МИТОЗ: ФАЗЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ И ОРГАНИЗМЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Митоза представляет собой процесс клеточного деления, когда клетка производит генетически идентичные дочерние клетки; две «дочери» с одинаковой хромосомной нагрузкой генерируются для каждой клетки. Это деление происходит в соматических клетках эукариотических организмов.

Этот процесс является одной из стадий клеточного цикла эукариотических организмов, который состоит из 4 фаз: S (синтез ДНК), M (деление клетки), G1 и G2 (промежуточные фазы, в которых образуются мРНК и белки). , Вместе фазы G1, G2 и S рассматриваются как интерфейс. Ядерное и цитоплазматическое деление (митоз и цитокинез) составляют последнюю стадию клеточного цикла.

Обзор митоза. Источник: Вишвапрабха

На молекулярном уровне митоз инициируется активацией киназы (белка), называемой MPF (фактор, способствующей созреванию), и последующим фосфорилированием значительного числа белков-компонентов клетки. Последний позволяет клетке иметь морфологические изменения, необходимые для осуществления процесса деления.

Митоз - это асексуальный процесс, поскольку клетка-предшественница и ее дочери имеют точно такую ​​же генетическую информацию. Эти клетки известны как диплоидные, потому что они несут полную хромосомную нагрузку (2n).

С другой стороны, мейоз - это процесс деления клеток, который приводит к половому размножению. В этом процессе диплоидная стволовая клетка реплицирует свои хромосомы, а затем делится дважды подряд (без репликации своей генетической информации). Наконец, образуются 4 дочерние клетки с половиной хромосомной нагрузки, которые называются гаплоидами (n).

Обзор митоза

Митоз у одноклеточных организмов обычно производит дочерние клетки, которые очень похожи на своих предшественников. Напротив, во время развития многоклеточных существ этот процесс может дать начало двум клеткам с некоторыми разными характеристиками (несмотря на то, что они генетически идентичны).

Эта клеточная дифференцировка дает начало различным типам клеток, из которых состоят многоклеточные организмы.

В течение жизни организма клеточный цикл происходит непрерывно, постоянно образуя новые клетки, которые, в свою очередь, растут и готовятся к делению посредством митоза.

Рост и деление клеток регулируются такими механизмами, как апоптоз (запрограммированная гибель клеток), которые позволяют поддерживать баланс, избегая избыточного роста тканей. Таким образом обеспечивается замена дефектных клеток новыми в соответствии с потребностями и потребностями организма.

Насколько актуален этот процесс?

Способность к воспроизводству - одна из важнейших характеристик всех организмов (от одноклеточных до многоклеточных) и клеток, из которых они состоят. Это качество гарантирует непрерывность вашей генетической информации.

Понимание процессов митоза и мейоза сыграло фундаментальную роль в понимании интригующих клеточных характеристик организмов. Например, свойство сохранять постоянным количество хромосом от одной клетки к другой внутри индивидуума и между особями одного вида.

Когда мы получаем порезы или раны на коже, мы наблюдаем, как в течение нескольких дней поврежденная кожа восстанавливается. Это происходит благодаря процессу митоза.

Фазы и их характеристики

В целом митоз следует той же последовательности процессов (фаз) во всех эукариотических клетках. В эти фазы в клетке происходят многие морфологические изменения. Среди них конденсация хромосом, разрыв ядерной мембраны, отделение клетки от внеклеточного матрикса и других клеток, а также деление цитоплазмы.

В некоторых случаях деление ядра и деление цитоплазмы рассматривают как отдельные фазы (митоз и цитокинез соответственно).

Для лучшего изучения и понимания процесса были обозначены шесть (6) фаз, которые называются: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза, затем цитокинез рассматривается как шестая фаза, которая начинает развиваться во время анафазы.

Телофаза - последняя фаза митоза. Взято с https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg. Через Wikimedia Commons

Эти фазы изучаются с 19 века с помощью светового микроскопа, поэтому сегодня они легко узнаваемы по морфологическим характеристикам, которые представляет клетка, таким как хромосомная конденсация и формирование митотического веретена.

профаза

Профаза. Leomonaci98, из Wikimedia Commons

Профаза - это первое видимое проявление деления клеток. На этой фазе появление хромосом можно рассматривать как различимые формы из-за прогрессирующего уплотнения хроматина. Эта конденсация хромосом начинается с фосфорилирования молекул гистона H1 киназой MPF.

Процесс конденсации состоит из сжатия и, следовательно, уменьшения размера хромосом. Это происходит из-за скручивания волокон хроматина, в результате чего образуются более легко заменяемые структуры (митотические хромосомы).

Хромосомы, ранее продублированные в течение S-периода клеточного цикла, приобретают двухцепочечный вид, называемые сестринскими хроматидами, эти цепи удерживаются вместе через область, называемую центромерой. В этой фазе исчезают и ядрышки.

Формирование митотического веретена

Автор Silvia3, из Wikimedia Commons

Во время профазы формируется митотическое веретено, состоящее из микротрубочек и белков, составляющих набор волокон.

По мере формирования веретена микротрубочки цитоскелета разбираются (путем дезактивации белков, которые поддерживают их структуру), обеспечивая необходимый материал для формирования указанного митотического веретена.

Центросома (безмембранная органелла, функционирующая в клеточном цикле), дублированная на границе раздела, действует как сборочная единица для микротрубочек веретена. В клетках животных центросома имеет в центре пару центриолей; но они отсутствуют в большинстве растительных клеток.

Дублированные центросомы начинают отделяться друг от друга, в то время как микротрубочки веретена собираются в каждой из них, начиная мигрировать к противоположным концам клетки.

В конце профазы начинается разрыв ядерной оболочки, происходящий в отдельных процессах: разборка ядерной поры, ядерной пластинки и ядерных мембран. Этот разрыв позволяет митотическому веретену и хромосомам начать взаимодействие.

прометафазе

Leomonaci98

На этом этапе ядерная оболочка полностью фрагментирована, так что микротрубочки веретена вторгаются в эту область, взаимодействуя с хромосомами. Две центросомы разделились, каждая из них расположена на полюсах митотического веретена, на противоположных концах клеток.

Теперь митотическое веретено включает микротрубочки (которые простираются от каждой центросомы к центру клетки), центросомы и пару звездочек (структуры с радиальным распределением коротких микротрубочек, которые разворачиваются от каждой центросомы).

Каждая хроматида разработала специализированную белковую структуру, называемую кинетохорой, расположенную в центромере. Эти кинетохоры расположены в противоположных направлениях, и к ним прилипают некоторые микротрубочки, называемые микротрубочками кинетохор.

Эти микротрубочки, прикрепленные к кинетохоре, начинают двигаться к хромосоме, от конца которой они отходят; одни с одного полюса, другие с противоположного полюса. Это создает эффект «вытягивания и сжатия», который при стабилизации позволяет хромосоме оказаться между концами клетки.

Metaphase

Хромосомы выровнены в экваториальной пластине клетки во время митотической метафазы

В метафазе центросомы расположены на противоположных концах клеток. Веретено показывает четкую структуру, в центре которой расположены хромосомы. Центромеры этих хромосом прикреплены к волокнам и выровнены в воображаемой плоскости, называемой метафазной пластинкой.

Хроматидные кинетохоры остаются прикрепленными к микротрубочкам кинетохор. Микротрубочки, которые не прикрепляются к кинетохорам и отходят от противоположных полюсов веретена, теперь взаимодействуют друг с другом. В этот момент микротрубочки звездочек контактируют с плазматической мембраной.

Этот рост и взаимодействие микротрубочек завершает структуру митотического веретена, придавая ему вид «птичьей клетки».

Морфологически это фаза с наименьшими изменениями, поэтому она считалась фазой покоя. Однако, хотя они не так легко заметны, в нем происходят многие важные процессы, помимо самой продолжительной стадии митоза.

анафаза

Источник: Leomonaci98, из Wikimedia Commons.

Во время анафазы каждая пара хроматид начинает отделяться (из-за инактивации белков, удерживающих их вместе). Разделенные хромосомы перемещаются на противоположные концы клетки.

Это миграционное движение происходит из-за укорачивания микротрубочек кинетохоры, создавая эффект «притяжения», который заставляет каждую хромосому перемещаться от своей центромеры. В зависимости от расположения центромеры на хромосоме она может принимать определенную форму, такую ​​как V или J.

Микротрубочки, не прикрепленные к кинетохоре, растут и удлиняются за счет адгезии тубулина (белка) и под действием движущихся по ним моторных белков, что позволяет прекратить контакт между ними. По мере того, как они удаляются друг от друга, полюса веретена также делают это, удлиняя ячейку.

В конце этой фазы группы хромосом располагаются на противоположных концах митотического веретена, оставляя каждый конец клетки с полным и эквивалентным набором хромосом.

телофаза

Телофаза. Leomonaci98

Телофаза - последняя фаза ядерного деления. Микротрубочки кинетохор распадаются, а полярные микротрубочки удлиняются.

Ядерная мембрана начинает формироваться вокруг каждого набора хромосом, используя ядерные оболочки клетки-предшественника, которые были похожи на пузырьки в цитоплазме.

На этой стадии хромосомы, находящиеся на полюсах клетки, полностью деконденсируются из-за дефосфорилирования молекул гистонов (H1). Формирование элементов ядерной мембраны направлено несколькими механизмами.

Во время анафазы многие из фосфорилированных белков в профазе начали дефосфорилироваться. Это позволяет в начале телофазы ядерные везикулы снова собираться, связываясь с поверхностью хромосом.

С другой стороны, ядерная пора собирается заново, что позволяет перекачивать ядерные белки. Белки ядерной пластинки дефосфорилируются, что позволяет им снова связываться, чтобы завершить формирование указанной ядерной пластинки.

Наконец, после того, как хромосомы полностью деконденсируются, синтез РНК возобновляется, снова образуя ядрышки и, таким образом, завершая образование новых интерфазных ядер дочерних клеток.

цитокинез

Цитокинез рассматривается как отдельное событие от деления ядра, и обычно в типичных клетках процесс цитоплазматического деления сопровождает каждый митоз, начиная с анафазы. Несколько исследований показали, что у некоторых эмбрионов множественные ядерные деления происходят до цитоплазматического деления.

Процесс начинается с появления бороздки или щели, которая отмечается в плоскости метафазной пластинки, гарантируя, что деление происходит между группами хромосом. Место расщелины обозначено митотическим веретеном, а именно микротрубочками звездочек.

В отмеченной щели обнаруживается серия микрофиламентов, образующих кольцо, направленное к цитоплазматической стороне клеточной мембраны, в основном состоящее из актина и миозина. Эти белки взаимодействуют друг с другом, позволяя кольцу сжиматься вокруг бороздки.

Это сокращение вызывается скольжением нитей этих белков при взаимодействии друг с другом точно так же, как, например, в мышечных тканях.

Сокращение фиброзного кольца усиливается, оказывая «зажимающий» эффект, который, наконец, делит клетку-предшественницу, позволяя отделиться дочерним клеткам с их развивающимся цитоплазматическим содержимым.

Цитокинез в растительных клетках

Растительные клетки имеют клеточную стенку, поэтому процесс их цитоплазматического деления отличается от описанного ранее и начинается в телофазе.

Формирование новой клеточной стенки начинается, когда микротрубочки остаточного веретена собираются, составляя фрагмопласт. Эта цилиндрическая структура состоит из двух наборов микротрубочек, которые соединены своими концами, положительные полюса которых встроены в электронную пластину в экваториальной плоскости.

Маленькие везикулы из аппарата Гольджи, упакованные предшественниками клеточной стенки, проходят через микротрубочки фрагмопласта в экваториальную область, объединяясь, чтобы сформировать клеточную пластинку. Содержимое пузырьков выделяется в эту пластинку по мере ее роста.

Эта бляшка растет, сливаясь с плазматической мембраной по периметру клетки. Это происходит из-за постоянной перестройки микротрубочек фрагмопласта на периферии пластины, позволяя большему количеству везикул двигаться к этой плоскости и опорожнять свое содержимое.

Таким образом происходит цитоплазматическое разделение дочерних клеток. Наконец, содержимое клеточной пластины вместе с микроволокнами целлюлозы внутри нее позволяет завершить формирование новой клеточной стенки.

Характеристики

Митоз - это механизм деления клеток, который является частью одной из фаз клеточного цикла у эукариот. Проще говоря, можно сказать, что основная функция этого процесса - размножение клетки двумя дочерними клетками.

Для одноклеточных организмов деление клеток означает создание новых особей, в то время как для многоклеточных организмов этот процесс является частью роста и правильного функционирования всего организма (деление клеток приводит к развитию тканей и поддержанию структур).

Процесс митоза активируется в соответствии с требованиями организма. Например, у млекопитающих красные кровяные тельца (эритроциты) начинают делиться, образуя больше клеток, когда организм нуждается в лучшем поглощении кислорода. Точно так же лейкоциты (лейкоциты) размножаются, когда необходимо бороться с инфекцией.

Напротив, некоторые специализированные клетки животных практически не имеют или имеют очень медленный процесс митоза. Примеры этого - нервные клетки и мышечные клетки).

Как правило, это клетки, которые являются частью соединительной и структурной ткани тела и размножение которых необходимо только тогда, когда клетка имеет дефект или повреждение и требует замены.

Регуляция роста и деления клеток.

Система клеточного деления и контроля роста у многоклеточных организмов намного сложнее, чем у одноклеточных. Во втором случае воспроизводство в основном ограничивается наличием ресурсов.

В клетках животных деление приостанавливается до тех пор, пока не появится положительный сигнал для активации этого процесса. Эта активация приходит в виде химических сигналов от соседних клеток. Это позволяет предотвратить неограниченный рост тканей и размножение дефектных клеток, которые могут серьезно навредить жизни организма.

Одним из механизмов, контролирующих размножение клеток, является апоптоз, при котором клетка умирает (из-за выработки определенных белков, активирующих самоуничтожение), если она представляет собой значительный ущерб или заражена вирусом.

Также существует регуляция развития клеток за счет ингибирования факторов роста (например, белков). Таким образом, клетки остаются на границе раздела, не переходя в фазу M клеточного цикла.

Организмы, которые его проводят

Процесс митоза происходит в подавляющем большинстве эукариотических клеток, от одноклеточных организмов, таких как дрожжи, которые используют его в качестве процесса бесполого размножения, до сложных многоклеточных организмов, таких как растения и животные.

Хотя в целом клеточный цикл одинаков для всех эукариотических клеток, существуют заметные различия между одноклеточными и многоклеточными организмами. В первом случае естественный отбор благоприятствует росту и делению клеток. В многоклеточных организмах распространение ограничивается механизмами строгого контроля.

У одноклеточных организмов размножение происходит ускоренно, так как клеточный цикл работает постоянно, а дочерние клетки быстро переходят в митоз, чтобы продолжить этот цикл. В то время как клеткам многоклеточных организмов требуется значительно больше времени, чтобы расти и делиться.

Существуют также некоторые различия между митотическими процессами растительных и животных клеток, так как на некоторых этапах этого процесса, однако в принципе механизм работает аналогичным образом у этих организмов.

Деление клеток в прокариотических клетках

Прокариотическая клетка

Прокариотические клетки обычно растут и делятся быстрее, чем эукариотические клетки.

У организмов с прокариотическими клетками (обычно одноклеточными или в некоторых случаях многоклеточными) отсутствует ядерная мембрана, которая изолирует генетический материал внутри ядра, поэтому он рассредоточен в клетке в области, называемой нуклеоидом. Эти клетки имеют круговую главную хромосому.

Таким образом, деление клеток в этих организмах происходит гораздо более прямолинейно, чем в эукариотических клетках, в которых отсутствует описанный механизм (митоз). В них размножение осуществляется процессом, называемым бинарным делением, когда репликация ДНК начинается в определенном месте на круговой хромосоме (ориджин репликации или OriC).

Затем образуются два источника, которые мигрируют в противоположные стороны клетки по мере репликации, и клетка растягивается в два раза больше своего размера. В конце репликации клеточная мембрана прорастает в цитоплазму, разделяя клетку-предшественницу на двух дочерей с одинаковым генетическим материалом.

Эволюция митоза

Эволюция эукариотических клеток привела к увеличению сложности генома. Это включало разработку более сложных механизмов разделения.

Что предшествовало митозу?

Существуют гипотезы, согласно которым деление бактерий является предшественником митоза. Была обнаружена определенная взаимосвязь между белками, связанными с бинарным делением (которые могут быть теми, которые закрепляют хромосомы на определенных участках плазматической мембраны дочерей) с тубулином и актином в эукариотических клетках.

Некоторые исследования указывают на определенные особенности деления современных одноклеточных протистов. В них ядерная мембрана остается неповрежденной во время митоза. Реплицированные хромосомы остаются прикрепленными к определенным участкам на этой мембране, разделяясь, когда ядро ​​начинает растягиваться во время деления клетки.

Это показывает некоторое совпадение с процессом бинарного деления, когда реплицированные хромосомы прикрепляются к определенным местам на клеточной мембране. Гипотеза предполагает, что протисты, которые проявляют это качество во время деления клеток, могли сохранить эту характеристику предковой прокариотической клетки.

В настоящее время еще не разработано объяснение того, почему в эукариотических клетках многоклеточных организмов необходимо, чтобы ядерная мембрана распадалась в процессе деления клетки.

Ссылки

1. Альбаррасин А. и Телулон А.А. (1993). Теория клетки в XIX веке. Издания АКАЛ.
2. Альбертс, Б., Джонсон, А., Льюис, Дж., Рафф, М., Роберт, К., и Уолтер, П. (2008). Молекулярная биология клетки. Гарланд Наука, Тейлор и Фрэнсис Групп.
3. Кэмпбелл Н. и Рис Дж. (2005). Биология 7- ^е издание, АП.
4. Гриффитс, А.Дж., Левонтин, Р.К., Миллер, Дж. Х., и Сузуки, Д. Т. (1992). Введение в генетический анализ. McGraw-Hill Interamericana.
5. Карп, Г. (2009). Клеточная и молекулярная биология: концепции и эксперименты. Джон Вили и сыновья.
6. Лодиш, Х., Дарнелл, Дж. Э., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригер, М., Скотт, М. П., и Мацудаира, П. (2008). Молекулярно-клеточная биология. Macmillan.
7. Сегура-Вальдес, MDL, Крус-Гомес, SDJ, Лопес-Крус, Р., Завала, Г., и Хименес-Гарсия, Л.Ф. (2008). Визуализация митоза с помощью атомно-силового микроскопа. НАКОНЕЧНИК. Журнал химико-биологических наук, 11 (2), 87-90.