Mitozes fāzes un to īpašības, funkcijas un organismi



The mitoze tas ir šūnu dalīšanas process, kur šūna ražo ģenētiski identiskas meitas šūnas; katrai šūnai rodas divas "meitas" ar tādu pašu hromosomu. Šis sadalījums notiek eukariotisko organismu somatiskajās šūnās.

Šis process ir viens no eukariotisko organismu šūnu cikla posmiem, kas sastāv no 4 fāzēm: S (DNS sintēze), M (šūnu dalīšanās), G1 un G2 (starpposma fāzes, kurās rodas mRNS un proteīni). . Kopā G1, G2 un S fāzes tiek uzskatītas par interfeisu. Kodolenerģijas un citoplazmas sadalījums (mitoze un citokinēze) veido šūnu cikla pēdējo posmu.

Molekulārā līmenī mitozi ierosina, aktivizējot kināzi (proteīnu), ko sauc par MPF (nogatavošanās veicinošais faktors), un no tā izrietošo ievērojama daudzuma šūnu proteīnu komponentu fosforilāciju. Pēdējais ļauj šūnai uzrādīt morfoloģiskās izmaiņas, kas nepieciešamas sadalīšanas procesa veikšanai.

Mitoze ir asekss process, jo cilmes šūnai un meitām ir tāda pati ģenētiskā informācija. Šīs šūnas ir pazīstamas kā diploīdi, jo tām ir pilna hromosomu lādiņa (2n)..

No otras puses, Meiosis ir šūnu dalīšanās process, kas rada seksuālu reprodukciju. Šajā procesā diploīdās cilmes šūnas atkārto tās hromosomas un pēc tam divas reizes pēc kārtas sadala (neatkārtojot tās ģenētisko informāciju). Visbeidzot, tiek izveidotas 4 meitas šūnas ar tikai pusi hromosomu lādiņa, ko sauc par haploīdu (n)..

Indekss

  • 1 Mitozes vispārīgums
  • 2 Kāda ir šī procesa nozīme?
  • 3 Fāzes un to raksturojums
    • 3.1
    • 3.2 Prometafāze
    • 3.3 Metafāze
    • 3.4 Anafāze
    • 3.5 Telofāze
    • 3.6. Citokinēze
    • 3.7 Citokinēze augu šūnās
  • 4 Funkcijas
  • 5 Šūnu augšanas un sadalīšanās regulēšana.
  • 6 Organizācijas, kas to veic
  • 7 Šūnu dalīšanās prokariotu šūnās
  • 8 Mitozes evolūcija
    • 8.1. Kas bija pirms mitozes?
  • 9 Atsauces

Mitozes vispārīgums

Mitoze vienšūnos organismos parasti ražo meitenes šūnas, kas ir ļoti līdzīgas savām progenitorijām. Turpretī daudzšūnu būtņu attīstības laikā šis process var būt divu šūnu izcelsme ar dažām atšķirīgām īpašībām (neskatoties uz ģenētiski identiskiem)..

Šī šūnu diferenciācija rada dažādus šūnu veidus, kas veido daudzšūnu organismus.

Organisma dzīves laikā šūnu cikls notiek nepārtraukti, pastāvīgi veidojot jaunas šūnas, kas, savukārt, aug un gatavojas sadalīties mitozē.

Augšanas un šūnu dalīšanos regulē mehānismi, piemēram, apoptoze (ieprogrammēta šūnu nāve), kas ļauj saglabāt līdzsvaru, novēršot audu pārmērīgu augšanu. Šādā veidā tiek nodrošināts, ka bojātās šūnas tiek aizstātas ar jaunām šūnām atbilstoši organisma prasībām un vajadzībām.

Kāds ir šī procesa nozīmīgums?

Spēja reproducēt ir viens no visu organismu (no vienšūnu līdz daudzšūnu) un to veidojošo šūnu svarīgākajām īpašībām. Šī kvalitāte ļauj nodrošināt jūsu ģenētiskās informācijas nepārtrauktību.

Mitozes un meiozes procesu izpratnei ir bijusi būtiska nozīme, lai izprastu organismu intriģējošās šūnu īpašības. Piemēram, īpašība saglabāt hromosomu skaitu nemainīgu no vienas šūnas uz citu indivīda un vienas un tās pašas sugas indivīdu vidū.

Ja mūsu ādā bojājamies kāda veida griezumi vai brūces, mēs novērojam, kā dažu dienu laikā bojātā āda atgūstas. Tas notiek pateicoties mitozes procesam.

Fāzes un to raksturojums

Kopumā mitoze seko tam pašam procesu (fāžu) secībai visās eukariotu šūnās. Šajās fāzēs šūnā notiek daudzas morfoloģiskas izmaiņas. Starp tiem bija hromosomu kondensācija, kodolmasas plīsums, šūnas atdalīšana no ekstracelulārās matricas un citām šūnām, kā arī citoplazmas dalīšanās..

Dažos gadījumos kodolieroču sadalījums un citoplazmas sadalījums tiek uzskatīti par atsevišķām fāzēm (attiecīgi mitozi un citokināzi)..

Lai labāk izpētītu un saprastu procesu, ir izraudzītas sešas (6) fāzes, proti, prophase, prometafāze, metafāze, anafāze un telofāze, citokineses tiek uzskatītas par sesto fāzi, kas sāk attīstīties anafāzes laikā..

Šīs fāzes ir pētītas kopš deviņpadsmitā gadsimta caur gaismas mikroskopu, lai šodien tās būtu viegli atpazīstamas atbilstoši šūnas morfoloģiskajām īpašībām, piemēram, hromosomu kondensācijai un mitotiskā vārpstas veidošanai..

Profase

Prophase ir pirmā redzamā izpausme šūnu dalīšanā. Šajā fāzē var redzēt hromosomu parādīšanos kā atšķirtām formām, pateicoties pakāpeniskai hromatīna saspiešanai. Šī hromosomu kondensācija sākas ar histonu H1 molekulu fosforilēšanu ar MPF kināzi.

Kondensācijas process sastāv no hromosomu kontrakcijas un līdz ar to samazināšanas. Tas notiek hromatīna šķiedru tinuma dēļ, radot vieglāk pārvietojamas struktūras (mitotiskas hromosomas)..

Šūnu cikla S perioda laikā iepriekš dubultojamās hromosomas iegūst divkāršu pavedienu izskatu, ko sauc par māsas hromatīdiem, un šie pavedieni tiek turēti kopā ar reģionu, ko sauc par centromēru. Šajā fāzē pazūd arī kodoli.

Mitotiskā vārpstas veidošanās

Propāzes laikā veidojas mitotiskā vārpsta, kas sastāv no mikrotubulām un proteīniem, kas veido šķiedru komplektu..

Veidojot vārpstu, tiek izjaukti citoskeleta mikrotubulas (deaktivizējot proteīnus, kas saglabā to struktūru), nodrošinot nepieciešamo materiālu minētā mitotiskā vārpstas veidošanai..

Centrosoms (organells bez membrānas, funkcionāls šūnu ciklā), kas pārklāts ar saskarni, darbojas kā vārpstas mikrotubulu montāžas vienība. Dzīvnieku šūnās centrosomam ir centriolu pāris centrā; bet vairumā augu šūnu tās nav.

Dublētie centrosomi sāk atdalīties viens no otra, kamēr vārpstas mikrotubulas tiek sakārtotas katrā no tām, sākoties migrēt uz šūnas pretējiem galiem.

Propāzes fāzes beigās sākas kodolapvalka pārrāvums, kas notiek atsevišķos procesos: kodolpūpu, kodolmateriālu plēves un kodolmateriālu membrānu demontāža. Šis pārtraukums ļauj mitotisko vārpstu un hromosomas sākt mijiedarboties.

Prometafāze

Šajā posmā kodolmateriāla aploksne ir pilnīgi sadrumstalota, tāpēc vārpstas mikrotubulas iebruka šajā zonā, mijiedarbojoties ar hromosomām. Abi centrosomi ir atdalījušies, katrs atrodas pie mitotiskā vārpstas stabiem, šūnu pretējos galos.

Tagad mitotisko vārpstu veido mikrotubulas (kas stiepjas no katra centrosoma līdz šūnas centram), centrosomas un pāris astri (struktūras ar īsu mikrotubulu radiālo sadalījumu, kas izvēršas no katra centrosoma).

Kromatīdi attīstījās katrs - specializēta proteīna struktūra, ko sauc par kinetochore, kas atrodas centromērā. Šie kinetokori atrodas pretējos virzienos, un dažas mikrotubulas, ko sauc par kinetochore mikrotubuliem, ievēro..

Šīs mikrotubulas, kas piestiprinātas kinetochore, sāk pāriet uz hromosomu, no kura tās beidzas; daži no viena pole un citi no pretējā pole. Tas rada "vilkšanas un saraušanās" efektu, kas stabilizējoties ļauj hromosomai nonākt starp šūnas galiem..

Metafāze

Metafāzē centrosomi atrodas šūnu pretējos galos. Vārpstai ir skaidra struktūra, kuras centrā atrodas hromosomas. Minēto hromosomu centromēri ir piestiprināti pie šķiedrām un izlīdzināti iedomātā plaknē, ko sauc par metafāzes plati.

Hromatīdu kinetokori joprojām ir pievienoti kinetochore mikrotubulām. Mikrotubulas, kas nepieskaras kinetokorām un iziet no pretējā vārpstas poliem, tagad savstarpēji mijiedarbojas. Šajā brīdī asteri mikrotubulas saskaras ar plazmas membrānu.

Šis mikrotubulu augums un mijiedarbība papildina mitotiskā vārpstas struktūru un dod to "putnu būrim"..

Morfoloģiski šī fāze ir tāda, kas šķiet mazāk mainīga, tāpēc to uzskatīja par atpūtas fāzi. Tomēr, lai gan tie nav viegli pamanāmi, tajā notiek daudzi svarīgi procesi, kā arī tas ir garākais mitozes posms..

Anafāze

Anafāzes laikā katrs hromatīdu pāris sāk atdalīties (inaktivējot proteīnus, kas tos tur kopā). Atdalītas hromosomas pārvietojas uz šūnas pretējiem galiem.

Šī migrācijas kustība ir saistīta ar kinetochore mikrotubulu saīsināšanu, radot "pull" efektu, kas izraisa katras hromosomas pārvietošanos no centromēra. Atkarībā no centromēra atrašanās vietas hromosomā, tā pārvietošanās laikā var būt noteikta forma kā V vai J..

Mikrotubulas, kas nav piestiprinātas kinetochore, aug un izstiepjas ar tubulīna (olbaltumvielu) saķeri un motoru proteīnu iedarbību, kas kustas uz tām, ļaujot tām saskarties. Kad viņi pārvietojas viens no otra, vārpstas stabi to dara, pagarinot šūnu.

Šīs fāzes beigās hromosomu grupas atrodas mitotiskā vārpstas pretējos galos, lai katrs šūnas gals paliktu ar pilnīgu un līdzvērtīgu hromosomu komplektu..

Telofāze

Telofāze ir kodolenerģijas nodaļas pēdējā fāze. Kinetochore mikrotubulas sadalās, kamēr polārie mikrotubulāri turpinās.

Kodolmateriāla membrāna sāk veidoties ap katru hromosomu kopu, izmantojot cilmes šūnas, kas bija līdzīgas vezikulām citoplazmā..

Šajā posmā hromosomas, kas atrodas šūnu stabos, pilnībā dekondensējas histona (H1) molekulu defosforilācijas dēļ. Kodolmateriāla membrānas elementu veidošanos vada vairāki mehānismi.

Anafāzes laikā daudzi fosforilētie proteīni propāzē tika defosforilēti. Tas ļauj, ka telofāzes sākumā kodoliekārtas sāk samontēties, saistoties ar hromosomu virsmu..

No otras puses, kodolmateriālu poras tiek atkal samontētas, kas ļauj sūknēt kodolproteīnus. Kodollapas olbaltumvielas ir defosforilētas, ļaujot tām atkārtoti iesaistīties, lai pabeigtu minētā kodolmateriāla lamina veidošanos..

Visbeidzot, pēc tam, kad hromosomas ir pilnīgi dekondensētas, tiek atjaunota RNS sintēze, atkal veidojot nukleīnus un beidzot veidojot meitas šūnu jaunos starpfāzes kodolus..

Citokinēze

Cytokinesis tiek uzskatīts par notikumu, kas atšķiras no kodolieroču sadalīšanas, un parasti tipiskajās šūnās citoplazmas sadalīšanās process pavada katru mitozi, sākot no anafāzes. Vairāki pētījumi ir parādījuši, ka dažos embrijos pirms citoplazmas sadalīšanas notiek vairākas kodolšķirtnes.

Process sākas ar rievas vai rievas izskatu, kas ir atzīmēta metafāzes plāksnes plaknē, nodrošinot, ka sadalījums notiek starp hromosomu grupām. Slīpuma vietu ar mitotisko vārpstu konkrēti norāda asteru mikrotubulas.

Atzīmētajā spraugā ir virkne mikrošķiedru, kas veido gredzenu, kas vērsts pret šūnu membrānas citoplazmatisko pusi, galvenokārt sastāv no aktīna un miozīna. Šie proteīni savstarpēji mijiedarbojas, ļaujot gredzenam sasaistīties ar rievu.

Šo kontrakciju izraisa šo proteīnu pavedienu slīdēšana, mijiedarbojoties savā starpā tādā pašā veidā, kā tie, piemēram, muskuļu audos..

Gredzena kontrakcija tiek padziļināta, izmantojot "saspiešanas" efektu, kas galu galā sadala cilmes šūnu, ļaujot atdalīt meitenes šūnas, attīstoties citoplazmas saturam..

Citokinēze augu šūnās

Augu šūnām ir šūnu siena, tāpēc to citoplazmas sadalīšanās process atšķiras no iepriekš aprakstītā un sākas ar telofāzi.

Jaunas šūnu sienas veidošanās sākas, kad ir saliktas atlikušā vārpstas mikrotubulas, veidojot fragmoplastu. Šo cilindrisko struktūru veido divi mikrotubulu komplekti, kas ir savienoti to galos un kuru pozitīvie stabi ir iestrādāti elektroniskajā plāksnē ekvatoriālajā plaknē..

Mazas vezikulas no Golgi aparāta, piepildītas ar šūnu sienas prekursoriem, pārvietojas caur fragmoplasta mikrotubulām līdz ekvatoriālajam reģionam, apvienojot šūnu plāksni. Ūdensiņu saturs šajā plāksnē tiek sadalīts tā augšanas laikā.

Minētā plāksne aug, sapludinot ar plazmas membrānu pa šūnu perimetru. Tas notiek, jo pastāvīgi pārkārto fragmoplasta mikrotubulas plāksnes perifērijā, ļaujot vairākiem vezikuliem virzīties uz šo plakni un iztukšot to saturu.

Tādā veidā notiek citoplazmas atdalīšana no meitas šūnām. Visbeidzot, šūnu plāksnes saturs kopā ar tā iekšpusē esošajiem mikros šķiedriem ļauj pabeigt jaunās šūnu sienas veidošanos.

Funkcijas

Mitoze ir sadalīšanās mehānisms šūnās, un tā ir viena no šūnu cikla fāzēm eukariotos. Vienkāršā veidā mēs varam teikt, ka šī procesa galvenā funkcija ir šūnas reproducēšana divās meitas šūnās.

Vienšūnu organismu gadījumā šūnu dalīšanās nozīmē jaunu cilvēku paaudzi, savukārt daudzšūnu organismiem šis process ir daļa no visa organisma augšanas un pareizas darbības (šūnu dalīšanās rada audu attīstību un struktūru uzturēšanu)..

Mitozes process tiek aktivizēts atbilstoši organisma prasībām. Piemēram, zīdītājiem sarkanās asins šūnas (eritrocīti) sāk sadalīties, veidojot vairāk šūnu, kad organismam nepieciešama labāka skābekļa uzņemšana. Tāpat baltās asins šūnas (leikocīti) pavairo, kad ir nepieciešams cīnīties ar infekciju.

Turpretī dažām specializētām dzīvnieku šūnām praktiski trūkst mitozes vai ir ļoti lēns. Tā piemērs ir nervu šūnas un muskuļu šūnas..

Kopumā tās ir šūnas, kas ir daļa no organisma saistaudiem un strukturālajiem audiem un kuru reproducēšana ir nepieciešama tikai tad, ja kādai šūnai ir zināma defekta vai bojājuma pakāpe un tā ir jāaizstāj..

Šūnu augšanas un sadalīšanās regulēšana.

Augšanas un šūnu dalīšanās kontroles sistēma ir daudz sarežģītāka daudzšūnu organismos nekā vienšūnu organismos. Pēdējā gadījumā reproducēšanu pamatā ierobežo resursu pieejamība.

Dzīvnieku šūnās sadalīšana tiek pārtraukta, līdz ir pozitīvs signāls, kas aktivizē šo procesu. Šī aktivizēšana notiek, izmantojot kaimiņu šūnu ķīmiskos signālus. Tas ļauj novērst neierobežotu audu augšanu un bojātu šūnu vairošanos, kas var nopietni kaitēt organisma dzīvībai..

Viens no mehānismiem, kas kontrolē šūnu vairošanos, ir apoptoze, kur šūnas mirst (dažu proteīnu, kas aktivizē pašiznīcināšanu) ražošanas rezultātā, ja tas rada ievērojamu kaitējumu vai ir inficēts ar vīrusu.

Pastāv arī šūnu attīstības regulēšana, inhibējot augšanas faktorus (piemēram, proteīnus). Tādējādi šūnas paliek saskarnē, nepārvietojoties uz šūnu cikla M fāzi.

Organismi, kas to veic

Mitozes process tiek veikts lielākajā daļā eukariotisko šūnu, no vienšūnu organismiem, piemēram, rauga, kas to izmanto kā neskaidru vairošanās procesu, uz sarežģītiem daudzšūnu organismiem, piemēram, augiem un dzīvniekiem..

Lai gan kopumā šūnu cikls ir vienāds visām eukariotiskajām šūnām, pastāv ievērojamas atšķirības starp vienšūnu un daudzšūnu organismiem. Pirmajā gadījumā dabisko atlasi veicina šūnu augšana un sadalīšanās. Daudzšūnu organismos proliferāciju ierobežo stingri kontroles mehānismi.

Vienšūnu organismu vairošanās notiek paātrinātā veidā, jo šūnu cikls darbojas nepārtraukti un meitas šūnas ātri sāk mitozi, lai turpinātu šo ciklu. Kamēr daudzšūnu organismu šūnas aug ievērojami ilgāk, lai augtu un sadalītos.

Ir arī dažas atšķirības starp augu un dzīvnieku šūnu mitotiskajiem procesiem, kā dažos šī procesa posmos, tomēr principā mehānisms darbojas līdzīgā veidā šajos organismos..

Šūnu dalīšanās prokariotu šūnās

Parasti prokariotiskās šūnas aug un sadalās ātrāk nekā eukariotiskās šūnas.

Organismiem ar prokariotiskām šūnām (parasti vienšūnu vai dažos gadījumos daudzšūnu) trūkst kodolmateriālu membrānas, kas izolē ģenētisko materiālu kodola iekšienē, tāpēc tā ir izkliedēta šūnā, apvidū, ko sauc par nukleoidu. Šīm šūnām ir apļveida galvenā hromosoma.

Šajos organismos šūnu dalīšanās ir daudz tiešāka nekā eukariotu šūnās, kur nav aprakstīta mehānisma (mitoze). Tajos reprodukcijas veic process, ko sauc par bināro šķelšanos, kur DNS replikācija sākas noteiktā apļveida hromosomas vietā (replikācijas sākums vai OriC)..

Pēc tam tiek veidotas divas izcelsmes, kas migrē uz šūnas pretējām pusēm, jo ​​notiek replikācija, un šūna stiepjas līdz divkāršam izmēram. Replikācijas beigās šūnu membrāna aug citoplazmā, sadalot cilmes šūnu divās meitās ar tādu pašu ģenētisko materiālu..

Mitozes attīstība

Eukariotisko šūnu attīstība izraisīja genoma sarežģītības pieaugumu. Tas ietvēra sarežģītāku sadalīšanas mehānismu izstrādi.

Kas bija pirms mitozes?

Pastāv hipotēzes, kas norāda, ka baktēriju sadalījums ir mitozes priekštecis. Ir konstatēta sakarība starp proteīniem, kas saistīti ar bināro sadalīšanos (kas var būt tie, kas nostiprina hromosomas ar specifiskām meitas plazmas membrānas vietām) ar eukariotu šūnu tubulīnu un aktīnu..

Daži pētījumi norāda uz konkrētām īpatnībām mūsdienu vienšūnu protistu sadalē. Tajos kodolmembrāna mitozes laikā paliek neskarta. Replikētās hromosomas joprojām ir nostiprinātas pie šīs membrānas noteiktām vietām, atdalot kodolu sākoties stiepties šūnu dalīšanās laikā..

Tas liecina par sakritību ar bināro šķelšanos, kur atkārtotas hromosomas piesaistās noteiktām vietām uz šūnu membrānas. Pēc tam hipotēze norāda, ka protisti, kas šo kvalitāti nodrošina šūnu dalīšanās laikā, varēja saglabāt šo prokariotiskā tipa senču šūnu īpašību..

Šobrīd vēl nav izstrādāti skaidrojumi, kāpēc daudzšūnu organismu eukariotiskajās šūnās ir nepieciešams, lai šūnu dalīšanās procesa laikā sadalītos kodolmembrāna.

Atsauces

  1. Albarracín, A., un Telulón, A. A. (1993). Šūnu teorija 19. gadsimtā. AKAL izdevumi.
  2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., un Walter, P. (2008). Šūnas molekulārā bioloģija. Garland Science, Taylor un Francis Group.
  3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Bioloģija 7th izdevums, AP.
  4. Griffiths, A.J., Lewontin, R.C., Millers, J.H., & Suzuki, D.T. (1992). Ievads ģenētiskajā analīzē. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Karp, G. (2009). Šūnu un molekulārā bioloģija: jēdzieni un eksperimenti. John Wiley & Sons.
  6. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P., un Matsudaira, P. (2008). Molekulārā šūnu bioloģija. Macmillan.
  7. Segura-Valdez, M. D. L., Cruz-Gómez, S. D. J., López-Cruz, R., Zavala, G., un Jiménez-García, L. F. (2008). Mitozes vizualizācija ar atomu spēka mikroskopu. PADOMS Žurnāls, kas specializējas ķīmijas-bioloģijas zinātnē, 11 (2), 87-90.