku na dvě dcery se stejným genetickým materiálem..

Vývoj mitózy

Vývoj eukaryotických buněk s sebou přinesl zvýšení složitosti genomu. Jednalo se o rozvoj propracovanějších mechanismů rozdělení.

Co předcházelo mitóze?

Existují hypotézy, které uvádějí, že dělení bakterií je předchůdcem mechanismu mitózy. Byl nalezen vztah mezi proteiny asociovanými s binárním štěpením (které mohou být ty, které ukotvují chromozomy ke specifickým místům dceřiné plazmatické membrány) s tubulinem a aktinem eukaryotických buněk.

Některé studie poukazují na určité zvláštnosti v rozdělení moderních jednobuněčných protistů. V nich zůstává jaderná membrána během mitózy nedotčena. Replikované chromozomy zůstávají ukotveny na určitých místech této membrány, oddělují se, když se jádro začíná roztahovat během buněčného dělení..

To ukazuje určitou shodu s procesem binárního štěpení, kde se replikované chromosomy připojují na určitá místa na buněčné membráně. Hypotéza pak uvádí, že protisté, kteří tuto kvalitu prezentují během buněčného dělení, by si mohli udržet tuto charakteristiku předkové buňky prokaryotického typu..

V současné době nebyla dosud vysvětlena vysvětlení, proč je v eukaryotických buňkách mnohobuněčných organismů nezbytné, aby se jaderná membrána během procesu buněčného dělení rozpadla..

Odkazy

  1. Albarracín, A., & Telulón, A. A. (1993). Teorie buněk v devatenáctém století. Edice AKAL.
  2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Molekulární biologie buňky. Garland věda, Taylor a Francis skupina.
  3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Biologie 7th vydání, AP.
  4. Griffiths, A. J., Lewontin, R.C., Miller, J.H., & Suzuki, D.T. (1992). Úvod do genetické analýzy. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Karp, G. (2009). Buněčná a molekulární biologie: pojmy a experimenty. John Wiley & Sons.
  6. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P., & Matsudaira, P. (2008). Mollekulární biologie buněk. Macmillan.
  7. Segura-Valdez, M. D. L., Cruz-Gómez, S. D. J., López-Cruz, R., Zavala, G., & Jiménez-García, L.F. (2008). Vizualizace mitózy mikroskopem atomové síly. TIP Časopis se specializoval na chemicko-biologické vědy, 11 (2), 87-90.