Faze mitova i njihove karakteristike, funkcije i organizmi



mitoza to je proces stanične diobe, gdje stanica proizvodi genetski identične stanice kćeri; za svaku stanicu nastaju dvije "kćeri" s istim nabojem kromosoma. Ta se podjela odvija u somatskim stanicama eukariotskih organizama.

Ovaj proces je jedan od stadija staničnog ciklusa eukariotskih organizama, koji se sastoji od 4 faze: S (sinteza DNA), M (dioba stanica), G1 i G2 (međufaze u kojima se proizvode mRNA i proteini). , Faze G1, G2 i S zajedno se smatraju sučeljem. Nuklearna i citoplazmatska podjela (mitoza i citokineza) čine posljednju fazu staničnog ciklusa.

Na molekularnoj razini, mitoza se inicira aktivacijom kinaze (proteina) nazvane MPF (faktor poticanja sazrijevanja) i posljedične fosforilacije značajnog broja proteinskih komponenti stanice. Potonji omogućuje stanici da predstavi morfološke promjene potrebne za provođenje procesa podjele.

Mitoza je aseksualni proces, jer progenitorska stanica i njezine kćeri imaju potpuno istu genetsku informaciju. Ove su stanice poznate kao diploidi jer nose cjelokupni kromosomski naboj (2n).

Mejoza je, s druge strane, proces stanične diobe koji potiče spolnu reprodukciju. U tom procesu, diploidne matične stanice repliciraju svoje kromosome, a zatim se dva puta podijele (bez replikacije genetske informacije). Konačno, generiraju se 4 stanice kćeri sa samo pola naboja kromosoma, koji se nazivaju haploid (n).

indeks

  • 1 Opće značajke mitoze
  • 2 Koja je važnost ovog procesa?
  • 3 Faze i njihova obilježja
    • 3.1 Profesija
    • 3.2 Prometafaza
    • 3.3 Metafaza
    • 3.4 Anafaza
    • 3.5 Telofaza
    • 3.6 Citokineza
    • 3.7 Citokineza u biljnim stanicama
  • 4 Funkcije
  • 5 Regulacija rasta i podjele stanica.
  • 6 Organizacije koje ga izvode
  • 7 Podjela stanica u prokariotskim stanicama
  • 8 Razvoj mitoze
    • 8.1 Što je prethodilo mitozi?
  • 9 Reference

Opće značajke mitoze

Mitoza u jednoćelijskim organizmima obično proizvodi stanice kćeri koje su vrlo slične njihovim progenitorima. Nasuprot tome, tijekom razvoja višestaničnih bića, ovaj proces može poticati dvije stanice s različitim karakteristikama (usprkos tome što su genetski identične).

Ta diferencijacija stanica potiče različite tipove stanica koje čine višestanične organizme.

Tijekom života organizma, stanični se ciklus odvija neprekidno, stalno stvarajući nove stanice koje, zauzvrat, rastu i pripremaju se za dijeljenje kroz mitozu.

Rast i dioba stanica regulirani su mehanizmima, kao što je apoptoza (programirana smrt stanice), koja omogućuje održavanje ravnoteže, sprečavajući višak rasta tkiva. Na taj se način osigurava da se defektne stanice zamijene novim stanicama, u skladu sa zahtjevima i potrebama organizma.

Koja je važnost ovog procesa?

Sposobnost razmnožavanja jedna je od najvažnijih osobina svih organizama (od jednoćelijskih do višestaničnih) i stanica koje ga sastavljaju. Ta kvaliteta vam omogućuje da osigurate kontinuitet vaše genetske informacije.

Razumijevanje procesa mitoze i mejoze imalo je temeljnu ulogu u razumijevanju intrigantnih staničnih svojstava organizama. Na primjer, svojstvo držanja broja kromosoma konstantnim iz jedne stanice u drugu unutar pojedinca, te između pojedinaca iste vrste.

Kada trpimo neku vrstu rezanja ili rane u našoj koži, uočavamo kako se za nekoliko dana oštećena koža oporavi. To se događa zahvaljujući procesu mitoze.

Faze i njihove karakteristike

Općenito, mitoza prati isti slijed procesa (faza) u svim eukariotskim stanicama. U tim fazama u stanici se pojavljuju mnoge morfološke promjene. Među njima je kondenzacija kromosoma, ruptura nuklearne membrane, odvajanje stanice od izvanstaničnog matriksa i drugih stanica, te podjela citoplazme..

U nekim slučajevima, nuklearna dioba i citoplazmatska podjela smatraju se različitim fazama (mitoza i citokineza, respektivno)..

Radi boljeg proučavanja i razumijevanja procesa, određeno je šest (6) faza: profaza, prometapaza, metafaza, anafaza i telofaza, a citokineza se smatra šestom fazom, koja se počinje razvijati tijekom anafaze..

Ove faze su proučavane od devetnaestog stoljeća kroz svjetlosni mikroskop, tako da su danas lako prepoznatljive prema morfološkim karakteristikama stanice, kao što je kondenzacija kromosoma, te stvaranje mitotskog vretena.

profaza

Profaza je prva vidljiva manifestacija stanične diobe. U ovoj fazi možete vidjeti izgled kromosoma kao prepoznatljive oblike, zahvaljujući progresivnom zbijanju kromatina. Ova kondenzacija kromosoma počinje s fosforilacijom histonskih H1 molekula MPF kinazom.

Proces kondenzacije sastoji se od kontrakcije i stoga smanjenja veličine kromosoma. To se događa zbog namatanja vlakana kromatina, stvarajući lakše zamjenjive strukture (mitotski kromosomi).

Kromosomi koji su se prethodno duplicirali tijekom perioda S staničnog ciklusa, stekli su izgled dvostrukog filamenta, nazvani sestrinskim kromatidama, a spomenuta se vlakna drže zajedno kroz područje koje se naziva centromer. I u ovoj fazi nukleoli nestaju.

Stvaranje mitotskog vretena

Tijekom profaze formira se mitotičko vreteno koje se sastoji od mikrotubula i proteina koji čine skup vlakana..

Kako se vreteno formira, mikrotubule citoskeleta se rastavljaju (deaktiviranjem proteina koji održavaju njihovu strukturu), osiguravajući potreban materijal za formiranje spomenutog mitotičkog vretena.

Centrosom (organele bez membrane, funkcionalan u staničnom ciklusu), dupliciran na međupovršini, djeluje kao montažna jedinica mikrotubula vretena. U stanicama životinja, centrosome ima par centriola u sredini; ali oni su odsutni u većini biljnih stanica.

Duplicirani centrosomi počinju se odvajati jedan od drugog dok se mikrotubule vretena spajaju u svakoj od njih, počinjući migrirati prema suprotnim krajevima ćelije..

Na kraju profaze počinje ruptura nuklearne ovojnice koja se javlja u odvojenim procesima: rastavljanje nuklearnog pora, nuklearne lamine i nuklearne membrane. Ovaj prekid omogućuje mitotičnom vretenu i kromosomima da započnu interakciju.

prometafaza

U ovoj fazi, nuklearna ovojnica je potpuno rascjepkana, tako da mikrotubule vretena upadaju u ovo područje, u interakciji s kromosomima. Dva centrosoma su se odvojila, svaki smješten na polovima mitotskog vretena, na suprotnim krajevima stanica.

Sada mitotičko vreteno sadrži mikrotubule (koje se protežu od svakog centrosoma do središta stanice), centrosome i par astera (strukture s radijalnom raspodjelom kratkih mikrotubula, koje se razvijaju iz svakog centrosoma)..

Svaka je kromatida razvijena, specijalizirana proteinska struktura, nazvana kinetokora, smještena u centromeri. Ove kinetohore nalaze se u suprotnim smjerovima, a neke mikrotubule, nazvane kinetokore mikrotubule, prianjaju na njih..

Ove mikrotubule vezane za kinetohorom počinju se pomicati u kromosom od kojeg se protežu; neki s jednog pola i drugi s suprotnog pola. To stvara efekt "povlačenja i skupljanja" koji, kada se stabilizira, omogućuje da kromosom završi između krajeva ćelije.

metafaza

U metafazi, centrosomi se nalaze na suprotnim krajevima stanica. Vreteno ima jasnu strukturu, u čijem se središtu nalaze kromosomi. Centromeri spomenutih kromosoma fiksirani su na vlakna i poravnati u imaginarnoj ravnini koja se zove metafazna ploča.

Kinetokore kromatida su još uvijek vezane za kinetokore mikrotubule. Mikrotubule koje ne prianjaju na kinetohore i protežu se od suprotnih polova vretena, sada međusobno djeluju. U ovom trenutku mikrotubule iz astera su u kontaktu s plazmatskom membranom.

Taj rast i međudjelovanje mikrotubula dovršava strukturu mitotskog vretena i daje mu "ptičji kavez"..

Morfološki, ova faza je ona koja se čini manje promjenama, pa se smatrala fazom mirovanja. Međutim, iako nisu lako uočljivi, u njemu se događaju mnogi važni procesi, kao i najduža faza mitoze..

Anafaza

Tijekom anafaze, svaki par kromatida počinje se odvajati (inaktivirajući proteine ​​koji ih drže zajedno). Odvojeni kromosomi se pomiču na suprotne krajeve stanice.

Ovaj migracijski pokret je posljedica skraćivanja kinetochore mikrotubula, generirajući "pull" efekt koji uzrokuje da se svaki kromosom pomiče iz centromera. Ovisno o položaju centromera na kromosomu, može biti u posebnom obliku kao V ili J tijekom njegovog pomaka..

Mikrotubuli nisu vezani za kinetokore, rastu i produljuju se adhezijom tubulina (proteina) i djelovanjem motornih proteina koji se kreću na njima, dopuštajući kontakt između njih da se zaustavi. Kad se odmaknu jedan od drugoga, polovi vretena također to čine, produžujući ćeliju.

Na kraju ove faze, skupine kromosoma nalaze se na suprotnim krajevima mitotskog vretena, tako da svaki kraj stanice ostaje s kompletnim i ekvivalentnim setom kromosoma..

telofase

Telofaza je posljednja faza nuklearne podjele. Kinetokore mikrotubule se raspadaju, dok se polarne mikrotubule dalje produžuju.

Nuklearna membrana počinje se formirati oko svakog seta kromosoma, koristeći nuklearne omotače progenitorne stanice, koje su bile poput vezikula u citoplazmi..

U ovoj fazi, kromosomi koji se nalaze u staničnim polovima potpuno su dekondenzirani zbog defosforilacije molekula histona (H1). Formiranje elemenata nuklearne membrane provodi se pomoću nekoliko mehanizama.

Tijekom anafaze, mnogi od fosforiliranih proteina u profazi su defosforilirani. To omogućuje da se na početku telofaze nuklearni vezikli počnu ponovno skupljati, povezujući se s površinom kromosoma.

S druge strane, nuklearni pora se ponovno sastavlja omogućujući pumpanje nuklearnih proteina. Proteini nuklearne lamine se defosforiliraju, dopuštajući im da se ponovno povežu, da bi se dovršilo formiranje spomenute nuklearne lamine..

Konačno, nakon što su kromosomi potpuno dekondenzirani, sinteza RNA se ponovno pokreće, formirajući jezgre opet i dovršavajući stvaranje novih međufaznih jezgri stanica kćeri..

Citokineza

Citokineza se uzima kao događaj odvojen od nuklearnog dijela, i obično u tipičnim stanicama, proces citoplazmatske podjele prati svaku mitozu, počevši od anafaze. Nekoliko je studija pokazalo da se kod nekih embrija višestruke nuklearne podjele javljaju prije citoplazmatske diobe.

Postupak započinje pojavom utora ili žlijeba koji je označen u ravnini metafazne ploče, čime se osigurava da dođe do razdvajanja između skupina kromosoma. Na mjestu rascjepa je specifično mitotsko vreteno, mikrotubule astera.

U označenom prorezu nalazi se niz mikrofilamenata koji tvore prsten usmjeren prema citoplazmatskoj strani stanične membrane, sastavljen uglavnom od aktina i miozina. Ovi proteini međusobno djeluju dopuštajući kontrakciju prstena oko utora.

Ova kontrakcija nastaje klizanjem vlakana ovih proteina, kada se međusobno komuniciraju, na isti način kao što to rade na primjer u mišićnom tkivu.

Kontrakcija prstena se produbljuje djelovanjem "steznog" efekta koji konačno dijeli progenitornu stanicu, dopuštajući odvajanje stanica kćeri, s njihovim razvojem citoplazmatskog sadržaja..

Citokineza u biljnim stanicama

Biljne stanice imaju staničnu stijenku, tako da je njihov proces podjele citoplazme različit od prethodno opisanog i počinje u telofazi.

Formiranje nove stanične stijenke počinje kada se mikrotubule ostatnog vretena sklope, tvoreći fragmoplast. Ova cilindrična struktura je formirana od dva seta mikrotubula koji su spojeni na svojim krajevima, a čiji su pozitivni polovi ugrađeni u elektronsku ploču u ekvatorijalnoj ravnini..

Male vezikule iz Golgijevog aparata, prepune prekursora stanične stijenke, kreću se kroz mikrotubule fragmoplasta u ekvatorijalnu regiju, kombinirajući tako da tvore ploču stanica. Sadržaj mjehurića se odvaja u ovoj ploči kako raste.

Spomenuta ploča raste, stapa se s plazmatskom membranom duž perimetra stanice. To se događa zbog stalnog preraspodjele mikrotubula fragmoplasta na periferiji ploče, omogućujući da se više mjehurića pomakne prema ovoj ravnini i isprazne njihov sadržaj.

Na taj način dolazi do citoplazmatskog razdvajanja stanica kćeri. Konačno, sadržaj ćelijske ploče zajedno s celuloznim mikrovlaknima unutar nje, dopušta završetak formiranja nove stanične stijenke.

funkcije

Mitoza je mehanizam podjele u stanicama i dio je jedne od faza staničnog ciklusa kod eukariota. Na jednostavan način možemo reći da je glavna funkcija ovog procesa reprodukcija stanice u dvije stanice kćeri.

Za jednostanične organizme, dioba stanica znači stvaranje novih pojedinaca, dok je za višestanične organizme taj proces dio rasta i pravilnog funkcioniranja cijelog organizma (dioba stanica stvara razvoj tkiva i održavanje struktura).

Proces mitoze aktivira se prema zahtjevima organizma. Kod sisavaca, na primjer, crvene krvne stanice (eritrociti) počinju se dijeliti formirajući više stanica, kada tijelo treba bolji unos kisika. Isto tako, bijele krvne stanice (leukociti) se razmnožavaju kada je potrebno boriti se s infekcijom.

Nasuprot tome, neke specijalizirane životinjske stanice, praktički nedostaje proces mitoze ili je vrlo spor. Primjer za to su živčane stanice i mišićne stanice).

Općenito, to su stanice koje su dio vezivnog i strukturnog tkiva organizma i čija je reprodukcija potrebna samo ako neka stanica ima neki nedostatak ili propadanje i treba ih zamijeniti..

Regulacija rasta i podjele stanica.

Kontrolni sustav rasta i diobe stanica mnogo je složeniji u višestaničnim organizmima nego u jednostaničnim organizmima. U potonjem, reprodukcija je u osnovi ograničena dostupnosti resursa.

U životinjskim stanicama podjela se zaustavlja sve dok ne postoji pozitivan signal koji aktivira taj proces. Ova aktivacija dolazi u obliku kemijskih signala iz susjednih stanica. To omogućuje da se spriječi neograničeni rast tkiva i reprodukcija neispravnih stanica, što može ozbiljno oštetiti život organizma..

Jedan od mehanizama koji kontrolira umnožavanje stanica je apoptoza, gdje stanica umire (zbog proizvodnje određenih bjelančevina koje aktiviraju samouništenje) ako predstavlja znatnu štetu ili je zaražena virusom.

Tu je i regulacija razvoja stanica putem inhibicije faktora rasta (kao što su proteini). Tako stanice ostaju u međupovršini, bez prelaska na M fazu staničnog ciklusa.

Organizmi koji ga izvode

Proces mitoze provodi se u velikoj većini eukariotskih stanica, od jednostaničnih organizama kao što je kvasac, koji ga koriste kao aseksualni proces reprodukcije, do složenih višestaničnih organizama kao što su biljke i životinje.

Iako je općenito, stanični ciklus isti za sve eukariotske stanice, postoje značajne razlike između jednostaničnih i višestaničnih organizama. U prvom, rast i podjela stanica preferira prirodna selekcija. U višestaničnim organizmima proliferacija je ograničena strogim kontrolnim mehanizmima.

U jednoćelijskim organizmima reprodukcija se odvija ubrzano, budući da stanični ciklus stalno radi, a stanice kćeri brzo kreću prema mitozi da bi nastavile s tim ciklusom. Dok se stanicama višestaničnih organizama treba znatno dulje rasti i dijeliti.

Također postoje neke razlike između mitotičkih procesa biljnih i životinjskih stanica, kao iu nekim fazama ovog procesa, međutim, u principu, mehanizam djeluje na sličan način u tim organizmima..

Stanična podjela u prokariotskim stanicama

Općenito, prokariotske stanice rastu i dijele se brže od eukariotskih stanica.

Organizmima s prokariotskim stanicama (obično jednoćelijskim ili u nekim slučajevima višestaničnim) nedostaje nuklearna membrana koja izolira genetski materijal unutar jezgre, pa se raspršuje u ćeliji, u području koje se zove nukleod. Ove stanice imaju kružni glavni kromosom.

Podjela stanica u tim organizmima je tada mnogo izravnija nego u eukariotskim stanicama, a nedostaje opisani mehanizam (mitoza). U njima se reprodukcija provodi procesom koji se zove binarna fisija, gdje replikacija DNA počinje na specifičnom mjestu kružnog kromosoma (podrijetlo replikacije ili OriC)..

Tada nastaju dva podrijetla koja migriraju na suprotne strane stanice kako se javlja replikacija, a stanica se proteže do dvostruke veličine. Na kraju replikacije, stanična membrana raste u citoplazmu, dijeleći matičnu stanicu u dvije kćeri s istim genetskim materijalom.

Evolucija mitoze

Razvoj eukariotskih stanica doveo je do povećanja kompleksnosti u genomu. To je uključivalo razvoj složenijih mehanizama podjele.

Što je prethodilo mitozi?

Postoje hipoteze koje govore da je bakterijska podjela prethodnica mehanizma mitoze. Nađena je veza između proteina povezanih s binarnom fisijom (koji mogu biti oni koji usidre kromosome na specifična mjesta kćerine plazma membrane) s tubulinom i aktinom eukariotskih stanica.

Neke studije ukazuju na određene osobitosti u podjeli modernih jednoćelijskih protista. U njima nuklearna membrana ostaje netaknuta tijekom mitoze. Replicirani kromosomi ostaju usidreni na određenim mjestima ove membrane, odvajajući se kada se jezgra počinje rastezati tijekom stanične diobe.

To pokazuje određenu podudarnost s procesom binarne fisije, gdje se replicirani kromosomi pridaju određenim mjestima na staničnoj membrani. Hipoteza tada navodi da bi protisti koji predstavljaju tu kvalitetu tijekom svoje stanične diobe mogli zadržati tu karakteristiku predaka stanice prokariotskog tipa.

Trenutno još nisu razvijena objašnjenja zašto je u eukariotskim stanicama višestaničnih organizama nužno da se nuklearna membrana raspada tijekom procesa stanične diobe.

reference

  1. Albarracín, A., & Telulón, A.A. (1993). Teorija stanica u devetnaestom stoljeću. AKAL izdanja.
  2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Molekularna biologija stanice. Garland Science, Taylor i Francis Group.
  3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Biologija 7th izdanje, AP.
  4. Griffiths, A. J., Lewontin, R.C., Miller, J.H., & Suzuki, D.T. (1992). Uvod u genetsku analizu. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Karp, G. (2009). Stanična i molekularna biologija: pojmovi i eksperimenti. John Wiley & Sons.
  6. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., & Matsudaira, P. (2008). Molekularna biologija stanica. Macmillan.
  7. Segura-Valdez, M.D. L., Cruz-Gómez, S.D.J., López-Cruz, R., Zavala, G., & Jiménez-García, L.F. (2008). Vizualizacija mitoze mikroskopom atomske sile. SAVJET. Magazin specijaliziran za kemijsko-biološke znanosti, 11 (2), 87-90.