Cell Division: Przydatne uwagi dotyczące podziału komórek u zwierząt (2071 słów)
Przeczytaj ten artykuł, aby poznać proces podziału komórek u zwierząt!
Pojedyncza komórka stopniowo powiększa swój rozmiar i otrzymuje odżywianie ze środowiska poprzez dyfuzję i inne procesy fizykochemiczne. Gdy komórka jest wystarczająco powiększona, odległość między błoną komórkową i jądrem jest zwiększona do takiego stopnia, że cierpi na odżywianie komórki przez dyfuzję. Dlatego podział komórki na dwie małe komórki potomne jest biologiczną koniecznością zapewnienia odpowiedniego odżywienia dla komórki.
Zdjęcie dzięki uprzejmości: edupic.net/Images/Mitosis/telophase_3D.png
Bodziec do podziału komórek wywodzi się z genów jądrowego DNA, który organizuje syntezę makrocząsteczek białka poprzez RNA. Związek chemiczny znany jako chalone jest wykrywany lokalnie w prawidłowej tkance, co hamuje podział komórek na pewnym etapie. Kiedy tkanka jest częściowo uszkodzona, poziom chalonu spada, a komórki dzielą się, aż do odtworzenia normalnej populacji komórek tkanki.
Podział komórki może być bezpośredni lub pośredni.
Direct Division (Amitosis):
Proces jest bardzo szybki, zakończony w ciągu kilku minut. Początkowo jądro obkurcza się w środku, następnie dzieli się, a następnie dzieli się cytoplazmę komórki (ryc. 3-1)
Prawdopodobnie podział amitotyczny nie występuje u gatunków ssaków, chyba że komórki są patologiczne.
Pośrednia podział:
Przedstawia dwa rodzaje - mitozy i mejozy. W obu rodzajach podziału komórki zaangażowane są dwa procesy - kariokineza lub podział jądrowy i cytokineza lub podział cytoplazmatyczny.
Mitoza:
Jest to najczęstsza metoda podziału komórek i występuje we wszystkich komórkach somatycznych i niedojrzałych komórkach płciowych. Dwie komórki potomne są identyczne pod względem liczby chromosomów i rozkładu genów, jak w komórce macierzystej. Dlatego mitozę nazywa się homotypicznym lub zrównującym podziałem.
Proces ten trwa około 1 do 2 1/2 godzin. Mitoza może być symetryczna lub asymetryczna. W symetrycznej mitozie potencjał czynnościowy komórek potomnych jest podobny. Jednak w przypadku asymetrycznej mitozy jedna komórka potomna jest bardziej zróżnicowana niż druga komórka.
Jest to podstawa różnicowania komórek od obojętnych komórek macierzystych. Przed podziałem komórek istnieje okres zwany interfazą, w którym poszczególne chromosomy nie są widoczne, ponieważ są rozwinięte w bardzo długie, wąskie struktury, tak że znajdują się poniżej granic. rozdzielczości mikroskopu świetlnego. Podczas interfazy jądro komórki posiada otoczkę jądrową i zawiera sieć nitek chromatyny lub granulek i jąderka. Replikacja DNA odbywa się w chromosomach. Poza kopertą jądrową w cytofazie znajdują się dwie sparowane centriole.
Mitozy obejmują cztery następujące po sobie procesy: profaza, metafaza, anafaza i telofaza. (Rys. 3-2)
Prophase:
Charakteryzuje się on następującymi cechami
(i) Poszczególne chromosomy są najpierw wizualizowane pod mikroskopem jako długie cienkie nitki, ponieważ są ciasno zwinięte na całej długości. Każdy chromosom dzieli się wzdłużnie na dwie chromatydy, z wyjątkiem centromeru.
(ii) Dwie sparowane centriole są oddzielone od siebie wydłużeniem ciągłych mikrotubul achromatycznego wrzeciona i zajmują przeciwne bieguny jądra. Ciągłe mikrotubule są organizowane przez centriole.
(iii) Następnie błona jądrowa i jąderka znikają. Chromosomy są teraz splątane w siatkę ciągłych mikrotubul. Ten etap można nazwać pro-metafazą. Wypełnienie profazy zajmuje około 1 1/2 godziny.
Metafaza:
Tymczasem region centromeru każdego chromosomu przedstawia dwustronne kinetochory typu dyskowego. Z kinetochorów zorganizowano zestaw mikrotubul chromosomowych i rozciągają się obustronnie w kierunku przeciwnych centrioli. Wzrost mikrotubul chromosomowych umożliwia centromerom poszczególnych chromosomów z ich sparowanymi chromatydami zajęcie płaszczyzny równikowej wrzeciona. Reprezentuje klasyczny obraz formacji asterów w metafazie. Metafaza utrzymuje się przez około 20 minut.
Kolchicyna zatrzymuje podział komórkowy na metafazę, ponieważ zapobiega tworzeniu mikrotubul wrzeciona i łączy się organicznie z białkiem tubuliny. W metafazie traktowanej kolchicyną (C-metafaza) stwierdzono, że chromosomy gromadzą się wokół centrioli. Zastosowanie kolchicyny w hodowli komórkowej służy jako ważne narzędzie w badaniach kariotypowych.
Anafaza:
Tutaj centromery rozlewa się wzdłuż i dwie chromatydy oddzielają się, tworząc dwa nowe chromosomy. W miarę kurczenia się wrzecion, każda para nowo utworzonych chromosomów oddziela się i migruje do przeciwnego bieguna wrzeciona. Ostatecznie powstają dwa identyczne i kompletne dopełnienia chromosomów. Oddzielenie chromatyd w celu utworzenia dwóch nowych chromosomów następuje przez skurcz mikrotubul chromosomowych, które wywierają siły odśrodkowe na region centromeru chromosomów z przeciwnych centrioli. Jednocześnie ciągłe mikrotubule przeciwległych centrioli poruszają się do wewnątrz tworząc środkowe ciało w centralnym obszarze dzielącej się komórki, gdzie pojawia się bruzda rozszczepiająca.
Telophase:
To okres reorganizacji. Chromosomy potomne są otoczone nową membraną jądrową, a jądro ponownie się pojawia. Chromosomy odsłaniają się, a ich indywidualna tożsamość zostaje utracona. Na koniec cytoplazma dzieli się i powstają dwie kompletne komórki.
W procesie cytokinezy bruzda rozszczepienia rozwija się wokół byłej płaszczyzny równikowej wrzeciona achromatycznego, która jest teraz zajęta przez ciało środkowe. Możliwe, że skurcz włókienniczych składników cytoplazmy pomaga w zwężeniu klepsydry w ciągu godziny. Czasami pozostałości środkowego ciała są stwierdzane jako mała kondensacja cytoplazmatyczna pod membraną komórkową każdej komórki potomnej po całkowitym rozdzieleniu.
Cykl komórkowy:
Gdy komórki tego samego rodzaju są hodowane w hodowli komórkowej, mnożą się ciągle przez powtarzaną mitozę. Takie cykliczne zmiany komórki, obejmujące interfazę i mitozę, są znane jako cykl komórkowy. Interfaza składa się z trzech etapów (ryc. 3-3) -
(a) etap G 1 (Gap 1), w którym komórka wchodzi natychmiast po zakończeniu mitozy i staje się metabolicznie aktywna do syntezy enzymów, białek strukturalnych i innych organelli;
(b) Etap S (synteza), w którym następuje replikacja DNA w celu przekazania wszystkich informacji genetycznych dotyczących gatunku. Obejmuje to okres około 7 godzin i powoduje powstanie dwóch chromatyd, które nadają każdemu chromosomowi charakterystyczną konfigurację w kształcie litery X. Kiedy komórka wchodzi w stadium S, zobowiązuje się do zakończenia mitozy;
(c) Etap G 2 (przerwa 2) pojawia się przed wystąpieniem kolejnej mitozy. Urządzenie wrzeciona jest syntetyzowane na tym etapie.
Niektóre komórki ciała, w procesie różnicowania w celu wykonania wyspecjalizowanej funkcji, opuszczają cykl komórkowy i nie wchodzą w stadium S. Mówi się, że takie komórki znajdują się w fazie G O.
Kategorie komórek ciała:
Komórki ciała należą do trzech ogólnych kategorii.
Kategoria 1:
Obejmuje komórki ciała, które nie dzielą się w życiu poporodowym. Komórki nerwowe są klasycznym przykładem tej kategorii. Wraz z wiekiem ich liczba stopniowo maleje. Dlatego komórki nerwowe nie przechodzą przez cykl komórkowy.
Kategoria 2:
Niektóre wyspecjalizowane komórki organizmu, takie jak nabłonek jelitowy i naskórek skóry, są stale tracone z powierzchni ciała przez zużycie i śmierć komórki. Aby uzupełnić utratę, nowe komórki tego samego rodzaju są ciągle odtwarzane przez mitozę z niektórych komórek macierzystych lub komórek prekursorowych. Tak więc w drugiej kategorii utrzymywany jest stały stan populacji komórek poprzez proces odwracania komórek.
Kategoria 3:
Niektóre komórki ciała należące do tej kategorii są wysoce wyspecjalizowane i zazwyczaj nie dzielą się. Mają długą żywotność. Komórki wątroby są przykładami tej kategorii. Po usunięciu dwóch trzecich wątroby wyspecjalizowane komórki wątroby przechodzą mitozę w zmienionych warunkach do momentu przywrócenia pierwotnej objętości wątroby.
Mejoza:
Mejoza to proces podziału komórki, który daje haploidalne komórki potomne z diploidalnej komórki macierzystej. Nazywa się to podziałem heterotypowym i występuje tylko w komórkach płciowych podczas dojrzewania gamet. Składa się z dwóch kolejnych działów (ryc. 3-4)
Pierwsza dywizja Meiotic
Prophase:
Jest przedłużony i składa się z następujących pięciu etapów:
Leptoten:
Poszczególne chromosomy są widoczne jako długie, cienkie nitki, a charakterystyczne zgrubione chromome- ry pojawiają się wzdłuż ich długości. Jeden koniec każdego chromosomu jest przyłączony do błony jądrowej.
Zygoten:
Homologiczne chromosomy są ułożone parami wzdłuż, ustalając związek punkt-punkt. Ten proces jest znany jako synapsis. Jeden z członków tej pary jest matczyny, a drugi - ojcowski.
Pachytene:
Każdy chromosom dzieli się wzdłużnie na dwie chromatydy, z wyjątkiem centromeru. Dlatego cztery chromatydy są montowane w miejscach. Zjawisko to znane jest jako formacja tetrad. W całym procesie profazy chromosomy podlegają spirali
ich długość; w ten sposób są one stopniowo skracane i zagęszczane.
Diplotene:
Na tym etapie nie-siostrzane chromatydy tetradu krzyżują się w jednym lub więcej punktach tworzących chyhmę. W punkcie przecięcia chromatydy pękają przy pomocy endonukleazy enzymatycznej, a następnie łączą się z segmentem nie siostrzanych chromatyd chromosomów homologicznych, katalizowanych przez inny enzym, ligazę. Zjawisko to jest znane jako przenikanie. Krzyżowanie pozwala na ciągłe przetasowanie genów, dzięki czemu mogą pojawić się nowe, a czasem korzystne kombinacje. Jest to strukturalna podstawa dziedzicznej różnorodności między osobami pochodzącymi z tego samego rodzicielstwa.
Diakinezy:
Teraz centromery homologiczne odrywają się i chromosomy są rozdzielane po rozwinięciu. Tymczasem błona jądrowa i jądro znikają.
Metafaza I:
Po przejściu przez homologiczne pary chromosomów wyrównują się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona.
Anafaza I:
Centomery nie dzielą się i homologiczne pary chromosomów oddzielają się od siebie i migrują do przeciwnych biegunów wrzeciona niosącego swoją parę chromatyd.
Telofaza I:
(i) Każda z dwóch komórek potomnych przedstawia połowę pierwotnej liczby chromosomów (haploidalnych). Pierwszy podział mejotyczny jest czasem nazywany działem redukcji;
(ii) Istnieje redystrybucja materiału genetycznego z powodu przenikania.
Druga dywizja Meiotic:
Każda z komórek potomnych pierwszego podziału wchodzi prosto w Metafazę II, a chromosomy wyrównują się w nowych równikowych płaszczyznach wrzeciona. Replikacja DNA nie zachodzi między pierwszym i drugim podziałem mejotycznym.
Anaphase II:
Centromery dzielą się, a chromatydy oddzielają się, tworząc nowe chromosomy migrujące na przeciwległe bieguny wrzeciona.
Telophase II:
Cztery gamety powstają z dwóch komórek pierwszego podziału mejotycznego, każdy z haploidalną liczbą chromosomów. Jest to związane z syntezą jednej nici polinukleotydowej w celu przywrócenia typowego modelu cząsteczki DNA o podwójnej helisie. Drugi podział mejotyczny jest równaniem podziału już zredukowanego pierwszego.
Osobliwości w mejozie:
(a) W odróżnieniu od mitozy, pojawienie się chromomerów i parowanie chromosomów homologicznych w postaci synapsy obserwuje się we wczesnej profazie pierwszego podziału mejotycznego.
(b) Przekroczenie homologicznych segmentów między czterema chromatydami, w późnej profazie, jest nowością. Przekraczanie pozwala na ciągłe przetasowanie genów, tak aby mogły pojawić się nowe, a czasem korzystne kombinacje.
(c) W Anafazie I centromery nie dzielą się, a to kończy się na redukcji podziału pierwszej mejozy z haploidalną liczbą chromosomów.
(d) W Anaphase II centromery dzielą się, a to utrzymuje haploidalną liczbę chromosomów. Cztery komórki haploidalne są utworzone z komórki wielkokomórkowej dipliod. Te mejotyczne produkty są następnie przekształcane w funkcjonalne gamety - plemniki i komórki jajowe,
(e) Podział redukcji w mejozie jest koniecznością, ponieważ gdy jajeczka jest zapłodniona przez plemniki, powstała zygota przedstawia diploidalną liczbę chromosomów, która jest stała dla gatunku.
(f) W oogenezie mejoza I zaczyna się w pierwotnym oocytie w życiu wewnątrzmacicznym i kończy się tuż przed owulacją. Po owulacji wtórny oocyt uzupełnia Meiosis II, tworząc dojrzałą komórkę jajową, tylko wtedy, gdy ma miejsce nawożenie. Jest to tylko przykład ludzkości, w którym ukończenie mejozy wymaga około 15 do 45 lat. Taki przedłużony okres mejozy u starszych kobiet może być czynnikiem niedyferencyjnym w gametogenezie.
Jeden pierwotny oocyt (diploidalny) zwykle powoduje powstanie jednej dojrzałej komórki jajowej (haploidalnej) po dwóch kolejnych podziałach. Inne haploidalne komórki potomne z dwóch lub trzech ciał polarnych, które są biologicznie obojętne, ponieważ posiadają minimalną ilość cytoplazmy.
(g) Spermatogeneza ma miejsce w okresie dojrzewania, a jeden pierwotny spermatocyt (diploidalny) powoduje powstanie czterech aktywnych haploidalnych plemników po dwóch kolejnych podziałach mejotycznych.
(h) Główne cechy mejozy to:
ja. Nie ma replikacji DNA między Meiosis I i Meiosis II.
ii. Wymiana materiałów genetycznych między homologicznymi chromosomami odbywa się w Meiosis I.
iii. Cały proces mejozy może trwać latami, a nie godzinami.
