Mythoses-fasen en hun kenmerken, functies en organismen



de mitosis het is een proces van celdeling, waarbij een cel genetisch identieke dochtercellen produceert; voor elke cel worden twee "dochters" met dezelfde chromosoomlading gegenereerd. Deze deling vindt plaats in de somatische cellen van eukaryote organismen.

Dit proces is een van de stadia van de celcyclus van eukaryote organismen, die bestaat uit 4 fasen: S (DNA-synthese), M (celdeling), G1 en G2 (tussenliggende fasen waarin mRNA's en eiwitten worden geproduceerd) . Samen worden de fasen G1, G2 en S beschouwd als een interface. De nucleaire en cytoplasmatische divisie (mitose en cytokinese) vormen de laatste fase van de celcyclus.

Op moleculair niveau wordt mitose geïnitieerd door de activering van een kinase (eiwit) genaamd MPF (Maturation Promoting Factor) en de daaruit volgende fosforylering van een aanzienlijk aantal eiwitcomponenten van de cel. Met dit laatste kan de cel de morfologische veranderingen presenteren die nodig zijn om het delingproces uit te voeren.

Mitose is een aseksueel proces, omdat de progenitorcel en zijn dochters exact dezelfde genetische informatie hebben. Deze cellen staan ​​bekend als diploïden omdat ze de volledige chromosomale lading dragen (2n).

Meiose, aan de andere kant, is het proces van celdeling dat aanleiding geeft tot seksuele reproductie. In dit proces repliceert een diploïde stamcel zijn chromosomen en verdeelt deze vervolgens twee keer achter elkaar (zonder de genetische informatie te repliceren). Ten slotte worden 4 dochtercellen gegenereerd met slechts de helft van de chromosoomlading, die haploïde (n) wordt genoemd.

index

  • 1 Algemeenheden van mitose
  • 2 Wat is de relevantie van dit proces?
  • 3 fasen en hun kenmerken
    • 3.1 Profase
    • 3.2 Prometafase
    • 3.3 Metafase
    • 3.4 Anafase
    • 3.5 Telofase
    • 3.6 Cytokinese
    • 3.7 Cytokinese in plantencellen
  • 4 functies
  • 5 Regulering van celgroei en -deling.
  • 6 Organisaties die het uitvoeren
  • 7 Celdeling in prokaryotische cellen
  • 8 Evolutie van mitose
    • 8.1 Wat ging er aan de mitose vooraf?
  • 9 Referenties

Algemeenheden van mitose

Mitose in eencellige organismen produceert meestal dochtercellen die erg op hun voorouders lijken. Daarentegen, tijdens de ontwikkeling van meercellige wezens, kan dit proces ontstaan ​​uit twee cellen met een aantal verschillende kenmerken (ondanks dat ze genetisch identiek zijn).

Deze celdifferentiatie geeft aanleiding tot de verschillende celtypen waaruit de meercellige organismen bestaan.

Tijdens het leven van een organisme vindt de celcyclus continu plaats, waarbij voortdurend nieuwe cellen worden gevormd die op hun beurt groeien en zich voorbereiden om door mitose te delen.

Groei en celdeling worden gereguleerd door mechanismen, zoals apoptose (geprogrammeerde celdood), waardoor een evenwicht kan worden gehandhaafd, waardoor overmatige groei van weefsels wordt voorkomen. Op deze manier wordt verzekerd dat de defecte cellen worden vervangen door nieuwe cellen, volgens de vereisten en behoeften van het organisme.

Wat is de relevantie van dit proces?

Het vermogen om zich voort te planten is een van de belangrijkste kenmerken van alle organismen (van eencellig tot multicellulair) en de cellen waaruit het bestaat. Met deze kwaliteit kunt u de continuïteit van uw genetische informatie garanderen.

Het begrijpen van de processen van mitose en meiose hebben een fundamentele rol gespeeld bij het begrijpen van de intrigerende cellulaire eigenschappen van organismen. Bijvoorbeeld de eigenschap om het aantal chromosomen constant te houden van de ene cel naar de andere binnen een individu, en tussen individuen van dezelfde soort.

Wanneer we last hebben van een soort snijwond of wond in onze huid, zien we hoe de beschadigde huid binnen enkele dagen herstelt. Dit gebeurt dankzij het proces van mitose.

Fasen en hun kenmerken

In het algemeen volgt mitose dezelfde sequentie van processen (fasen) in alle eukaryote cellen. In deze fasen vinden veel morfologische veranderingen in de cel plaats. Onder hen de condensatie van de chromosomen, breuk van het kernmembraan, scheiding van de cel van de extracellulaire matrix en van andere cellen, en de verdeling van het cytoplasma.

In sommige gevallen worden nucleaire en cytoplasmatische deling beschouwd als afzonderlijke fasen (mitose en cytokinese, respectievelijk).

Voor een betere studie en beter begrip van het proces zijn zes (6) fasen aangewezen, genaamd: profase, prometafase, metafase, anafase en telofase, waarbij cytokinese wordt beschouwd als een zesde fase, die zich tijdens de anafase begint te ontwikkelen..

Deze fasen zijn sinds de negentiende eeuw bestudeerd met behulp van de lichtmicroscoop, zodat ze tegenwoordig gemakkelijk herkenbaar zijn volgens de morfologische kenmerken van de cel, zoals chromosoomcondensatie en de vorming van de mitotische spil..

profase

De profase is de eerste zichtbare manifestatie van celdeling. In deze fase kun je het uiterlijk van chromosomen zien als te onderscheiden vormen, vanwege de toenemende verdichting van chromatine. Deze condensatie van de chromosomen begint met de fosforylatie van histon Hl-moleculen door de MPF-kinase.

Het condensatieproces bestaat uit de contractie en dus de vermindering van de grootte van de chromosomen. Dit gebeurt als gevolg van het opwikkelen van de chromatinevezels, waardoor gemakkelijker verplaatsbare structuren (mitotische chromosomen) worden gevormd.

Chromosomen werden eerder gedupliceerd tijdens de S-periode van de celcyclus, kregen een dubbel filament uiterlijk, zogenoemde zusterchromatiden, en deze filamenten worden bij elkaar gehouden door een gebied dat centromeer wordt genoemd. In deze fase verdwijnt ook de nucleoli.

Vorming van de mitotische spil

Tijdens de profase wordt de mitotische spil gevormd, bestaande uit microtubuli en eiwitten die een set vezels vormen.

Terwijl de spil wordt gevormd, worden de microtubules van het cytoskelet gedemonteerd (door de eiwitten die hun structuur behouden te deactiveren), waardoor het noodzakelijke materiaal wordt verschaft voor de vorming van de mitotische spindel.

Het centrosoom (een organel zonder membraan, functioneel in de celcyclus), gedupliceerd aan de interface, fungeert als de assemblage-eenheid van de spilmicrotubules. In dierlijke cellen heeft het centrosoom een ​​paar centriolen in het midden; maar deze zijn afwezig in de meeste plantencellen.

De gedupliceerde centrosomes beginnen van elkaar te scheiden terwijl de microtubules van de spil in elk van hen worden geassembleerd, en beginnen te migreren naar tegenovergestelde uiteinden van de cel.

Aan het einde van de profase begint de breuk van de nucleaire enveloppe, die optreedt in afzonderlijke processen: de demontage van de kernporie, de nucleaire lamina en de kernmembranen. Door deze breuk kunnen de mitotische spil en de chromosomen met elkaar interacteren.

prometaphase

In deze fase is de nucleaire envelop volledig gefragmenteerd, dus de spilmicrotubules dringen dit gebied binnen, in wisselwerking met de chromosomen. De twee centrosomen zijn gescheiden, elk gelokaliseerd aan de polen van de mitotische spil, aan tegenovergestelde uiteinden van de cellen.

Nu bevat de mitotische spil microtubules (die zich uitstrekken van elk centrosoom tot het midden van de cel), centrosomen en een paar asters (structuren met radiale verdeling van korte microtubules, die zich vanuit elk centrosoom ontvouwen).

De chromatiden ontwikkelden elk, een gespecialiseerde eiwitstructuur, genaamd kinetochore, gelokaliseerd in de centromeer. Deze kinetochoren bevinden zich in tegenovergestelde richtingen en enkele microtubuli, genaamd kinetochore-microtubuli, hechten eraan..

Deze aan de kinetochore gehechte microtubuli beginnen te bewegen naar het chromosoom vanaf het einde waarvan ze zich uitstrekken; sommigen van één paal en anderen van de tegenovergestelde pool. Dit creëert een "pull and shrink" -effect dat, wanneer gestabiliseerd, het mogelijk maakt dat het chromosoom tussen de uiteinden van de cel terechtkomt.

metafase

In de metafase bevinden de centrosomen zich aan tegenovergestelde uiteinden van de cellen. De spindel vertoont een heldere structuur, in het midden waarvan de chromosomen zich bevinden. De centromeren van de chromosomen worden aan de vezels gefixeerd en in een denkbeeldig vlak met de naam metafaseplaat uitgelijnd.

De kinetochoren van de chromatiden zijn nog steeds verbonden aan de kinetochoor microtubules. De microtubuli die niet aan de kinetochoren hechten en zich uitstrekken vanaf tegenovergestelde polen van de spil, werken nu met elkaar samen. Op dit punt staan ​​de microtubuli van de asters in contact met het plasmamembraan.

Deze groei en interactie van microtubuli, voltooit de structuur van de mitotische spil en geeft het een "vogelkooi" uiterlijk..

Morfologisch gezien is deze fase degene die minder veranderingen lijkt, dus het werd beschouwd als een rustfase. Hoewel ze niet gemakkelijk op te merken zijn, komen er veel belangrijke processen in voor, evenals het langste stadium van mitose..

anafase

Tijdens de anafase begint elk paar chromatiden te scheiden (door de eiwitten die ze bij elkaar houden te inactiveren). Gescheiden chromosomen bewegen naar tegenovergestelde uiteinden van de cel.

Deze migratiebeweging is het gevolg van het korter worden van de kinetochoor-microtubuli, waardoor een "pull" -effect wordt gegenereerd dat ervoor zorgt dat elk chromosoom zich verplaatst van zijn centromeer. Afhankelijk van de locatie van de centromeer op het chromosoom, kan het tijdens zijn verplaatsing een specifieke vorm aannemen als V of J..

Microtubuli niet gehecht aan de kinetochoor, groeien en langwerpig door adhesie van tubuline (eiwit) en door de werking van motoreiwitten die daarop bewegen, waardoor het contact tussen hen kan stoppen. Terwijl ze zich van elkaar verwijderen, doen de polen van de spil dat ook, waardoor de cel langer wordt.

Aan het einde van deze fase bevinden groepen chromosomen zich aan tegenovergestelde uiteinden van de mitotische spil, zodat elk uiteinde van de cel overblijft met een complete en equivalente reeks chromosomen..

telofase

Telofase is de laatste fase van de nucleaire divisie. De kinetochoor microtubules desintegreren terwijl de polaire microtubuli langer worden.

Het kernmembraan begint zich rond elke set chromosomen te vormen, met behulp van de nucleaire enveloppen van de progenitorcel, die als vesicles in het cytoplasma waren.

In dit stadium worden de chromosomen die in de cellulaire polen zitten volledig gedecondenseerd vanwege de defosforylatie van de histon (H1) moleculen. De vorming van de elementen van het kernmembraan wordt gestuurd door verschillende mechanismen.

Tijdens de anafase werden veel van de gefosforyleerde eiwitten in de profase gedefosforyleerd. Dit maakt het mogelijk dat aan het begin van de telofase de nucleaire blaasjes zich beginnen te herstellen, associëren met het oppervlak van de chromosomen.

Anderzijds wordt de nucleaire porie opnieuw samengesteld waardoor het pompen van nucleaire eiwitten mogelijk wordt. De eiwitten van de nucleaire lamina worden gedefosforyleerd, waardoor ze weer kunnen associëren, om de vorming van de nucleaire lamina te voltooien..

Uiteindelijk, nadat de chromosomen volledig zijn gedecondenseerd, wordt de RNA-synthese opnieuw geïnitieerd, vormt de nucleoli opnieuw en voltooit de vorming van de nieuwe interfase-kernen van de dochtercellen.

cytokinese

Cytokinese wordt als een gebeurtenis apart van de nucleaire divisie genomen, en gewoonlijk in kenmerkende cellen vergezelt het proces van cytoplasmatische deling elke mitose, beginnend in de anafase. Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat in sommige embryo's meerdere nucleaire delingen plaatsvinden vóór de cytoplasmatische deling.

Het proces begint met het verschijnen van een groef of groef die is gemarkeerd in het vlak van de metafaseplaat, om ervoor te zorgen dat de scheiding plaatsvindt tussen groepen chromosomen. De plaats van de spleet wordt specifiek aangegeven door de mitotische spil, de microtubuli van de asters.

In de gemarkeerde spleet bevindt zich een reeks microfilamenten die een ring vormen gericht tegen de cytoplasmatische zijde van het celmembraan, grotendeels samengesteld uit actine en myosine. Deze eiwitten interageren met elkaar waardoor de samentrekking van de ring rond de groef mogelijk wordt.

Deze samentrekking wordt gegenereerd door het glijden van de filamenten van deze eiwitten, wanneer ze op elkaar inwerken, op dezelfde manier als ze bijvoorbeeld in spierweefsel doen.

De samentrekking van de ring wordt verdiept door een "klemmend" effect uit te oefenen dat uiteindelijk de voorlopercel verdeelt, waardoor de dochtercellen kunnen worden gescheiden, met hun ontwikkelende cytoplasmatische inhoud.

Cytokinese in plantencellen

Plantencellen hebben een celwand, dus hun cytoplasmatische proces is anders dan eerder beschreven en begint in telofase.

De vorming van een nieuwe celwand begint wanneer de microtubules van de restspil worden geassembleerd en de fragmoplast vormen. Deze cilindrische structuur wordt gevormd door twee sets microtubuli die aan hun uiteinden zijn verbonden en waarvan de positieve polen zijn ingebed in een elektronische plaat in het equatoriale vlak.

Kleine vesikels van het Golgi-apparaat, vol met voorlopers van de celwand, bewegen door de microtubules van de fragmoplast naar het equatoriale gebied, en combineren om een ​​celplaat te vormen. De inhoud van de blaasjes wordt afgezonderd in deze plaat terwijl deze groeit.

Deze plaat groeit en versmelt met het plasmamembraan langs de omtrek van de cel. Dit gebeurt als gevolg van de constante herschikking van de microtubuli van de fragmoplast in de periferie van de plaat, waardoor meer vesikels naar dit vlak kunnen bewegen en hun inhoud kunnen ledigen.

Op deze manier vindt de cytoplasmatische scheiding van dochtercellen plaats. Eindelijk laat de inhoud van de celplaat samen met de cellulosemicrofibers erin, de vorming van de nieuwe celwand af.

functies

Mitose is een mechanisme van deling in cellen en maakt deel uit van een van de fasen van de celcyclus in eukaryoten. Op een eenvoudige manier kunnen we zeggen dat de hoofdfunctie van dit proces de reproductie van een cel in twee dochtercellen is.

Voor eencellige organismen betekent celdeling het genereren van nieuwe individuen, terwijl dit voor multicellulaire organismen deel uitmaakt van de groei en de goede werking van het hele organisme (celdeling genereert weefselontwikkeling en onderhoud van structuren).

Het mitoseproces wordt geactiveerd volgens de vereisten van het organisme. Bij zoogdieren beginnen bijvoorbeeld rode bloedcellen (erythrocyten) zich te delen en meer cellen te vormen, wanneer het lichaam een ​​betere zuurstofopname nodig heeft. Evenzo reproduceren witte bloedcellen (leukocyten) wanneer het nodig is om een ​​infectie te bestrijden.

In tegenstelling hiermee missen sommige gespecialiseerde dierlijke cellen praktisch het proces van mitose of is het zeer langzaam. Een voorbeeld hiervan zijn zenuwcellen en spiercellen).

Over het algemeen zijn het cellen die deel uitmaken van het bindweefsel en het structurele weefsel van het organisme en waarvan de reproductie alleen nodig is als een cel een defect of verslechtering vertoont en moet worden vervangen.

Regulatie van celgroei en -deling.

Het controlesysteem van groei en celdeling is veel complexer in meercellige organismen dan in eencellige organismen. In het laatste geval wordt de reproductie in principe beperkt door de beschikbaarheid van middelen.

In dierlijke cellen wordt de deling gestopt totdat er een positief signaal is dat dit proces activeert. Deze activering komt in de vorm van chemische signalen van naburige cellen. Dit staat toe om de onbeperkte groei van weefsels en de reproductie van defecte cellen te voorkomen, die de levensduur van het organisme ernstig kunnen schaden.

Een van de mechanismen die celvermenigvuldiging regelen is apoptose, waarbij een cel sterft (door de productie van bepaalde eiwitten die zelfvernietiging activeren) als deze aanzienlijke schade vertoont of is geïnfecteerd door een virus.

Er is ook de regulatie van celontwikkeling door de remming van groeifactoren (zoals eiwitten). De cellen blijven dus in de interface, zonder door te gaan naar de M-fase van de celcyclus.

Organismen die het uitvoeren

Het mitoseproces wordt uitgevoerd in de overgrote meerderheid van eukaryotische cellen, van eencellige organismen zoals gist, die het gebruiken als aseksueel voortplantingsproces, tot complexe meercellige organismen zoals planten en dieren.

Hoewel de celcyclus over het algemeen hetzelfde is voor alle eukaryote cellen, zijn er opmerkelijke verschillen tussen eencellige en meercellige organismen. In het eerste geval wordt de groei en verdeling van de cellen begunstigd door natuurlijke selectie. In multicellulaire organismen wordt de proliferatie beperkt door strikte controlemechanismen.

In eencellige organismen vindt de voortplanting versneld plaats, omdat de celcyclus constant in werking is en de dochtercellen zich snel in de richting van mitose begeven om door te gaan met deze cyclus. Terwijl de cellen van multicellulaire organismen aanzienlijk langer nodig hebben om te groeien en te delen.

Er zijn ook enkele verschillen tussen de mitotische processen van plantaardige en dierlijke cellen, zoals in sommige van de fasen van dit proces, maar in principe werkt het mechanisme op een vergelijkbare manier in deze organismen.

Celdeling in prokaryotische cellen

In het algemeen groeien en delen prokaryotische cellen sneller dan eukaryotische cellen.

Organismen met prokaryotische cellen (meestal eencellig of in sommige gevallen multicellulair) missen een kernmembraan dat het genetische materiaal in een kern isoleert, dus wordt het in de cel verspreid in een gebied dat nucleoid wordt genoemd. Deze cellen hebben een cirkelvormig hoofdchromosoom.

De celdeling in deze organismen is dan veel directer dan in eukaryote cellen, zonder het beschreven mechanisme (mitose). Hierin wordt de reproductie uitgevoerd door een proces dat binaire fissie wordt genoemd, waarbij de DNA-replicatie begint op een specifieke plaats van het circulaire chromosoom (oorsprong van replicatie of OriC).

Er worden dan twee oorsprongen gevormd die migreren naar tegenovergestelde zijden van de cel wanneer replicatie optreedt, en de cel strekt zich uit tot tweemaal de afmeting ervan. Aan het einde van de replicatie groeit het celmembraan in het cytoplasma, waardoor de voorlopercel wordt opgesplitst in twee dochters met hetzelfde genetische materiaal.

Evolutie van mitose

De evolutie van eukaryote cellen bracht de toename van de complexiteit in het genoom met zich mee. Dit omvatte de ontwikkeling van meer uitgebreide afdelingsmechanismen.

Wat ging er aan de mitose vooraf?

Er zijn hypotheses die stellen dat de bacteriële divisie het voorlopermechanisme van mitose is. Er is een verband gevonden tussen de eiwitten die geassocieerd zijn met binaire splitsing (die de chromosomen kunnen verankeren op specifieke plaatsen van het plasmamembraan van de dochter) met het tubuline en actine van eukaryotische cellen.

Sommige studies wijzen op bepaalde eigenaardigheden in de verdeling van moderne eencellige protisten. In hen blijft het kernmembraan intact tijdens mitose. De gerepliceerde chromosomen blijven verankerd aan bepaalde plaatsen van dit membraan, die zich scheiden wanneer de kern begint uit te rekken tijdens celdeling.

Dit laat een samenloop zien met het proces van binaire splitsing, waarbij de gerepliceerde chromosomen zich hechten aan bepaalde plaatsen op het celmembraan. De hypothese stelt dan dat protisten die deze kwaliteit tijdens hun celdeling presenteren, dit kenmerk van een voorouderlijke cel van het prokaryote type hadden kunnen behouden.

Op dit moment zijn er nog geen verklaringen ontwikkeld waarom in de eukaryote cellen van multicellulaire organismen het nodig is dat het kernmembraan uiteenvalt tijdens het proces van celdeling.

referenties

  1. Albarracín, A., & Telulón, A.A. (1993). Celtheorie in de negentiende eeuw. AKAL-edities.
  2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Moleculaire biologie van de cel. Garland Science, Taylor and Francis Group.
  3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Biologie 7th editie, AP.
  4. Griffiths, A.J., Lewontin, R.C., Miller, J.H., & Suzuki, D.T. (1992). Inleiding tot genetische analyse. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Karp, G. (2009). Cel- en moleculaire biologie: concepten en experimenten. John Wiley & Sons.
  6. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P., & Matsudaira, P. (2008). Molleculaire celbiologie. Macmillan.
  7. Segura-Valdez, M.D. L., Cruz-Gómez, S.D. J., López-Cruz, R., Zavala, G., en Jiménez-García, L.F. (2008). Visualisatie van mitose met de atoomkrachtmicroscoop. TIP. Tijdschrift gespecialiseerd in chemisch-biologische wetenschappen, 11 (2), 87-90.