Plik mitoza jest to proces podziału komórki, w którym komórka wytwarza genetycznie identyczne komórki potomne; dla każdej komórki generowane są dwie „córki” z takim samym ładunkiem chromosomów. Podział ten zachodzi w komórkach somatycznych organizmów eukariotycznych..
Proces ten jest jednym z etapów cyklu komórkowego organizmów eukariotycznych, na który składają się 4 fazy: S (synteza DNA), M (podział komórki), G1 i G2 (fazy pośrednie, w których wytwarzane są mRNA i białka). Razem fazy G1, G2 i S są uważane za interfejs. Podział jądrowy i cytoplazmatyczny (mitoza i cytokineza) stanowią ostatni etap cyklu komórkowego.
Na poziomie molekularnym mitoza jest inicjowana przez aktywację kinazy (białka) zwanej MPF (czynnik promujący dojrzewanie) i wynikającą z tego fosforylację znacznej liczby białek składowych komórki. Ta ostatnia umożliwia komórce przedstawienie zmian morfologicznych niezbędnych do przeprowadzenia procesu podziału..
Mitoza jest procesem bezpłciowym, ponieważ komórka progenitorowa i jej córki mają dokładnie tę samą informację genetyczną. Te komórki są znane jako diploidalne, ponieważ przenoszą pełny ładunek chromosomów (2n).
Z drugiej strony mejoza to proces podziału komórek, który prowadzi do rozmnażania płciowego. W tym procesie diploidalna komórka macierzysta replikuje swoje chromosomy, a następnie dzieli się dwa razy z rzędu (bez replikowania swojej informacji genetycznej). Wreszcie generowane są 4 komórki potomne z tylko połową ładunku chromosomalnego, które nazywane są haploidami (n).
Indeks artykułów
Mitoza w organizmach jednokomórkowych generalnie wytwarza komórki potomne bardzo podobne do ich przodków. W przeciwieństwie do tego, podczas rozwoju istot wielokomórkowych proces ten może spowodować powstanie dwóch komórek o różnych cechach (mimo że są genetycznie identyczne)..
To różnicowanie komórek powoduje powstawanie różnych typów komórek, z których składają się organizmy wielokomórkowe..
Podczas życia organizmu cykl komórkowy zachodzi w sposób ciągły, nieustannie tworząc nowe komórki, które z kolei rosną i przygotowują się do podziału poprzez mitozę.
Wzrost i podział komórek są regulowane przez mechanizmy, takie jak apoptoza (programowana śmierć komórki), które pozwalają na utrzymanie równowagi, unikając nadmiernego wzrostu tkanki. W ten sposób zapewnia się, że uszkodzone komórki są zastępowane nowymi, zgodnie z wymaganiami i potrzebami organizmu..
Zdolność do rozmnażania jest jedną z najważniejszych cech wszystkich organizmów (od jednokomórkowych do wielokomórkowych) i komórek, które go tworzą. Ta jakość zapewnia ciągłość informacji genetycznej..
Zrozumienie procesów mitozy i mejozy odegrało fundamentalną rolę w zrozumieniu intrygujących cech komórkowych organizmów. Na przykład właściwość polegająca na utrzymywaniu stałej liczby chromosomów w różnych komórkach u osobnika i między osobnikami tego samego gatunku.
Kiedy doznajemy jakiegoś skaleczenia lub rany na skórze, obserwujemy, jak w ciągu kilku dni uszkodzona skóra regeneruje się. Dzieje się tak dzięki procesowi mitozy.
Ogólnie rzecz biorąc, mitoza przebiega według tej samej sekwencji procesów (faz) we wszystkich komórkach eukariotycznych. W tych fazach w komórce zachodzi wiele zmian morfologicznych. Wśród nich kondensacja chromosomów, pęknięcie błony jądrowej, oddzielenie komórki od macierzy zewnątrzkomórkowej i innych komórek oraz podział cytoplazmy..
W niektórych przypadkach podział jądra i podział cytoplazmatyczny są traktowane jako odrębne fazy (odpowiednio mitoza i cytokineza).
Dla lepszego zbadania i zrozumienia procesu wyznaczono sześć (6) faz, zwanych: profazą, prometafazą, metafazą, anafazą i telofazą, traktując cytokinezę jako szóstą fazę, która zaczyna się rozwijać podczas anafazy.
Fazy te badano od XIX wieku pod mikroskopem świetlnym, dzięki czemu można je dziś łatwo rozpoznać dzięki cechom morfologicznym komórki, takim jak kondensacja chromosomów i tworzenie się wrzeciona mitotycznego..
Profaza jest pierwszą widoczną manifestacją podziału komórek. W tej fazie wygląd chromosomów można postrzegać jako formy rozróżnialne ze względu na postępujące zagęszczanie chromatyny. Ta kondensacja chromosomów rozpoczyna się od fosforylacji cząsteczek histonu H1 przez kinazę MPF..
Proces kondensacji polega na skurczu, a tym samym na zmniejszeniu wielkości chromosomów. Dzieje się tak z powodu zwijania się włókien chromatyny, tworząc łatwiejsze do przemieszczenia struktury (chromosomy mitotyczne).
Chromosomy poprzednio zduplikowane w okresie S cyklu komórkowego przybierają dwuniciowy wygląd, zwany chromatydami siostrzanymi, nici te są utrzymywane razem przez region zwany centromer. W tej fazie zanikają również jąderka.
Podczas profazy powstaje wrzeciono mitotyczne, złożone z mikrotubul i białek, które tworzą zestaw włókien.
W miarę formowania się wrzeciona mikrotubule cytoszkieletu są demontowane (poprzez dezaktywację białek, które utrzymują ich strukturę), dostarczając niezbędnego materiału do powstania wspomnianego wrzeciona mitotycznego..
Centrosom (bezbłonowe organelle, funkcjonujące w cyklu komórkowym), powielone na granicy faz, działa jako jednostka montażowa mikrotubul wrzeciona. W komórkach zwierzęcych centrosom ma w środku parę centrioli; ale są one nieobecne w większości komórek roślinnych.
Zduplikowane centrosomy zaczynają się od siebie oddzielać, podczas gdy mikrotubule wrzeciona gromadzą się w każdym z nich, rozpoczynając migrację w kierunku przeciwnych końców komórki..
Pod koniec profazy rozpoczyna się pękanie otoczki jądrowej, zachodzące w oddzielnych procesach: demontażu porów jądra, blaszki jądrowej i błon jądrowych. Ta przerwa pozwala mitotycznemu wrzecionowi i chromosomom na rozpoczęcie interakcji..
Na tym etapie otoczka jądrowa została całkowicie pofragmentowana, więc mikrotubule wrzeciona atakują ten obszar, oddziałując z chromosomami. Oddzieliły się dwa centrosomy, z których każdy znajduje się na biegunach wrzeciona mitotycznego, na przeciwnych końcach komórek..
Teraz wrzeciono mitotyczne zawiera mikrotubule (które rozciągają się od każdego centrosomu do środka komórki), centrosomy i parę astrów (struktury z radialnym rozmieszczeniem krótkich mikrotubul, które rozwijają się z każdego centrosomu)..
Każda z chromatyd rozwinęła wyspecjalizowaną strukturę białkową, zwaną kinetochorem, zlokalizowaną w centromerze. Te kinetochory są zlokalizowane w przeciwnych kierunkach i niektóre mikrotubule, zwane mikrotubulami kinetochoru, przylegają do nich..
Te mikrotubule, przyłączone do kinetochoru, zaczynają przesuwać się do chromosomu, od końca którego rozciągają; niektórzy z jednego bieguna, a inni z przeciwnego bieguna. Stwarza to efekt „przyciągania i kurczenia”, który po ustabilizowaniu pozwala chromosomowi znaleźć się pomiędzy końcami komórki..
W metafazie centrosomy znajdują się na przeciwnych końcach komórek. Wrzeciono wykazuje wyraźną strukturę, w środku której znajdują się chromosomy. Centromery tych chromosomów są przymocowane do włókien i ustawione w wyimaginowanej płaszczyźnie zwanej płytką metafazową..
Kinetochory chromatydowe pozostają przyłączone do mikrotubul kinetochoru. Mikrotubule, które nie przylegają do kinetochorów i rozciągają się od przeciwnych biegunów wrzeciona, oddziałują teraz ze sobą. W tym momencie mikrotubule astry stykają się z błoną plazmatyczną..
Ten wzrost i wzajemne oddziaływanie mikrotubul dopełnia strukturę wrzeciona mitotycznego i nadaje mu wygląd „klatki dla ptaków”..
Morfologicznie ta faza jest fazą najmniej zmian, dlatego została uznana za fazę spoczynku. Jednak choć nie są one łatwo zauważalne, zachodzi w nim wiele ważnych procesów, poza tym, że są najdłuższym etapem mitozy.
Podczas anafazy każda para chromatyd zaczyna się rozdzielać (z powodu inaktywacji białek, które je trzymają). Oddzielne chromosomy przemieszczają się na przeciwległe końce komórki.
Ten ruch migracyjny jest spowodowany skróceniem mikrotubul kinetochoru, generującym efekt „przyciągania”, który powoduje, że każdy chromosom przemieszcza się od swojego centromeru. W zależności od umiejscowienia centromeru na chromosomie może przybierać określony kształt V lub J podczas przemieszczania..
Mikrotubule, które nie przylegają do kinetochoru, rosną i wydłużają się dzięki adhezji tubuliny (białka) i działaniu poruszających się po nich białek motorycznych, umożliwiając zatrzymanie kontaktu między nimi. Gdy oddalają się od siebie, bieguny wrzeciona również robią, wydłużając komórkę.
Pod koniec tej fazy grupy chromosomów znajdują się na przeciwnych końcach wrzeciona mitotycznego, pozostawiając na każdym końcu komórki kompletny i równoważny zestaw chromosomów..
Telofaza to ostatnia faza podziału jądra. Mikrotubule Kinetochore rozpadają się, podczas gdy mikrotubule polarne wydłużają się dalej.
Błona jądrowa zaczyna tworzyć się wokół każdego zestawu chromosomów, wykorzystując jądra otoczki komórki progenitorowej, które były jak pęcherzyki w cytoplazmie.
Na tym etapie chromosomy znajdujące się na biegunach komórki ulegają całkowitej dekondensacji w wyniku defosforylacji cząsteczek histonów (H1). Tworzenie elementów błony jądrowej jest kierowane przez kilka mechanizmów.
Podczas anafazy wiele fosforylowanych białek w profazie zaczęło defosforylować. Dzięki temu na początku telofazy pęcherzyki jądrowe zaczynają się ponownie składać, łącząc się z powierzchnią chromosomów..
Z drugiej strony, pory jądra są ponownie składane, co umożliwia pompowanie białek jądrowych. Białka blaszki jądrowej są defosforylowane, co pozwala im na ponowne połączenie się, aby zakończyć tworzenie tej blaszki.
Wreszcie, po całkowitym zdekondensowaniu chromosomów, wznawia się syntezę RNA, tworząc ponownie jądra i tym samym kończąc tworzenie nowych jąder międzyfazowych komórek potomnych..
Cytokineza jest traktowana jako odrębne wydarzenie od podziału jądra i zwykle w typowych komórkach proces podziału cytoplazmatycznego towarzyszy każdej mitozie, począwszy od anafazy. Kilka badań wykazało, że w niektórych zarodkach przed podziałem cytoplazmatycznym zachodzi wiele podziałów jądrowych.
Proces rozpoczyna się pojawieniem się rowka lub szczeliny zaznaczonej w płaszczyźnie płytki metafazowej, zapewniając podział na grupy chromosomów. Miejsce szczeliny jest wskazywane przez wrzeciono mitotyczne, mikrotubule astry.
W zaznaczonej szczelinie znajduje się szereg mikrowłókien tworzących pierścień skierowany w stronę cytoplazmatycznej strony błony komórkowej, składający się głównie z aktyny i miozyny. Białka te oddziałują ze sobą, umożliwiając skurcz pierścienia wokół rowka..
Skurcz ten jest generowany przez ślizganie się włókien tych białek podczas interakcji ze sobą w taki sam sposób, jak na przykład w tkankach mięśniowych..
Skurcz pierścienia pogłębia się, wywołując efekt „zaciskania”, który ostatecznie dzieli komórkę progenitorową, umożliwiając oddzielenie komórek potomnych wraz z ich rozwijającą się zawartością cytoplazmatyczną..
Komórki roślinne mają ścianę komórkową, więc ich proces podziału cytoplazmatycznego różni się od opisanego wcześniej i rozpoczyna się w telofazie..
Tworzenie nowej ściany komórkowej rozpoczyna się, gdy mikrotubule resztkowego wrzeciona są złożone, tworząc fragmoplast. Ta cylindryczna struktura składa się z dwóch zestawów mikrotubul, które są połączone na końcach i których bieguny dodatnie są osadzone w płytce elektronicznej w płaszczyźnie równikowej..
Małe pęcherzyki z aparatu Golgiego, wypełnione prekursorami ściany komórkowej, wędrują przez mikrotubule fragmoplastu do obszaru równikowego, łącząc się, tworząc płytkę komórkową. Zawartość pęcherzyków jest wydzielana do tej płytki w miarę jej wzrostu.
Ta płytka rośnie, łącząc się z błoną plazmatyczną wzdłuż obwodu komórki. Dzieje się tak z powodu ciągłego przegrupowania mikrotubul fragmoplastu na obrzeżach płytki, umożliwiając większej liczbie pęcherzyków przemieszczanie się w kierunku tej płaszczyzny i opróżnianie ich zawartości..
W ten sposób następuje separacja cytoplazmatyczna komórek potomnych. Wreszcie, zawartość płytki komórkowej wraz z zawartymi w niej mikrowłóknami celulozowymi pozwala na dokończenie tworzenia nowej ściany komórkowej..
Mitoza jest mechanizmem podziału komórek i stanowi część jednej z faz cyklu komórkowego u eukariotów. W prosty sposób możemy powiedzieć, że główną funkcją tego procesu jest rozmnażanie się komórki w dwóch komórkach potomnych.
Dla organizmów jednokomórkowych podział komórkowy to generowanie nowych osobników, natomiast dla organizmów wielokomórkowych proces ten jest elementem wzrostu i prawidłowego funkcjonowania całego organizmu (podział komórkowy generuje rozwój tkanek i utrzymanie struktur).
Proces mitozy jest aktywowany zgodnie z wymaganiami organizmu. Na przykład u ssaków czerwone krwinki (erytrocyty) zaczynają się dzielić, tworząc więcej komórek, gdy organizm potrzebuje lepszego poboru tlenu. Podobnie, białe krwinki (leukocyty) rozmnażają się, gdy konieczne jest zwalczenie infekcji..
W przeciwieństwie do niektórych wyspecjalizowanych komórek zwierzęcych praktycznie nie ma procesu mitozy lub jest on bardzo powolny. Przykładami tego są komórki nerwowe i komórki mięśniowe).
Ogólnie są to komórki, które są częścią tkanki łącznej i strukturalnej organizmu i których rozmnażanie jest konieczne tylko wtedy, gdy komórka ma defekt lub uszkodzenie i wymaga wymiany.
System podziału i kontroli wzrostu komórek jest znacznie bardziej złożony w organizmach wielokomórkowych niż w jednokomórkowych. W tym drugim przypadku reprodukcja jest zasadniczo ograniczona dostępnością zasobów.
W komórkach zwierzęcych podział zostaje zatrzymany do momentu pojawienia się pozytywnego sygnału, który aktywuje ten proces. Ta aktywacja ma postać sygnałów chemicznych z sąsiednich komórek. Pozwala to zapobiegać nieograniczonemu wzrostowi tkanek i rozmnażaniu się wadliwych komórek, które mogą poważnie zaszkodzić życiu organizmu.
Jednym z mechanizmów kontrolujących namnażanie się komórek jest apoptoza, w której komórka umiera (w wyniku produkcji określonych białek aktywujących autodestrukcję), jeśli wykazuje znaczne uszkodzenia lub jest zakażona wirusem.
Istnieje również regulacja rozwoju komórek poprzez hamowanie czynników wzrostu (takich jak białka). Zatem komórki pozostają na granicy faz, bez przechodzenia do fazy M cyklu komórkowego..
Proces mitozy zachodzi w zdecydowanej większości komórek eukariotycznych, od organizmów jednokomórkowych, takich jak drożdże, które wykorzystują go jako proces rozmnażania bezpłciowego, po złożone organizmy wielokomórkowe, takie jak rośliny i zwierzęta..
Chociaż ogólnie cykl komórkowy jest taki sam dla wszystkich komórek eukariotycznych, istnieją znaczne różnice między organizmami jednokomórkowymi i wielokomórkowymi. W pierwszym przypadku wzrostowi i podziałowi komórek sprzyja dobór naturalny. W organizmach wielokomórkowych proliferacja jest ograniczona przez ścisłe mechanizmy kontrolne.
W organizmach jednokomórkowych rozmnażanie zachodzi w sposób przyspieszony, ponieważ cykl komórkowy przebiega w sposób ciągły, a komórki potomne szybko rozpoczynają mitozę, aby kontynuować ten cykl. Natomiast komórki organizmów wielokomórkowych rosną i dzielą się znacznie dłużej.
Istnieją również pewne różnice między procesami mitotycznymi komórek roślinnych i zwierzęcych, ponieważ w niektórych fazach tego procesu, jednak w zasadzie mechanizm działa podobnie w tych organizmach..
Komórki prokariotyczne generalnie rosną i dzielą się szybciej niż komórki eukariotyczne.
Organizmy z komórkami prokariotycznymi (zazwyczaj jednokomórkowe lub w niektórych przypadkach wielokomórkowe) nie posiadają błony jądrowej, która izoluje materiał genetyczny w jądrze, więc jest on rozproszony w komórce, w obszarze zwanym nukleoidem. Te komórki mają okrągły główny chromosom.
Podział komórek w tych organizmach jest więc znacznie bardziej bezpośredni niż w komórkach eukariotycznych, pozbawionych opisanego mechanizmu (mitozy). W nich rozmnażanie odbywa się w procesie zwanym rozszczepieniem binarnym, w którym replikacja DNA rozpoczyna się w określonym miejscu na chromosomie kołowym (początek replikacji lub OriC)..
Następnie powstają dwa źródła, które migrują na przeciwne strony komórki w miarę replikacji, a komórka rozciąga się dwukrotnie. Pod koniec replikacji błona komórkowa wrasta do cytoplazmy, dzieląc komórkę progenitorową na dwie córki o tym samym materiale genetycznym.
Ewolucja komórek eukariotycznych przyniosła ze sobą wzrost złożoności genomu. Wiązało się to z opracowaniem bardziej rozbudowanych mechanizmów podziału.
Istnieją hipotezy, które sugerują, że podział bakteryjny jest poprzednim mechanizmem mitozy. Stwierdzono pewien związek między białkami związanymi z rozszczepieniem binarnym (które mogą być tymi, które zakotwiczają chromosomy w określonych miejscach na błonie komórkowej córek) z tubuliną i aktyną w komórkach eukariotycznych..
Niektóre badania wskazują na pewne osobliwości w podziale współczesnych jednokomórkowych protistów. W nich błona jądrowa pozostaje nienaruszona podczas mitozy. Zreplikowane chromosomy pozostają zakotwiczone w pewnych miejscach na tej błonie, rozdzielając się, gdy jądro zaczyna się rozciągać podczas podziału komórki..
Wskazuje to na pewną zbieżność z procesem rozszczepienia binarnego, w którym zreplikowane chromosomy przyczepiają się do określonych miejsc na błonie komórkowej. Hipoteza zakłada następnie, że protisty, które prezentują tę cechę podczas podziału komórki, mogły zachować tę cechę prokariotycznej komórki przodków..
Obecnie nie opracowano jeszcze wyjaśnień, dlaczego w komórkach eukariotycznych organizmów wielokomórkowych konieczna jest dezintegracja błony jądrowej w procesie podziału komórki..
Jeszcze bez komentarzy