ДЕЛЕНИЕ КЛЕТКИ: ТИПЫ, ПРОЦЕССЫ И ЗНАЧЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

Деление клеток представляет собой процесс , который позволяет все живые организмы растут и размножаются. У прокариот и эукариот результатом деления клеток являются дочерние клетки, которые обладают той же генетической информацией, что и исходная клетка. Это происходит потому, что перед делением информация, содержащаяся в ДНК, дублируется.

У прокариот деление происходит путем двойного деления. Геном большинства прокариот представляет собой кольцевую молекулу ДНК. Хотя у этих организмов нет ядра, ДНК имеет компактную форму, называемую нуклеоидом, которая отличается от окружающей ее цитоплазмы.

Источник: Retama

У эукариот деление происходит посредством митоза и мейоза. Геном эукариот состоит из большого количества ДНК, организованной внутри ядра. Эта организация основана на упаковке ДНК с белками, образующих хромосомы, содержащие сотни или тысячи генов.

Жизненные циклы очень разных эукариот, как одноклеточных, так и многоклеточных, чередуются между митозом и мейозом. Это циклы с: а) гаметическим мейозом (животные, некоторые грибы и водоросли), б) зиготическим мейозом (некоторые грибы и простейшие); и в) чередование гаметного и зиготического мейоза (растения).

Типы

Деление клетки может происходить путем бинарного деления, митоза или мейоза. Каждый из процессов, участвующих в этих типах деления клеток, описан ниже.

Двойное деление

Деление прокариот, двойное деление - это форма бесполого размножения.

Бинарное деление состоит из деления клетки, в результате чего образуются две дочерние клетки, каждая из которых имеет идентичную копию ДНК исходной клетки.

Перед делением прокариотической клетки происходит репликация ДНК, которая начинается в определенном участке двухцепочечной ДНК, называемом ориджином репликации. Ферменты репликации движутся в обоих направлениях от источника, производя по одной копии каждой из нитей двухцепочечной ДНК.

После репликации ДНК клетка удлиняется, и ДНК разделяется внутри клетки. Сразу же в середине клетки начинает расти новая плазматическая мембрана, образуя перегородку.

Этому процессу способствует белок FtsZ, который эволюционно высоко консервативен у прокариот, включая архей. Наконец, клетка делится.

Клеточный цикл и митоз

Этапы, которые проходит эукариотическая клетка между двумя последовательными клеточными делениями, известны как клеточный цикл. Продолжительность клеточного цикла варьируется от нескольких минут до месяцев, в зависимости от типа клетки.

Клеточный цикл делится на две стадии, а именно фазу М и интерфейс. В фазе М происходят два процесса, называемые митозом и цитокинезом. Митоз состоит из ядерного деления. Такое же количество и типы хромосом, присутствующие в исходном ядре, обнаруживаются в дочерних ядрах. Соматические клетки многоклеточных организмов делятся митозом.

Цитокинез состоит из деления цитоплазмы с образованием дочерних клеток.

Интерфейс имеет три фазы: 1) G1, клетки растут и проводят большую часть своего времени в этой фазе; 2) S - дупликация генома; и 3) G2, репликация митохондрий и других органелл, конденсация хромосом и сборка микротрубочек, среди других событий.

Этапы митоза

Митоз начинается в конце фазы G2 и делится на пять фаз: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза. Все они происходят постоянно.

профаза

Профаза. Leomonaci98, из Wikimedia Commons

На этом этапе сборка митотического веретена или митотического аппарата является основным событием. Профаза начинается с уплотнения хроматина, образуя хромосомы.

Каждая хромосома имеет пару сестринских хроматид с идентичной ДНК, которые прочно связаны в непосредственной близости от своих центромер. В этом союзе участвуют белковые комплексы, называемые когезинами.

Каждая центромера прикреплена к кинетохоре, которая представляет собой комплекс белков, который связывается с микротрубочками. Эти микротрубочки позволяют переносить каждую копию хромосом в дочерние клетки. Микротрубочки исходят от каждого конца клетки и образуют митотический аппарат.

В клетках животных перед профазой происходит дупликация центросом, которая является основным организующим центром микротрубочек и местом встречи родительских и дочерних центриолей. Каждая центросома достигает противоположного полюса клетки, устанавливая между собой мостик из микротрубочек, называемый митотическим аппаратом.

У недавно появившихся растений, в отличие от клеток животных, нет центросом и происхождение микротрубочек неясно. В фотосинтетических клетках более древнего эволюционного происхождения, таких как зеленые водоросли, есть центросомы.

прометафазе

Leomonaci98

Митоз должен обеспечивать сегрегацию хромосом и распределение ядерной оболочки комплекса ядерных пор и ядрышек. В зависимости от того, исчезнет ядерная оболочка (ЯО) или нет, и от степени денсинтеграции EN, митоз варьируется от закрытого до полностью открытого.

Например, у S. cerevisae митоз закрытый, у A. nidulans - полуоткрытый, а у человека - открытый.

При закрытом митозе полярные тельца веретена находятся внутри ядерной оболочки, составляя точки зарождения ядерных и цитоплазматических микротрубочек. Цитоплазматические микротрубочки взаимодействуют с корой клеток и кинетохорами хромосом.

В полуоткрытом митозе, поскольку EN частично разобран, в ядерное пространство вторгаются зародышевые микротрубочки из центросом и через два отверстия в EN, образуя пучки, окруженные EN.

В открытом митозе происходит полная разборка EN, митотический аппарат завершается, и хромосомы начинают смещаться к середине клетки.

Metaphase

Хромосомы выровнены в экваториальной пластине клетки во время митотической метафазы

В метафазе хромосомы выстраиваются на экваторе клетки. Воображаемая плоскость, перпендикулярная оси веретена, проходящая через внутреннюю окружность клетки, называется метафазной пластинкой.

В клетках млекопитающих митотический аппарат организован в центральное митотическое веретено и пару звездочек. Митотическое веретено состоит из двухстороннего симметричного пучка микротрубочек, который делится на экваторе клетки, образуя две противоположные половины. Астры состоят из группы микротрубочек на каждом полюсе веретена.

В митотическом аппарате есть три группы микротрубочек: 1) астральные, которые образуют звезду, начинаются от центросомы и расходятся по направлению к коре клетки; 2) кинетохор, которые прикрепляются к хромосомам через кинетохоры; и 3) полярные, которые пересекаются с микротрубочками противоположного полюса.

Во всех описанных выше микротрубочках концы (-) обращены к центросоме.

В растительных клетках, если нет центросомы, веретено аналогично веретену животных. Шпиндель состоит из двух половин с противоположной полярностью. Концы (+) находятся на экваториальной пластине.

анафаза

Источник: Leomonaci98, из Wikimedia Commons.

Анафаза делится на раннюю и позднюю. В ранней анафазе происходит разделение сестринских хроматид.

Это разделение происходит из-за того, что белки, которые поддерживают объединение, расщепляются и потому, что происходит укорочение микротрубочек кинетохоры. Когда пара сестринских хроматид отделяется, их называют хромосомами.

Во время сдвига хромосом к полюсу кинетохора движется по микротрубочке той же кинетохоры, поскольку ее (+) конец диссоциирует. Из-за этого движение хромосом во время митоза - это пассивный процесс, для которого не требуются моторные белки.

В поздней анафазе происходит большее разделение полюсов. Белок KRP, прикрепленный к (+) концу полярных микротрубочек, в области их перекрытия, движется к (+) концу соседней антипараллельной полярной микротрубочки. Таким образом, KRP подталкивает соседнюю полярную микротрубочку к (-) концу.

В клетках растений после разделения хромосом в середине веретена остается пространство с встречными или наложенными друг на друга микротрубочками. Эта структура позволяет запускать цитокинетический аппарат, называемый фрагмопластом.

телофаза

Телофаза. Leomonaci98

В телофазе происходят разные события. Хромосомы достигают полюсов. Кинетохора исчезает. Полярные микротрубочки продолжают удлиняться, подготавливая клетку к цитокинезу. Ядерная оболочка переформирована из фрагментов материнской оболочки. Ядрышко появляется снова. Хромосомы деконденсированы.

цитокинез

Цитокинез - это фаза клеточного цикла, во время которой клетка делится. В клетках животных цитозинез происходит посредством сужения пояса актиновых филаментов. Эти нити скользят друг мимо друга, диаметр ленты уменьшается, и по окружности ячейки образуется канавка расщепления.

По мере того как сужение продолжается, борозда углубляется и образуется межклеточный мостик, который содержит срединное тело. В центральной области межклеточного моста находятся пучки микротрубочек, которые покрыты электродным матриксом.

Разрушение межклеточного моста между постмитотическими сестринскими клетками происходит в результате их расслоения. Различают три типа опадания: 1) механизм механического пробоя; 2) механизм наполнения внутренними пузырьками; 3) сжатие плазматической мембраны для деления.

В клетках растений компоненты мембраны собираются внутри них, и образуется клеточная пластинка. Эта бляшка растет, пока не достигает поверхности плазматической мембраны, сливаясь с ней и разделяя клетку на две части. Затем целлюлоза откладывается на новой плазматической мембране и образует новую клеточную стенку.

Мейоз

Мейоз - это тип деления клеток, при котором количество хромосом уменьшается вдвое. Таким образом, диплоидная клетка делится на четыре гаплоидные дочерние клетки. Мейоз возникает в половых клетках и дает начало гаметам.

Этапы мейоза состоят из двух отделов ядра и цитоплазмы, а именно мейоза I и мейоза II. Во время мейоза I члены каждой пары гомологичных хромосом разделяются. Во время мейоза II сестринские хроматиды отделяются и образуются четыре гаплоидных клетки.

Каждая стадия митоза делится на профазу, прометафазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Мейоз I

- Профаза I. Хромосомы конденсируются, и начинает формироваться веретено. ДНК увеличилась вдвое. Каждая хромосома состоит из сестринских хроматид, прикрепленных к центромере. Гомологичные хромосомы образуют пару во время синапса, обеспечивая кроссинговер, который является ключом к образованию различных гамет.

- Метафаза I. Пара гомологичных хромосом выстраивается вдоль метафазной пластинки. Хиазм помогает удерживать пару вместе. Микротрубочки кинетохоры на каждом полюсе связываются с центромерой гомологичной хромосомы.

- Анафаза I. Микротрубочки кинетохоры укорачиваются, а гомологичные пары разделяются. Один повторяющийся гомолог идет к одному полюсу клетки, а другой повторяющийся гомолог идет к другой стороне полюса.

- Телофаза I. Отдельные гомологи образуют группу на каждом полюсе клетки. Формируется ядерная оболочка. Цитокинез бывает. Полученные клетки имеют половину хромосом исходной клетки.

Мейоз II

- Профаза II. В каждой клетке образуется новое веретено, и клеточная мембрана исчезает.

- Метафаза II. Формирование шпинделя завершено. Хромосомы имеют сестринские хроматиды, соединенные в центромере, выровненные вдоль метафазной пластинки. Микротрубочки кинетохоры, которые начинаются с противоположных полюсов, связываются с центромерами.

- Анафаза II. Микротрубочки укорачиваются, центромеры делятся, сестринские хроматиды отделяются и движутся к противоположным полюсам.

- Телофаза II. Ядерная оболочка формируется вокруг четырех групп хромосом: образуются четыре гаплоидные клетки.

значение

Некоторые примеры иллюстрируют важность различных типов деления клеток.

- Митоз. В клеточном цикле есть необратимые точки (репликация ДНК, разделение сестринских хроматид) и контрольные точки (G1 / S). Белок p53 является ключом к контрольной точке G1. Этот белок обнаруживает повреждение ДНК, останавливает деление клеток и стимулирует активность ферментов, восстанавливающих повреждения.

В более чем 50% случаев рака человека белок p53 имеет мутации, которые сводят на нет его способность связывать определенные последовательности ДНК. Мутации в p53 могут быть вызваны канцерогенами, такими как бензопирен в сигаретном дыме.

- Мейоз. Это связано с половым размножением. С эволюционной точки зрения считается, что половое размножение возникло как процесс восстановления ДНК. Таким образом, повреждение хромосомы можно исправить на основе информации, полученной от гомологичной хромосомы.

Считается, что диплоидное состояние у древних организмов было временным, но стало более актуальным по мере увеличения генома. У этих организмов половое размножение выполняет функцию комплементации, восстановления ДНК и генетической изменчивости.

Ссылки

1. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж. И др. 2007. Молекулярная биология клетки. Garland Science, Нью-Йорк.
2. Бернштейн, Х., Байерс, Г.С., Мичод, Р.Э. 1981. Эволюция полового размножения: важность восстановления, комплементации и вариации ДНК. Американский натуралист, 117, 537-549.
3. Лодиш, Х., Берк, А., Зипурски, С.Л., Мацудария, П., Балтимор, Д., Дарнелл, Дж. 2003. Клеточная и молекулярная биология. От редакции Medica Panamericana, Буэнос-Айрес.
4. Рэйвен, PH, Джонсон, Великобритания, Лосос, JB, Singer, SR 2005 Биология. Высшее образование, Бостон.
5. Соломон, Б.М., Берг, Л. Р., Мартин, Д. В. 2008. Биология. Томсон, США.