MITÓZA: FÁZY A ICH VLASTNOSTI, FUNKCIE A ORGANIZMY - BIOLÓGIE

Mitóza je bunkové delenie proces, kde bunka produkuje geneticky identické dcérske bunky; pre každú bunku sa generujú dve „dcéry“ s rovnakou chromozomálnou záťažou. Toto delenie sa uskutočňuje v somatických bunkách eukaryotických organizmov.

Tento proces je jedným zo stupňov bunkového cyklu eukaryotických organizmov, ktorý pozostáva zo 4 fáz: S (syntéza DNA), M (delenie buniek), G1 a G2 (prechodné fázy, v ktorých sa produkujú mRNA a proteíny). , Spoločne sa fázy G1, G2 a S považujú za rozhranie. Nukleárne a cytoplazmatické delenie (mitóza a cytokinéza) tvoria posledné štádium bunkového cyklu.

Prehľad mitózy. Zdroj: Viswaprabha

Na molekulárnej úrovni je mitóza iniciovaná aktiváciou kinázy (proteínu) nazývanej MPF (faktor podporujúci maturáciu) a následnou fosforyláciou významného počtu proteínov bunkovej zložky. Ten umožňuje bunke predstaviť morfologické zmeny potrebné na uskutočnenie procesu delenia.

Mitóza je asexuálny proces, pretože progenitorová bunka a jej dcéry majú presne rovnaké genetické informácie. Tieto bunky sú známe ako diploidné, pretože nesú úplnú chromozomálnu záťaž (2n).

Meióza je proces delenia buniek, ktorý vedie k sexuálnej reprodukcii. V tomto procese diploidná kmeňová bunka replikuje svoje chromozómy a potom sa rozdelí dvakrát za sebou (bez replikácie svojej genetickej informácie). Nakoniec sa vytvoria 4 dcérske bunky s iba polovicou chromozomálnej záťaže, ktoré sa nazývajú haploid (n).

Prehľad mitózy

Mitóza v jednobunkových organizmoch všeobecne produkuje dcérske bunky, ktoré sú veľmi podobné ich progenitorom. Naopak, pri vývoji mnohobunkových bytostí môže tento proces viesť k vzniku dvoch buniek s niektorými odlišnými charakteristikami (napriek tomu, že sú geneticky totožné).

Táto diferenciácia buniek vedie k vzniku rôznych typov buniek, ktoré tvoria mnohobunkové organizmy.

Počas života organizmu prebieha bunkový cyklus nepretržite a neustále vytvára nové bunky, ktoré zase rastú a pripravujú sa na delenie prostredníctvom mitózy.

Rast a delenie buniek sú regulované mechanizmami, ako je napríklad apoptóza (programovaná bunková smrť), ktorá umožňuje udržiavať rovnováhu a zabrániť nadmernému rastu tkanív. Týmto spôsobom je zabezpečené, že chybné bunky sú nahradené novými bunkami podľa požiadaviek a potrieb tela.

Aký dôležitý je tento proces?

Schopnosť reprodukcie je jednou z najdôležitejších charakteristík všetkých organizmov (od jednobunkových po viacbunkové) a buniek, ktoré ju tvoria. Táto kvalita zaisťuje kontinuitu vašich genetických informácií.

Pochopenie procesov mitózy a meiózy hralo základnú úlohu pri porozumení zaujímavých bunkových charakteristík organizmov. Napríklad vlastnosť udržiavania konštantného počtu chromozómov z jednej bunky do druhej u jedinca a medzi jedincami toho istého druhu.

Keď trpíme nejakým druhom poranenia alebo rany na našej koži, pozorujeme, ako sa v priebehu niekoľkých dní obnoví poškodená koža. K tomu dochádza vďaka procesu mitózy.

Fázy a ich vlastnosti

Mitóza vo všeobecnosti sleduje rovnakú sekvenciu procesov (fáz) vo všetkých eukaryotických bunkách. V týchto fázach sa v bunke vyskytuje veľa morfologických zmien. Medzi ne patrí kondenzácia chromozómov, prasknutie jadrovej membrány, oddelenie bunky od extracelulárnej matrice a ďalších buniek a rozdelenie cytoplazmy.

V niektorých prípadoch sa nukleárne delenie a cytoplazmatické delenie považujú za odlišné fázy (mitóza, respektíve cytokinéza).

Pre lepšie štúdium a pochopenie procesu sa určilo šesť (6) fáz, ktoré sa nazývajú: profáza, prometafáza, metafáza, anafáza a telopáza, potom sa cytokinéza považuje za šiestu fázu, ktorá sa začína vyvíjať počas anafázy.

Telopáza je poslednou fázou mitózy. Prevzaté z https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg. Cez Wikimedia Commons

Tieto fázy sa študovali od 19. storočia pomocou svetelného mikroskopu, takže sú dnes ľahko rozpoznateľné podľa morfologických charakteristík, ktoré predstavuje bunka, ako je chromozomálna kondenzácia a tvorba mitotického vretena.

Profáza

Profáza. Leomonaci98, z Wikimedia Commons

Prophase je prvý viditeľný prejav bunkového delenia. V tejto fáze možno vzhľadom na progresívne zhutňovanie chromatínu považovať vzhľad chromozómov za rozlíšiteľné formy. Táto kondenzácia chromozómov začína fosforyláciou molekúl histónu H1 pomocou MPF kinázy.

Kondenzačný proces spočíva v kontrakcii, a teda znížení rozsahu chromozómov. K tomu dochádza v dôsledku navíjania chromatínových vlákien, čím sa vytvárajú ľahšie nahraditeľné štruktúry (mitotické chromozómy).

Chromozómy predtým duplikované v priebehu S bunkového cyklu získavajú dvojvláknový vzhľad nazývaný sesterské chromatidy, ktoré sú držané pohromade cez oblasť nazývanú centroméra. V tejto fáze zmiznú aj jadrá.

Tvorba mitotického vretena

Autor: Silvia3, z Wikimedia Commons

Počas profázy sa vytvorí mitotické vreteno, ktoré sa skladá z mikrotubulov a proteínov, ktoré tvoria skupinu vlákien.

Keď sa vreteno tvorí, mikrotubuly cytoskeletu sa rozložia (deaktiváciou proteínov, ktoré si udržiavajú svoju štruktúru), čím sa získa materiál potrebný na tvorbu uvedeného mitotického vretena.

Centrosóm (organická membrána bez membrány, funkčná v bunkovom cykle), duplikovaná na rozhraní, pôsobí ako montážna jednotka mikrotubulov vretena. V živočíšnych bunkách má centrosóm v strede pár centiolov; ale vo väčšine rastlinných buniek tieto chýbajú.

Duplikované centrosómy sa začínajú navzájom oddeľovať, zatiaľ čo mikrotubuly vretena sa zhromažďujú v každom z nich a začínajú migrovať smerom k opačným koncom bunky.

Na konci profázy začína trhlina jadrového obalu, ktorá sa vyskytuje v samostatných procesoch: demontáž jadrového póru, jadrová vrstva a jadrové membrány. Toto prerušenie umožňuje interakciu mitotického vretena a chromozómov.

prometafáze

Leomonaci98

V tejto fáze bol jadrový obal úplne fragmentovaný, takže mikrotubuly vretena vnikli do tejto oblasti a interagovali s chromozómami. Dva centrosómy sa oddelili, pričom každý bol umiestnený na póloch mitotického vretena na opačných koncoch buniek.

Teraz mitotické vreteno obsahuje mikrotubuly (ktoré sa rozprestierajú od každého centrosómu smerom do stredu bunky), centrosómy a pár astry (štruktúry s radiálnym rozdelením krátkych mikrotubulov, ktoré sa odohrávajú od každého centrosómu).

Každý z chromatidov vyvinul špecializovanú proteínovú štruktúru nazývanú kinetochore, ktorá sa nachádza v centromere. Tieto kinetochory sú umiestnené v opačných smeroch a niektoré mikrotubuly, nazývané mikrotubuly kinetochore, k nim priľnú.

Tieto mikrotubuly, pripojené k kinetochore, sa začínajú pohybovať do chromozómu, od ktorého konca sa tiahnu; niektoré z jedného pólu a iné z opačného pólu. To vytvára efekt „pull and shrink“, ktorý po stabilizácii umožňuje chromozómu skončiť umiestnený medzi koncami bunky.

metafáz

Chromozómy zarovnané v rovníkovej platni bunky počas mitotickej metafázy

V metafáze sa centrosómy nachádzajú na opačných koncoch buniek. Vreteno má jasnú štruktúru, v strede ktorej sú umiestnené chromozómy. Centroméry týchto chromozómov sú pripojené k vláknam a zarovnané v imaginárnej rovine nazývanej metafázová doska.

Chromatidové kinetochory zostávajú naviazané na mikrotubuly kinetochore. Mikrotubuly, ktoré nepriľnú k kinetochorom a siahajú od opačných pólov vretena, teraz vzájomne interagujú. V tomto bode sú mikrotubuly astry v kontakte s plazmatickou membránou.

Tento rast a interakcia mikrotubúl dotvára štruktúru mitotického vretena a dodáva mu vzhľad „vtáčej klietky“.

Morfologicky je táto fáza fáza s najmenšími zmenami, a preto sa považovala za odpočinkovú fázu. Napriek tomu, že nie sú ľahko viditeľné, vyskytuje sa v nich veľa dôležitých procesov, ktoré sú najdlhšou fázou mitózy.

anafáze

Zdroj: Leomonaci98, z Wikimedia Commons

Počas anafázy sa každý pár chromatidov začína separovať (kvôli inaktivácii proteínov, ktoré ich držia pohromade). Oddelené chromozómy sa pohybujú na opačné konce bunky.

Tento migračný pohyb je spôsobený skrátením mikrotubulov kinetochore, čo vedie k „pull“ efektu, ktorý spôsobuje, že sa každý chromozóm pohybuje z centroméry. V závislosti od umiestnenia centroméry na chromozóme môže mať konkrétny tvar, napríklad V alebo J.

Mikrotubuly, ktoré nepriľnuli na kinetiku, rastú a predlžujú sa adhéziou tubulínu (proteínu) a pôsobením motorických proteínov, ktoré sa nimi pohybujú, čo umožňuje ich zastavenie. Keď sa od seba vzdialia, robia to tiež póly vretena, čo predlžuje bunku.

Na konci tejto fázy sú skupiny chromozómov umiestnené na opačných koncoch mitotického vretena, pričom na každom konci bunky je ponechaná kompletná a ekvivalentná sada chromozómov.

telofázy

Telofázy. Leomonaci98

Telophase je poslednou fázou jadrového delenia. Mikrotubuly kinetického otvoru sa rozpadajú, zatiaľ čo polárne mikrotubuly sa ďalej predlžujú.

Jadrová membrána sa začína tvoriť okolo každej sady chromozómov, pričom využíva jadrové obaly progenitorovej bunky, ktoré boli v cytoplazme podobné vezikulám.

V tomto štádiu sú chromozómy, ktoré sú na póloch buniek, úplne dekondenzované kvôli defosforylácii molekúl histónu (H1). Tvorba prvkov jadrovej membrány je riadená niekoľkými mechanizmami.

Počas anafázy sa začalo defosforylovať veľa fosforylovaných proteínov v profáze. To umožňuje, že na začiatku telopázy sa jadrové vezikuly začnú znova zostavovať, čo sa spája s povrchom chromozómov.

Na druhej strane je znovu zostavený jadrový pór, ktorý umožňuje čerpanie jadrových proteínov. Proteíny jadrovej laminy sú defosforylované, čo im umožňuje opäť sa asociovať, aby sa dokončila tvorba uvedenej jadrovej laminy.

Akonáhle sú chromozómy úplne dekondenzované, syntéza RNA sa obnoví, znovu sa vytvoria jadrá a tým sa dokončí tvorba nových medzifázových jadier dcérskych buniek.

cytokineze

Cytokinéza sa považuje za samostatnú udalosť od jadrového delenia a zvyčajne v typických bunkách cytoplazmatický deliaci proces sprevádza každú mitózu počnúc anafázou. Niekoľko štúdií ukázalo, že v niektorých embryách dochádza pred cytoplazmatickým delením k viacerým nukleárnym deleniam.

Proces sa začína objavením drážky alebo trhliny, ktorá je vyznačená v rovine metafázovej platne, čím sa zabezpečí rozdelenie medzi skupinami chromozómov. Miesto rozštepu je naznačené mitotickým vretenom špecificky, mikrotubuly astry.

V značnej štrbine sa nachádza séria mikrofilamentov, ktoré tvoria kruh nasmerovaný k cytoplazmatickej strane bunkovej membrány, ktorý je zväčša zložený z aktínu a myozínu. Tieto proteíny interagujú navzájom a umožňujú krúžku sťahovať sa okolo drážky.

Táto kontrakcia je spôsobená kĺzaním vlákien týchto proteínov pri vzájomnej interakcii rovnakým spôsobom ako v svalových tkanivách.

Zníženie prstence sa prehĺbi a má „upínací“ účinok, ktorý nakoniec rozdeľuje progenitorovú bunku a umožňuje oddelenie dcérskych buniek s ich vyvíjajúcim sa cytoplazmatickým obsahom.

Cytokinéza v rastlinných bunkách

Rastlinné bunky majú bunkovú stenu, takže ich proces cytoplazmatického delenia sa líši od predtým opísaného procesu a začína v telophase.

Vytvorenie novej bunkovej steny sa začína spojením mikrotubulov zvyškového vretena, čím sa vytvorí fragmoplast. Táto valcovitá štruktúra sa skladá z dvoch súprav mikrotubulov, ktoré sú spojené na ich koncoch a ktorých kladné póly sú zabudované do elektronickej platničky v rovníkovej rovine.

Malé vezikuly z Golgiho aparátu, naplnené prekurzormi bunkovej steny, prechádzajú mikrotubulami fragmoplastu do rovníkovej oblasti a kombinujú sa tak, aby vytvorili bunkovú doštičku. Obsah vezikúl sa vylučuje do tejto doštičky počas jej rastu.

Tento plak rastie a spája sa s plazmatickou membránou po obvode bunky. K tomu dochádza v dôsledku neustáleho prestavovania mikrotubulov fragmoplastu na okraji doštičky, čo umožňuje viacerým vezikulám pohybovať sa smerom k tejto rovine a vyprázdňovať ich obsah.

Týmto spôsobom dochádza k cytoplazmatickej separácii dcérskych buniek. Nakoniec obsah bunkovej doštičky spolu s celulózovými mikrovláknami v nej umožňuje dokončenie tvorby novej bunkovej steny.

Vlastnosti

Mitóza je mechanizmus delenia v bunkách a je súčasťou jednej z fáz bunkového cyklu v eukaryotoch. Jednoduchým spôsobom môžeme povedať, že hlavnou funkciou tohto procesu je reprodukcia bunky v dvoch dcérskych bunkách.

Pre jednobunkové organizmy znamená delenie buniek vytváranie nových jedincov, zatiaľ čo v prípade mnohobunkových organizmov je tento proces súčasťou rastu a správneho fungovania celého organizmu (delenie buniek vytvára vývoj tkanív a udržiavanie štruktúr).

Proces mitózy sa aktivuje podľa požiadaviek tela. Napríklad u cicavcov sa červené krvinky (erytrocyty) začínajú deliť a vytvárajú viac buniek, keď telo potrebuje lepší príjem kyslíka. Podobne sa biele krvinky (leukocyty) množia, keď je potrebné bojovať proti infekcii.

Na rozdiel od toho niektoré špecializované živočíšne bunky prakticky nemajú proces mitózy alebo sú veľmi pomalé. Príkladom sú nervové bunky a svalové bunky).

Všeobecne sú to bunky, ktoré sú súčasťou spojivového a štrukturálneho tkaniva tela a ktorých reprodukcia je nevyhnutná iba vtedy, keď má bunka defekt alebo poškodenie a je potrebné ju vymeniť.

Regulácia bunkového rastu a delenia.

Systém bunkového delenia a kontroly rastu je oveľa viac komplexný v mnohobunkových organizmoch ako v jednobunkových organizmoch. V druhom prípade je rozmnožovanie v zásade obmedzené dostupnosťou zdrojov.

V živočíšnych bunkách je delenie zastavené, kým nie je pozitívny signál na aktiváciu tohto procesu. Táto aktivácia prichádza vo forme chemických signálov zo susedných buniek. To umožňuje zabrániť neobmedzenému množeniu tkanív a množeniu poškodených buniek, ktoré môžu vážne poškodiť život organizmu.

Jedným z mechanizmov, ktoré kontrolujú množenie buniek, je apoptóza, pri ktorej bunka odumiera (kvôli produkcii určitých proteínov, ktoré aktivujú samodeštrukciu), ak predstavuje značné poškodenie alebo je infikovaná vírusom.

Existuje tiež regulácia vývoja buniek prostredníctvom inhibície rastových faktorov (ako sú proteíny). Bunky teda zostávajú na rozhraní, bez toho, aby prešli do fázy M bunkového cyklu.

Organizácie, ktoré to vykonávajú

Proces mitózy prebieha vo veľkej väčšine eukaryotických buniek, od jednobunkových organizmov, ako sú kvasinky, ktoré ho používajú ako proces asexuálnej reprodukcie, až po zložité mnohobunkové organizmy, ako sú rastliny a zvieratá.

Aj keď vo všeobecnosti je bunkový cyklus rovnaký pre všetky eukaryotické bunky, medzi jednobunkovými a mnohobunkovými organizmami existujú značné rozdiely. V prvom prípade je rast a delenie buniek podporované prirodzeným výberom. U mnohobunkových organizmov je proliferácia obmedzená prísnymi kontrolnými mechanizmami.

U jednobunkových organizmov dochádza k zrýchleniu rozmnožovania, pretože bunkový cyklus funguje neustále a dcérske bunky sa rýchlo pustia do mitózy, aby pokračovali v tomto cykle. Zatiaľ čo bunky viacbunkových organizmov rastú a delia sa podstatne dlhšie.

Existujú tiež určité rozdiely medzi mitotickými procesmi rastlinných a živočíšnych buniek, pretože v niektorých fázach tohto procesu mechanizmus v zásade funguje v týchto organizmoch podobným spôsobom.

Delenie buniek v prokaryotických bunkách

Prokaryotická bunka

Prokaryotické bunky všeobecne rastú a delia sa rýchlejšie ako eukaryotické bunky.

Organizmom s prokaryotickými bunkami (zvyčajne jednobunkovými alebo v niektorých prípadoch mnohobunkovými) chýba jadrová membrána, ktorá izoluje genetický materiál v jadre, takže je v bunke rozptýlená v oblasti nazývanej nukleoid. Tieto bunky majú hlavný kruhový chromozóm.

Bunkové delenie v týchto organizmoch je preto omnoho priamejšie ako v eukaryotických bunkách, pričom chýba opísaný mechanizmus (mitóza). V nich je reprodukcia uskutočňovaná procesom nazývaným binárne štiepenie, kde replikácia DNA začína na špecifickom mieste kruhového chromozómu (začiatok replikácie alebo OriC).

Potom sa vytvoria dva počiatky, ktoré migrujú na opačné strany bunky, keď nastane replikácia, a bunka sa roztiahne na dvojnásobok svojej veľkosti. Na konci replikácie bunková membrána rastie do cytoplazmy, ktorá rozdeľuje progenitorovú bunku na dve dcéry s rovnakým genetickým materiálom.

Vývoj mitózy

Vývoj eukaryotických buniek priniesol so sebou zvýšenie zložitosti genómu. Zahŕňalo to vývoj zložitejších mechanizmov rozdelenia.

Čo predchádzalo mitóze?

Existujú hypotézy, ktoré naznačujú, že bakteriálne delenie je predchodcom mechanizmu mitózy. Určitý vzťah sa našiel medzi proteínmi spojenými s binárnym štiepením (ktorým môžu byť proteíny, ktoré ukotvujú chromozómy k špecifickým miestam na plazmatickej membráne dcér) s tubulínom a aktínom v eukaryotických bunkách.

Niektoré štúdie poukazujú na určité zvláštnosti v rozdelení moderných jednobunkových protistov. V nich zostáva jadrová membrána neporušená počas mitózy. Replikované chromozómy zostávajú ukotvené v určitých miestach na tejto membráne a oddeľujú sa, keď sa jadro začne deliť počas delenia buniek.

Toto ukazuje určitú zhodu s procesom binárneho štiepenia, kde sa replikované chromozómy viažu na určité miesta na bunkovej membráne. Hypotéza potom naznačuje, že protisti, ktorí vykazujú túto kvalitu počas ich bunkového delenia, si mohli udržať túto charakteristiku prednej prokaryotickej bunky.

V súčasnosti ešte nebolo vyvinuté vysvetlenie, prečo je v eukaryotických bunkách mnohobunkových organizmov potrebné, aby sa jadrová membrána počas procesu bunkového delenia rozpadla.

Referencie

Albarracín, A. a Telulón, AA (1993). Teória buniek v 19. storočí. Vydania AKAL.
Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K. a Walter, P. (2008). Molekulárna biológia bunky. Garland Science, Taylor a Francis Group.
Campbell, N., & Reece, J. (2005). Biology 7 ^th edition, AP.
Griffiths, AJ, Lewontin, RC, Miller, JH, & Suzuki, DT (1992). Úvod do genetickej analýzy. McGraw-Hill Interamericana.
Karp, G. (2009). Bunková a molekulárna biológia: koncepty a experimenty. John Wiley a synovia.
Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Biológia molekulárnych buniek. Macmillan.
Segura-Valdez, MDL, Cruz-Gómez, SDJ, López-Cruz, R., Zavala, G. a Jiménez-García, LF (2008). Vizualizácia mitózy pomocou mikroskopu atómovej sily. TIP. Časopis špecializovaný na chemicko-biologické vedy, 11 (2), 87-90.

MITÓZA: FÁZY A ICH VLASTNOSTI, FUNKCIE A ORGANIZMY - BIOLÓGIE - 2026