MITOZĖ: FAZĖS IR JŲ YPATYBĖS, FUNKCIJOS, ORGANIZMAI - BIOLOGIJA - 2025

Mitozė yra ląstelių dalijimąsi procesas, kai ląstelės gamina genetiškai identiškų dukterinėms ląstelėms; kiekvienai ląstelei sukuriamos dvi „dukterys“ su ta pačia chromosomų apkrova. Šis dalijimasis vyksta somatinėse eukariotų organizmų ląstelėse.

Šis procesas yra vienas iš eukariotinių organizmų ląstelių ciklo etapų, kurį sudaro 4 fazės: S (DNR sintezė), M (ląstelių dalijimasis), G1 ir G2 (tarpinės fazės, kuriose gaminamos mRNR ir baltymai). . Kartu G1, G2 ir S fazės laikomos sąsaja. Branduolinis ir citoplazminis dalijimasis (mitozė ir citokinezė) sudaro paskutinę ląstelių ciklo stadiją.

Mitozės apžvalga. Šaltinis: Viswaprabha

Molekuliniu lygmeniu mitozę inicijuoja kinazės (baltymo), vadinamos MPF (Maturation Promoting Factor), aktyvavimas ir iš to išplaukiantis nemažo skaičiaus ląstelės komponentų baltymų fosforilinimas. Pastarasis leidžia ląstelei pateikti morfologinius pokyčius, reikalingus dalijimosi procesui vykdyti.

Mitozė yra neseksualus procesas, nes progenitorinė ląstelė ir jos dukterys turi lygiai tokią pačią genetinę informaciją. Šios ląstelės yra žinomos kaip diploidinės, nes jos turi visą chromosomų apkrovą (2n).

Kita vertus, mejozė yra ląstelių dalijimosi procesas, kuris veda prie lytinio dauginimosi. Šiame procese diploidinė kamieninė ląstelė atkartoja savo chromosomas ir tada dalijasi du kartus iš eilės (nekartodama savo genetinės informacijos). Galiausiai sukuriamos 4 dukterinės ląstelės, turinčios tik pusę chromosomų apkrovos, kurios vadinamos haploidais (n).

Mitozės apžvalga

Vienaląsčių organizmų mitozė paprastai gamina dukterines ląsteles, labai panašias į jų palikuonis. Priešingai, daugialąsčių būtybių vystymosi metu šis procesas gali sukelti dvi ląsteles, turinčias keletą skirtingų savybių (nepaisant to, kad jos yra genetiškai tapačios).

Dėl šios ląstelių diferenciacijos atsiranda skirtingi ląstelių tipai, sudarantys daugialąsčius organizmus.

Organizmo gyvenimo metu ląstelių ciklas vyksta nuolat, nuolat formuodamas naujas ląsteles, kurios, savo ruožtu, auga ir ruošiasi dalintis per mitozę.

Ląstelių augimą ir dalijimąsi reguliuoja mechanizmai, tokie kaip apoptozė (užprogramuota ląstelių žūtis), kurie leidžia išlaikyti pusiausvyrą, išvengiant perteklinio audinių augimo. Tokiu būdu užtikrinama, kad pažeistos ląstelės būtų pakeistos naujomis ląstelėmis, atsižvelgiant į kūno reikalavimus ir poreikius.

Ar šis procesas yra tinkamas?

Gebėjimas daugintis yra viena iš svarbiausių visų organizmų (nuo vienaląsčių iki daugialąsčių) ir juos sudarančių ląstelių savybių. Ši kokybė užtikrina jūsų genetinės informacijos tęstinumą.

Mitozės ir mejozės procesų supratimas suvaidino esminį vaidmenį suprantant intriguojančias organizmų ląstelių savybes. Pavyzdžiui, savybė palaikyti pastovų chromosomų skaičių iš vienos ląstelės į kitą individo viduje ir tarp tos pačios rūšies individų.

Kai mes patiriame tam tikros rūšies pjūvius ar žaizdas ant savo odos, mes stebime, kaip per kelias dienas pažeista oda atsigauna. Tai įvyksta dėl mitozės proceso.

Fazės ir jų charakteristikos

Apskritai, mitozė seka tą pačią procesų seką (fazes) visose eukariotų ląstelėse. Šiose fazėse ląstelėje vyksta daugybė morfologinių pokyčių. Tarp jų - chromosomų kondensacija, branduolinės membranos plyšimas, ląstelės atskyrimas nuo tarpląstelinės matricos ir kitų ląstelių bei citoplazmos padalijimas.

Kai kuriais atvejais branduolinis dalijimasis ir citoplazminė dalijimasis laikomi atskiromis fazėmis (atitinkamai mitozė ir citokinezė).

Norint geriau ištirti ir suprasti procesą, buvo paskirtos šešios (6) fazės, vadinamos: profazė, prometafazė, metafazė, anafazė ir telofazė, tada citokinezė laikoma šeštąja faze, kuri pradeda vystytis anafazės metu.

Telofazė yra paskutinė mitozės fazė. Paimta iš https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg. Per „Wikimedia Commons“

Šios fazės buvo tiriamos nuo XIX amžiaus šviesos mikroskopu, kad šiandien jas būtų galima lengvai atpažinti pagal morfologines savybes, kurias pateikia ląstelė, pavyzdžiui, chromosomų kondensaciją ir mitozinio verpstės formavimąsi.

Profazė

Profazė. „Leomonaci98“, iš „Wikimedia Commons“

Profazė yra pirmasis matomas ląstelių dalijimosi pasireiškimas. Šioje fazėje dėl laipsniško chromatino tankinimo galima pastebėti, kad chromosomos gali būti išskiriamos. Šis chromosomų kondensavimas prasideda histono H1 molekulių fosforilinimu MPF kinaze.

Kondensacijos procesą sudaro susitraukimas ir dėl to chromosomų dydžio sumažėjimas. Tai įvyksta dėl chromatino skaidulų susukimo, gaminant lengviau keičiamas struktūras (mitozines chromosomas).

Chromosomos, kurios anksčiau buvo dubliuojamos per ląstelių ciklo S periodą, įgauna dvigubą pavidalą, vadinamą seserinėmis chromatidėmis, šios gijos laikomos kartu per regioną, vadinamą centrometru. Šioje fazėje nukleolai taip pat išnyksta.

Mitozinis verpstės formavimas

Autorius Silvia3, iš „Wikimedia Commons“

Profazės metu susidaro mitozinis verpstė, sudaryta iš mikrotubulių ir baltymų, kurie sudaro pluoštų rinkinį.

Kai sukasi verpstė, citoskeleto mikrotubulai yra išardomi (dezaktyvinant baltymus, kurie palaiko jų struktūrą), suteikdami būtiną medžiagą minėtam mitoziniam verpstės formavimui.

Centrosoma (membranos neturinti organelė, funkcionuojanti ląstelių cikle), dubliuojama sąsajoje, veikia kaip suklio mikrotubulų surinkimo vienetas. Gyvūnų ląstelėse centrosomos centre yra centriolelių pora; tačiau jų nėra daugumoje augalų ląstelių.

Susikaupusios centrosomos pradeda atskirti viena nuo kitos, o suklio mikrotubulai susirenka kiekviename iš jų ir pradeda migruoti link priešingų ląstelės galų.

Pasibaigus profazei, prasideda branduolinio apvalkalo plyšimas, vykstantis atskirais procesais: išardant branduolio poras, branduolio sluoksnį ir branduolines membranas. Ši pertrauka leidžia mitoziniam velenui ir chromosomoms pradėti sąveikauti.

Prometafazė

Leomonaci98

Šiame etape branduolinis apvalkalas buvo visiškai suskaidytas, todėl verpstės mikrotubulai įsibrauna į šią sritį, sąveikaudami su chromosomomis. Dvi centrosomos atsiskyrė, kiekviena išsidėsčiusi mitozinio veleno poliuose, priešinguose ląstelių galuose.

Dabar mitozinį veleną sudaro mikrotubuliniai vamzdžiai (kurie tęsiasi nuo kiekvienos centrosomos link ląstelės centro), centrosomos ir asters pora (struktūros, turinčios radialinį trumpųjų mikrotubulų pasiskirstymą, atsiskleidžiantį iš kiekvienos centrosomos).

Kiekvienas chromatidas sukūrė specializuotą baltymų struktūrą, vadinamą kinetochore, esančią centromere. Šie kinetochoros yra priešingomis kryptimis ir prie jų prilimpa kai kurie mikrotubulėliai, vadinami kinetochoriniais mikrotubuliais.

Šios mikrotubulės, pritvirtintos prie kinetochoros, pradeda judėti į chromosomą, nuo kurios galo jos tęsiasi; vieni iš vieno poliaus, kiti - iš priešingo poliaus. Tai sukuria „traukimo ir traukimo“ efektą, kuris, stabilizavusis, leidžia chromosomai pasibaigti, esančiai tarp ląstelės galų.

Metafazė

Mitozinės metafazės metu chromosomos išlygintos pusiaujo ląstelės plokštelėje

Metafazėje centrosomos yra priešinguose ląstelių galuose. Verpstė rodo aiškią struktūrą, kurios centre yra chromosomos. Šių chromosomų centromerai yra pritvirtinti prie skaidulų ir išlyginti įsivaizduojamoje plokštumoje, vadinamoje metafazės plokštele.

Chromatidiniai kinetochoros lieka pritvirtinti prie kinetochoros mikrotubulų. Mikrodubeliai, kurie neprilimpa prie kinetochorų ir išsikiša iš priešingų veleno polių, dabar sąveikauja tarpusavyje. Tada mikrotubulai iš asters liečiasi su plazmos membrana.

Šis mikrotubulų augimas ir sąveika užbaigia mitozinio verpstės struktūrą ir suteikia jam „paukščio narvelio“ išvaizdą.

Morfologiškai ši fazė yra mažiausiai pakitusi, todėl ji buvo laikoma ramybės faze. Vis dėlto, nors jie nėra lengvai pastebimi, jame vyksta daug svarbių procesų, be to, kad tai yra ilgiausia mitozės stadija.

Anafazė

Šaltinis: „Leomonaci98“, iš „Wikimedia Commons“

Anafazės metu kiekviena chromatidų pora pradeda atskirti (dėl baltymų, laikančių juos kartu, inaktyvavimo). Atskirtos chromosomos pereina į priešingus ląstelės galus.

Šis migracijos judėjimas vyksta dėl to, kad sutrumpėja kinetochoros mikrotubulai, sukurdami „traukimo“ efektą, dėl kurio kiekviena chromosoma pajuda iš savo centro. Atsižvelgiant į centromero vietą chromosomoje, jis gali įgyti tam tikrą formą, tokią kaip V arba J.

Mikrovamzdeliai, neprisijungę prie kinematochoros, auga ir pailgėja dėl aduliacinio tubulino (baltymo) ir dėl judančių motorinių baltymų, leidžiančių nutrūkti jų kontaktams. Joms tolstant viena nuo kitos, veleno poliai taip pat daro, prailgindami kamerą.

Pasibaigus šiam etapui, chromosomų grupės yra išdėstytos priešinguose mitozinio verpstės galuose, paliekant kiekvieną ląstelės galą su pilnu ir lygiaverčiu chromosomų rinkiniu.

Telofazė

Telofazė. Leomonaci98

Telofazė yra paskutinis branduolio dalijimosi etapas. Kinetochoros mikrotubulėliai suyra, o poliniai mikrotubulėliai toliau pailgėja.

Branduolinė membrana pradeda formuotis aplink kiekvieną chromosomų rinkinį, naudodama progenitorinės ląstelės branduolinius apvalkalus, kurie buvo kaip pūslelės citoplazmoje.

Šiame etape chromosomos, esančios ląstelių poliuose, yra visiškai dekondensuotos dėl histono molekulių defosforilinimo (H1). Branduolinės membranos elementų formavimąsi nukreipia keli mechanizmai.

Anafazės metu daugelis fosforilintų baltymų profazėje pradėjo defosforilintis. Tai leidžia teofazės pradžioje branduolines pūsleles pradėti surinkti, asocijuojasi su chromosomų paviršiumi.

Kita vertus, branduolinės poros yra iš naujo surenkamos, kad būtų galima pumpuoti branduolinius baltymus. Branduolio sluoksnio baltymai yra defosforilinami, leidžiant jiems vėl susieti, kad būtų baigta formuoti minėtą branduolio sluoksnį.

Galiausiai, visiškai pašalinus chromosomas, vėl pradedama RNR sintezė, vėl suformuojant branduolius ir taip užbaigiant naujų dukterinių ląstelių tarpfazių branduolių formavimąsi.

Citokinezė

Citokinezė yra atskiras įvykis nuo branduolinio dalijimosi ir paprastai tipiškose ląstelėse citoplazminis dalijimosi procesas lydi kiekvieną mitozę, pradedant anafazėje. Keletas tyrimų parodė, kad kai kuriuose embrionuose prieš citoplazminį dalijimąsi vyksta daugybinis branduolio dalijimasis.

Procesas prasideda nuo to, kad atsiranda griovelis ar plyšys, pažymėtas metafazės plokštelės plokštumoje, užtikrinant, kad pasiskirstymas įvyktų tarp chromosomų grupių. Plyšio vietą nurodo mitozinis verpstė, asters mikrotubuliai.

Pažymėtame plyšyje rasta daugybė mikrofilamentų, formuojančių žiedą, nukreiptą į ląstelės membranos citoplazminę pusę, kurią daugiausia sudaro aktinas ir miozinas. Šie baltymai sąveikauja tarpusavyje, leisdami žiedui susitraukti aplink griovelį.

Šis susitraukimas susidaro slenkant šių baltymų siūlams, sąveikaujant tarpusavyje, taip pat, kaip jie daromi, pavyzdžiui, raumenų audiniuose.

Anatomijos susitraukimas gilėja, sukurdamas „užspaudimo“ efektą, kuris pagaliau padalija progenitorinę ląstelę, leisdamas atskirti dukterines ląsteles su jų besivystančiu citoplazminiu turiniu.

Citokinezė augalų ląstelėse

Augalo ląstelės turi ląstelės sienelę, todėl jų citoplazminis dalijimosi procesas skiriasi nuo anksčiau aprašyto ir prasideda teofaze.

Naujos ląstelės sienelės formavimasis prasideda, kai surenkami likusio suklio mikrotubulai, sudarantys fragmoplastą. Ši cilindrinė struktūra yra sudaryta iš dviejų mikrotubulų, sujungtų jų galuose, kurių teigiami poliai yra įterpti į elektroninę plokštelę pusiaujo plokštumoje, rinkinių.

Mažos pūslelės iš „Golgi“ aparato, supakuotos su ląstelių sienelės pirmtakais, per fragmoplastų mikrotubules keliauja į pusiaujo sritį, sujungdamos į ląstelės plokštelę. Pūslelių turinys išsiskiria į šią plokštelę augant.

Šis apnašas auga, susiliedamas su plazmos membrana išilgai ląstelės perimetro. Tai įvyksta dėl nuolatinio fragmoplastų mikrotubulų pertvarkymo plokštelės periferijoje, leidžiant daugiau pūslelių judėti šios plokštumos link ir ištuštinti jų turinį.

Tokiu būdu įvyksta dukterinių ląstelių citoplazminis atsiskyrimas. Galiausiai ląstelės plokštelės turinys kartu su joje esančiais celiuliozės mikropluoštais leidžia baigti formuoti naują ląstelės sienelę.

funkcijos

Mitozė yra dalijimosi mechanizmas ląstelėse ir yra vienos iš ląstelių ciklo fazių dalis eukariotuose. Paprastu būdu galime pasakyti, kad pagrindinė šio proceso funkcija yra ląstelės atgaminimas dviejose dukterinėse ląstelėse.

Vienaląsčiams organizmams ląstelių dalijimasis reiškia naujų individų generavimą, tuo tarpu daugialąsčiams organizmams šis procesas yra viso organizmo augimo ir tinkamo veikimo dalis (ląstelių dalijimasis skatina audinių vystymąsi ir struktūrų palaikymą).

Mitozės procesas suaktyvinamas atsižvelgiant į kūno reikalavimus. Pavyzdžiui, žinduoliuose raudonieji kraujo kūneliai (eritrocitai) pradeda dalintis, sudarydami daugiau ląstelių, kai kūnui reikia geriau įsisavinti deguonį. Panašiai daugėja baltųjų kraujo kūnelių (leukocitų), kai reikia kovoti su infekcija.

Priešingai, kai kurioms specializuotoms gyvūnų ląstelėms praktiškai trūksta mitozės proceso arba jis vyksta labai lėtai. To pavyzdžiai yra nervų ląstelės ir raumenų ląstelės).

Apskritai, tai yra ląstelės, kurios yra jungiamojo ir struktūrinio kūno audinio dalis ir kurių reprodukcija yra būtina tik tada, kai ląstelė turi defektą ar pablogėja ir ją reikia pakeisti.

Ląstelių augimo ir dalijimosi reguliavimas.

Ląstelių dalijimosi ir augimo kontrolės sistema daugialąsteliniuose organizmuose yra daug sudėtingesnė nei vienaląsčiuose. Pastaruoju atveju dauginimąsi iš esmės riboja turimi ištekliai.

Gyvūnų ląstelėse dalijimasis sustabdomas, kol nėra teigiamo signalo aktyvuoti šį procesą. Šis aktyvinimas vyksta cheminių signalų iš kaimyninių ląstelių pavidalu. Tai leidžia užkirsti kelią neribotam audinių augimui ir pažeistų ląstelių dauginimuisi, o tai gali rimtai pakenkti organizmo gyvenimui.

Vienas iš mechanizmų, kontroliuojančių ląstelių dauginimąsi, yra apoptozė, kai ląstelė miršta (dėl tam tikrų baltymų, kurie suaktyvina savęs sunaikinimą), jei ji daro didelę žalą arba yra užkrėsta virusu.

Ląstelių vystymąsi taip pat reguliuoja augimo faktorių (tokių kaip baltymai) slopinimas. Taigi ląstelės išlieka prie sąsajos, nepereidamos į ląstelių ciklo M fazę.

Organizmai, kurie tai vykdo

Mitozės procesas vyksta daugumoje eukariotų ląstelių, pradedant vienaląsčiais organizmais, tokiais kaip mielės, kurie tai naudoja kaip aseksualinio dauginimosi procesą, ir baigiant sudėtiniais daugialąsteliais organizmais, tokiais kaip augalai ir gyvūnai.

Nors apskritai ląstelių ciklas yra vienodas visoms eukariotinėms ląstelėms, tarp vienaląsčių ir daugialąsčių organizmų yra ryškių skirtumų. Ankstesnėje ląstelių augimą ir dalijimąsi skatina natūrali atranka. Daugialąsteliniuose organizmuose dauginimąsi riboja griežtos kontrolės priemonės.

Vienaląsčių organizmų dauginimasis vyksta pagreitintai, nes ląstelių ciklas veikia nuolat, o dukterinės ląstelės greitai pradeda mitozę, kad galėtų tęsti šį ciklą. Daugialąsčių organizmų ląstelių augimas ir dalijimasis trunka žymiai ilgiau.

Taip pat yra tam tikrų skirtumų tarp augalų ir gyvūnų ląstelių mitozinių procesų, nes kai kuriuose šio proceso etapuose iš esmės mechanizmas veikia panašiai kaip šie organizmai.

Ląstelių dalijimasis prokariotų ląstelėse

Prokariotų ląstelė

Prokariotinės ląstelės paprastai auga ir dalijasi greičiau nei eukariotinės ląstelės.

Organizmams, turintiems prokariotinių ląstelių (paprastai vienaląsčių arba kai kuriais atvejais daugialąsčių), trūksta branduolinės membranos, kuri išskiria genetinę medžiagą branduolyje, todėl ji yra pasklidusi ląstelėje, srityje, vadinamoje nukleoidu. Šios ląstelės turi apskritą pagrindinę chromosomą.

Taigi ląstelių dalijimasis šiuose organizmuose yra daug tiesioginis nei eukariotinėse ląstelėse, nes trūksta aprašyto mechanizmo (mitozė). Juose reprodukcija vykdoma procesu, vadinamu dvejetainiu dalijimusi, kai DNR replikacija prasideda tam tikroje žiedinės chromosomos vietoje (replikacijos pradžia arba OriC).

Tada susidaro dvi ištakos, kurios migruoja į priešingas ląstelės puses, kai vyksta replikacija, ir ląstelė ištempiama dvigubai didesne dydžiu. Pasibaigus replikacijai, ląstelės membrana išauga į citoplazmą, padalijant progenitorinę ląstelę į dvi dukras su ta pačia genetine medžiaga.

Mitozės raida

Dėl eukariotų ląstelių evoliucijos padidėjo genomo sudėtingumas. Tam reikėjo sukurti sudėtingesnius padalijimo mechanizmus.

Kas vyko prieš mitozę?

Yra hipotezių, teigiančių, kad bakterijų dalijimasis yra pirmtakas mitozės mechanizmas. Buvo rastas tam tikras ryšys tarp baltymų, susijusių su dvejetainiu dalijimusi (kurie gali būti tie, kurie inkrustuoja chromosomas į tam tikras vietas dukrų plazmos membranoje) su tubulinu ir aktinu eukariotų ląstelėse.

Kai kurie tyrimai nurodo tam tikrus šiuolaikinių vienaląsčių protistų padalijimo ypatumus. Juose branduolio membrana mitozės metu lieka nepažeista. Atkartotos chromosomos lieka pritvirtintos prie tam tikrų šios membranos vietų, atsiskiriančios, kai branduolys pradeda ištempti ląstelių dalijimosi metu.

Tai rodo tam tikrą sutapimą su dvejetainio dalijimosi procesu, kai pakartotos chromosomos prisijungia prie tam tikrų ląstelės membranos vietų. Tuomet hipotezė rodo, kad protistai, kurie pasižymi tokia kokybe ląstelių dalijimosi metu, galėjo išlaikyti šią protėvių prokariotinių ląstelių savybę.

Šiuo metu dar nėra paaiškinta, kodėl daugialąsčių organizmų eukariotų ląstelėse ląstelių dalijimosi metu branduolinė membrana turi suirti.

Nuorodos

1. Albarracín, A., ir Telulón, AA (1993). Ląstelių teorija XIX a. AKAL leidiniai.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Ląstelės molekulinė biologija. „Garland Science“, „Taylor“ ir „Francis“ grupės atstovai.
3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Biologijos 7 ^-asis leidimas, AP.
4. Griffiths, AJ, Lewontin, RC, Miller, JH ir Suzuki, DT (1992). Įvadas į genetinę analizę. „McGraw-Hill Interamericana“.
5. Karp, G. (2009). Ląstelių ir molekulių biologija: sąvokos ir eksperimentai. Johnas Wiley ir sūnūs.
6. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, ir Matsudaira, P. (2008). Molekulinių ląstelių biologija. Macmillanas.
7. „Segura-Valdez“, MDL, Cruz-Gómez, SDJ, López-Cruz, R., Zavala, G., & Jiménez-García, LF (2008). Mitozės vizualizacija atominės jėgos mikroskopu. PATARIMAS. Žurnalas, specializuotas chemijos-biologijos moksluose, 11 (2), 87–90.