Diviziune celulara - Cell division

Diviziunea celulară în procariote (fisiune binară) și eucariote (mitoză și meioză)

Diviziunea celulară este procesul prin care o celulă mamă se împarte în două sau mai multe celule fiice. Diviziunea celulară apare de obicei ca parte a unui ciclu celular mai mare . În eucariote , există două tipuri distincte de diviziune celulară; o diviziune vegetativă, prin care fiecare celulă fiică este genetic identică cu celula părinte ( mitoză ) și o diviziune celulară reproductivă, prin care numărul de cromozomi din celulele fiice este redus la jumătate pentru a produce gamete haploide ( meioză ). În biologia celulară , mitoza ( / maɪˈtoʊsɪs / ) este o parte a ciclului celular , în care cromozomii reproduși sunt separați în doi nuclei noi. Diviziunea celulară dă naștere la celule identice genetic în care se menține numărul total de cromozomi. În general, mitoza (divizarea nucleului) este precedată de stadiul S al interfazei (în timpul căreia ADN-ul este replicat) și este adesea urmată de telofază și citokineză ; care împarte citoplasma , organele și membrana celulară a unei celule în două celule noi care conțin cote aproximativ egale ale acestor componente celulare. Diferitele etape ale mitozei toate definesc împreună mitotic ( M ) faza a unei celule animale ciclu-divizarea celulei mama in doua celule fiice identice genetic. Meioza are ca rezultat patru celule fiice haploide prin supunerea la o rundă de replicare a ADN-ului urmată de două diviziuni. Cromozomii omologi sunt separați în prima diviziune, iar cromatidele surori sunt separate în a doua diviziune. Ambele cicluri de diviziune celulară sunt utilizate în procesul de reproducere sexuală la un moment dat în ciclul lor de viață. Se crede că ambele sunt prezente în ultimul strămoș eucariot comun.

Procariotele ( bacterii și arhee ) suferă de obicei o diviziune celulară vegetativă cunoscută sub numele de fisiune binară , în care materialul genetic al acestora este segregat în mod egal în două celule fiice. În timp ce fisiunea binară poate fi mijlocul de divizare de către majoritatea procariotelor, există moduri alternative de diviziune, cum ar fi înmugurirea , care au fost observate. Toate diviziunile celulare, indiferent de organism, sunt precedate de o singură rundă de replicare a ADN-ului .

Pentru microorganismele unicelulare simple, cum ar fi amoeba , o diviziune celulară este echivalentă cu reproducerea - se creează un organism complet nou. La o scară mai mare, diviziunea celulelor mitotice poate crea descendenți din organisme multicelulare, cum ar fi plantele care cresc din butași. Diviziunea celulelor mitotice permite organismelor care se reproduc sexual să se dezvolte din zigotul unicelular , care în sine a fost produs de diviziunea celulelor meiotice din gamete . După creștere, diviziunea celulară prin mitoză permite construirea și repararea continuă a organismului. Corpul uman experimentează aproximativ 10 cvadrilioane de diviziuni celulare într-o viață.

Principala preocupare a diviziunii celulare este menținerea genomului celulei originale . Înainte ca diviziunea să poată avea loc, informațiile genomice stocate în cromozomi trebuie să fie reproduse, iar genomul duplicat trebuie separat separat între celule. O mare parte a infrastructurii celulare este implicată în menținerea informațiilor genomice consecvente între generații.

Diviziunea celulară în bacterii

Complexe divizom și elongazom responsabile pentru sinteza peptidoglicanului în timpul creșterii și divizării laterale a peretelui celular.

Diviziunea celulară bacteriană se întâmplă prin fisiune binară sau înmugurire. Divisome este o proteina complex in bacterii , care este responsabil pentru diviziunea celulară, constricția membranelor interioare și exterioare în timpul diviziunii și peptidoglican sinteza (PG) la locul de divizare. O proteină asemănătoare tubulinei, FtsZ joacă un rol critic în formarea unui inel contractil pentru diviziunea celulară.

Divizia de celule din Eucariot

Diviziunea celulară în eucariote este mult mai complicată decât procariota. În funcție de numărul cromozomial redus sau nu; Diviziunile celulare eucariote pot fi clasificate ca Mitoză (diviziune ecuațională ) și Meioză (diviziune reductională). Se găsește și o formă primitivă de diviziune celulară care se numește amitoză . Diviziunea celulelor amitotice sau mitotice este mai atipică și mai diversă în diferitele grupuri de organisme, cum ar fi protiste (și anume diatomee, dinoflagelate etc.) și ciuperci.

În metafaza mitotică (a se vedea mai jos), în mod tipic, cromozomii (fiecare cu 2 cromatide surori pe care le-au dezvoltat datorită replicării în faza S a interfazei) aranjate și cromatidele surori se împart și se distribuie către celulele fiice.

În meioză, de obicei în Meioza-I cromozomii omologi sunt împerecheați și apoi separați și distribuiți în celule fiice. Meioza-II este ca mitoza în care cromatidele sunt separate. La omul și alte animale superioare și multe alte organisme, meioza se numește meioză gametică, adică meioza dă naștere gametilor. În timp ce în multe grupuri de organisme, în special la plante (observabile la plantele inferioare, dar la vestigii la plantele superioare), meioza dă naștere tipului de spori care germinează în faza vegetativă haploidă (gametofit). Acest tip de meioză se numește meioză sporică.

Fazele diviziunii celulare eucariote

Interfază

Interfaza este procesul prin care o celulă trebuie să treacă înainte de mitoză, meioză și citokineză . Interfaza constă din trei faze principale: G 1 , S și G 2 . G 1 este un timp de creștere pentru celula în care funcțiile celulare specializate apar , în scopul de a pregăti celula pentru ADN - ul de replicare. Există puncte de control în timpul interfazei care permit celulei să avanseze sau să oprească dezvoltarea ulterioară. Unul dintre punctele de control este între G1 și S, scopul acestui punct de control este de a verifica dimensiunea adecvată a celulei și orice deteriorare a ADN-ului. Al doilea punct de verificare este în faza G2, acest punct de control verifică și dimensiunea celulei, dar și replicarea ADN-ului. Ultimul punct de control este situat la locul metafazei, unde verifică dacă cromozomii sunt conectați corect la fusurile mitotice. În faza S, cromozomii sunt reproduși pentru a menține conținutul genetic. În timpul G 2 , celula suferă etapele finale de creștere înainte de a intra în faza M, unde sunt sintetizați fusuri . Faza M poate fi fie mitoză, fie meioză, în funcție de tipul de celulă. Celulele germinale sau gametele suferă meioză, în timp ce celulele somatice vor suferi mitoză. După ce celula trece cu succes prin faza M, aceasta poate fi supusă diviziunii celulare prin citokinezie. Controlul fiecărui punct de control este controlat de kinazele ciclinei și ciclin-dependente . Progresia interfazei este rezultatul creșterii cantității de ciclină. Pe măsură ce cantitatea de ciclină crește, din ce în ce mai multe kinaze dependente de ciclină se atașează la ciclină semnalizând celula în continuare în interfază. La vârful ciclinei, atașat la kinazele dependente de ciclină, acest sistem împinge celula din interfază și în faza M, unde apare mitoza, meioza și citokineza. Există trei puncte de control de tranziție prin care celula trebuie să treacă înainte de a intra în faza M. Cel mai important este punctul de control al tranziției G 1 -S. Dacă celula nu trece de acest punct de control, rezultă că celula iese din ciclul celulei.

Profază

Profaza este prima etapă a diviziunii. Învelișul nuclear este defalcat în această etapă, șuvițe lungi de cromatină se condensează pentru a forma șuvițe mai scurte mai vizibile numite cromozomi, nucleolul dispare, iar microtubulii se atașează la cromozomi la kinetocorii în formă de disc prezenți în centromer. Microtubulii asociați cu alinierea și separarea cromozomilor sunt denumiți fusul și fibrele fusului. Cromozomii vor fi, de asemenea, vizibili la microscop și vor fi conectați la centromer. În timpul acestei perioade de condensare și aliniere în meioză, cromozomii omologi suferă o pauză a ADN-ului lor dublu catenar în aceleași locații, urmată de o recombinare a firelor de ADN parental acum fragmentate în combinații non-parentale, cunoscute sub numele de încrucișare. Acest proces este dovedit a fi cauzat în mare parte de proteina Spo11 foarte conservată printr-un mecanism similar cu cel observat cu toposomeraza în replicarea și transcrierea ADN-ului.

Metafaza

În metafază , centromerii cromozomilor se reunesc pe placa metafazică (sau placa ecuatorială ), o linie imaginară care se află la distanțe egale de cei doi poli centrosom și este ținută împreună de complexe complexe cunoscute sub numele de coeziine . Cromozomii se aliniază în mijlocul celulei prin centre de organizare a microtubulilor (MTOC) împingând și trăgând centromeri ai ambelor cromatide, determinând astfel deplasarea cromozomului spre centru. În acest moment, cromozomii încă se condensează și sunt în prezent la un pas de a fi cei mai înfășurați și condensați, iar fibrele fusului s-au conectat deja la cinetocori. În această fază, toți microtubulii, cu excepția kinetocorilor, se află într-o stare de instabilitate, promovând progresia lor către anafază. În acest moment, cromozomii sunt gata să se împartă în poli opuși ai celulei către fusul la care sunt conectați.

Anafaza

Anafaza este o etapă foarte scurtă a ciclului celular și apare după ce cromozomii se aliniază la placa mitotică. Kinetochorele emit semnale de inhibare a anafazei până la atașarea lor la fusul mitotic. Odată ce cromozomul final este corect aliniat și atașat, semnalul final se disipează și declanșează trecerea bruscă la anafază. Această schimbare bruscă este cauzată de activarea complexului de promovare a anafazei și de funcția sa de a marca degradarea proteinelor importante spre tranziția metafază-anafază. Una dintre aceste proteine ​​care este descompusă este securina care prin descompunerea sa eliberează enzima separază care clivează inelele de coezină care țin împreună cromatidele surori ducând astfel la separarea cromozomilor. După ce cromozomii se aliniază în mijlocul celulei, fibrele fusului le vor despărți. Cromozomii sunt despărțiți în timp ce cromatidele surori se deplasează în părțile opuse ale celulei. Pe măsură ce cromatidele surori sunt îndepărtate, celula și plasma sunt alungite de microtubuli necinetocorici.

Telofazat

Telofaza este ultima etapă a ciclului celular în care o brazdă de clivaj împarte citoplasma celulelor (citokineză) și cromatina. Acest lucru se întâmplă prin sinteza unui nou înveliș nuclear care se formează în jurul cromatinei care este adunată la fiecare pol și prin reformarea nucleolului pe măsură ce cromozomii decid cromatina lor înapoi la starea liberă pe care o deținea în timpul interfazei. Împărțirea conținutului celular nu este întotdeauna egală și poate varia în funcție de tipul de celulă, așa cum se vede cu formarea de ovocite, unde una dintre cele patru celule fiice posedă majoritatea citoplasmei.

Citokinezie

Ultima etapă a procesului de diviziune celulară este citokineza . În această etapă există o diviziune citoplasmatică care apare la sfârșitul fie a mitozei, fie a meiozei. În acest stadiu rezultă o separare ireversibilă care duce la două celule fiice. Diviziunea celulară joacă un rol important în determinarea soartei celulei. Acest lucru se datorează posibilității unei diviziuni asimetrice. Acest lucru duce ca citokineză care produce celule fiice inegale care conțin cantități sau concentrații complet diferite de molecule care determină soarta.

La animale, citokineza se termină cu formarea unui inel contractil și, ulterior, cu un decolteu. Dar la plante se întâmplă diferit. La început se formează o placă celulară și apoi se dezvoltă un perete celular între cele 2 celule fiice.

În drojdia de fisiune ( S. pombe ) citokineza se întâmplă în faza G1

Variante

Imagine a fusului mitotic dintr-o celulă umană care prezintă microtubuli în verde, cromozomi (ADN) în albastru și kinetocori în roșu.

Celulele sunt clasificate în două categorii principale: celule procariote simple non-nucleate și celule eucariote complexe nucleate . Datorită diferențelor lor structurale, celulele eucariote și procariote nu se împart în același mod. De asemenea, modelul diviziunii celulare care transformă celulele stem eucariote în gameți ( celule spermatozoizi la masculi sau celule ovule la femele), denumită meioză, este diferit de cel al diviziunii celulelor somatice în organism. Imagine a fusului mitotic dintr-o celulă umană care prezintă microtubuli în verde, cromozomi (ADN) în albastru și kinetocori în roșu.

Diviziunea celulară peste 42. Celulele au fost realizate direct în imaginea vasului de cultură celulară, utilizând microscopie de contrast de fază cantitativă neinvazivă , cu microscopie în interval de timp .

Degradare

Organismele pluricelulare înlocuiesc celulele uzate prin diviziune celulară. Cu toate acestea, la unele animale, diviziunea celulară se oprește în cele din urmă. La om acest lucru apare, în medie, după 52 de divizii, cunoscută sub numele de limita Hayflick . Celula este apoi denumită senescentă . Cu fiecare diviziune celulele telomere , secvențe protectoare ale ADN-ului la capătul unui cromozom care previn degradarea ADN-ului cromozomial, se scurtează . Această scurtare a fost corelată cu efecte negative, cum ar fi bolile legate de vârstă și durata de viață scurtată la om. Cancer de celule, pe de altă parte, nu sunt gândite să se degradeze în acest fel, în cazul în care, la toate. Un complex enzimatic numit telomerază , prezent în cantități mari în celulele canceroase, reconstruiește telomerii prin sinteza repetărilor ADN telomerice, permițând diviziunea să continue la nesfârșit.

Istorie

Kurt Michel cu microscopul său cu contrast de fază

O diviziune celulară la microscop a fost descoperită pentru prima dată de botanistul german Hugo von Mohl în 1835, în timp ce lucra peste alga verde Cladophora glomerata .

În 1943, diviziunea celulară a fost filmată pentru prima dată de Kurt Michel folosind un microscop cu contrast de fază .

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare