CELLEINNDELING: TYPER, PROSESSER OG VIKTIGHET - BIOLOGI

Den celledeling er prosessen som gjør at alle levende organismer vokse og formere seg. I prokaryoter og eukaryoter er resultatet av celledeling datterceller som har den samme genetiske informasjonen som den opprinnelige cellen. Dette skjer fordi informasjonen i DNA dupliseres før deling.

I prokaryoter skjer deling ved binær fisjon. Genomet til de fleste prokaryoter er et sirkulært DNA-molekyl. Selv om disse organismer ikke har en kjerne, er DNA i en kompakt form som kalles en nukleoid, som skiller seg fra cytoplasmaen som omgir den.

Kilde: Retama

I eukaryoter skjer deling gjennom mitose og meiose. Det eukaryote genom består av store mengder DNA organisert i kjernen. Denne organisasjonen er basert på pakking av DNA med proteiner, som danner kromosomer, som inneholder hundrevis eller tusenvis av gener.

De veldig forskjellige eukaryotene, både encellede og metazoanske, har livssykluser som veksler mellom mitose og meiose. Disse syklusene er de med: a) gametisk meiose (dyr, noen sopp og alger), b) zygotisk meiose (noen sopp og protozoer); og c) veksling mellom gametisk og zygotisk meiose (planter).

typer

Celledeling kan være ved binær fisjon, mitose eller meiose. Hver av prosessene som er involvert i denne typen celledeling er beskrevet nedenfor.

Binær fisjon

Prokaryotisk fisjon, binær fisjon, er en form for aseksuell reproduksjon.

Binær fisjon består av inndelingen av cellen som gir opphav til to datterceller, hver med en identisk kopi av DNA fra den opprinnelige cellen.

Før prokaryotisk celledeling finner DNA-replikasjon sted, som begynner på et spesifikt sted på dobbeltstrenget DNA, kalt replikasjonsstart. Replikasjonsenzymer beveger seg i begge retninger fra opprinnelsen, og produserer en kopi av hver av strengene med dobbeltstrenget DNA.

Etter DNA-replikasjon forlenges cellen og DNA blir separert i cellen. Umiddelbart begynner en ny plasmamembran å vokse midt i cellen, og danne et septum.

Denne prosessen tilrettelegges av FtsZ-proteinet, som evolusjonært er meget konservert i prokaryoter, inkludert Archaea. Endelig deler cellen seg.

Cellens syklus og mitose

Stadiene en eukaryotisk celle går gjennom mellom to påfølgende celledelinger er kjent som cellesyklusen. Varigheten av cellesyklusen varierer fra noen minutter til måneder, avhengig av celletype.

Cellesyklusen er delt inn i to trinn, nemlig M-fasen og grensesnittet. To prosesser oppstår i M-fasen, kalt mitose og cytokinesis. Mitose består av kjernefysisk inndeling. Det samme antall og typer kromosomer som er til stede i den opprinnelige kjernen, finnes i datterkjernene. Somatiske celler av flercellede organismer deler seg ved mitose.

Cytokinesis består av inndelingen av cytoplasma for å danne datterceller.

Grensesnittet har tre faser: 1) G1, celler vokser og bruker mesteparten av tiden sin i denne fasen; 2) S, genomduplisering; og 3) G2, replikasjon av mitokondrier og andre organeller, kondensasjon av kromosomer, og montering av mikrotubuli, blant andre hendelser.

Stadier av mitose

Mitose begynner med slutten av G2-fasen, og er delt inn i fem faser: profase, prometafase, metafase, anafase og telofase. De skjer alle sammenhengende.

prophase

Prophase. Leomonaci98, fra Wikimedia Commons

På dette stadiet er monteringen av den mitotiske spindelen eller mitotiske apparater hovedbegivenheten. Profasen begynner med komprimering av kromatinet, og danner kromosomene.

Hvert kromosom har et søsterkromatidpar, med identisk DNA, som er tett bundet i nærheten av sentromerer. Proteinkomplekser kalt kohesiner deltar i denne foreningen.

Hver sentromer er festet til en kinetokore, som er et kompleks av proteiner som binder seg til mikrotubuli. Disse mikrotubulene tillater hver kopi av kromosomene å overføres til dattercellene. Mikrotubuli stråler fra hver ende av cellen og danner det mitotiske apparatet.

I dyreceller skjer sentrosomdupliseringen før profase, som er det viktigste organiseringssenteret for mikrotubuli og stedet der foreldre- og barnesentriolene møtes. Hvert sentrosom når den motsatte polen av cellen, og etablerer en bro av mikrotubuli mellom dem som kalles mitotisk apparat.

I mer nylig utviklede planter, i motsetning til dyreceller, er det ingen sentrosomer, og opprinnelsen til mikrotubuli er uklar. I fotosyntetiske celler med eldre evolusjonær opprinnelse, for eksempel grønne alger, er det sentrosomer.

prometafase

Leomonaci98

Mitose må sikre segregeringen av kromosomene og fordelingen av kjernekonvolutten til kjerneporekomplekset og nukleoliene. Avhengig av om atomkonvolutten (EN) forsvinner eller ikke, og graden av densintegrering av EN, varierer mitosen fra lukket til helt åpen.

For eksempel, i S. cerevisae er mitosen lukket, i A. nidulans er den halvåpen, og hos mennesker er den åpen.

Ved lukket mitose finnes polarlegemene i spindelen i kjernekonvolutten, som utgjør kjernepunktene til kjernefysiske og cytoplasmatiske mikrotubuli. De cytoplasmatiske mikrotubuliene samvirker med cortex, og med kinetokorene i kromosomene.

Ved halvåpen mitose, fordi EN delvis er demontert, invaderes det nukleære rommet av kjernefysiske mikrotubuli fra sentrosomene og gjennom to åpninger i EN, og danner bunter omgitt av EN.

Ved åpen mitose skjer den komplette demonteringen av EN, det mitotiske apparatet er fullført, og kromosomene begynner å forskyves mot midten av cellen.

anaphase

Kilde: Leomonaci98, fra Wikimedia Commons

Anafase er delt inn i tidlig og sent. I tidlig anafase skjer separasjon av søsterkromatider.

Denne separasjonen skjer fordi proteinene som opprettholder foreningen spaltes og fordi det er en forkortelse av mikrotubuli i kinetokoren. Når paret av søsterkromatider skiller seg, kalles de kromosomer.

Under polewardforskyvningen av kromosomer beveger kinetochore seg langs mikrotubulen i den samme kinetochore som dens (+) ende dissosierer. På grunn av dette er bevegelse av kromosomer under mitose en passiv prosess som ikke krever motoriske proteiner.

I sen anafase skjer en større separasjon av polene. Et KRP-protein festet til (+) enden av polare mikrotubuli, i området for overlapping av det samme, beveger seg mot (+) enden av en tilstøtende antiparallell polar mikrotubule. Dermed skyver KRP den tilstøtende polære mikrotubulen mot (-) enden.

Etter at kromosomene er separert, forblir et rom med interdigitert eller overlappende mikrotubuli i midten av spindelen. Denne strukturen muliggjør igangsetting av det cytokinetiske apparatet, kalt fragmoplasten.

telophase

Telophase. Leomonaci98

I telofase skjer det forskjellige hendelser. Kromosomer når polene. Kinetokoren forsvinner. De polare mikrotubuliene fortsetter å forlenge og forbereder cellen for cytokinesis. Atomkonvolutten er omformet av fragmenter av mors konvolutt. Nukleolus dukker opp igjen. Kromosomene er dekondensert.

cytokinese

Cytokinesis er fasen i cellesyklusen der cellen deler seg. I dyreceller oppstår cytosinesis ved hjelp av et innsnevringsbelte av aktinfilamenter. Disse glødetrådene glir forbi hverandre, stroppens diameter avtar, og et spaltingsspor dannes rundt omkretsen av cellen.

Når innsnevringen fortsetter, utdypes sulkusen og det dannes en mellomcellulær bro som inneholder midtkroppen. I det sentrale området av den intercellulære broen er bundene av mikrotubuli, som er dekket av en elektrodetatrise.

Fordelingen av den intercellulære broen mellom post-mitotiske søsterceller skjer gjennom absisjon. Det er tre typer abscission: 1) mekanisk nedbrytningsmekanisme; 2) mekanisme for fylling av indre vesikler; 3) innsnevring av plasmamembranen for fisjon.

I planteceller samles membrankomponenter inne i dem og celleplaten dannes. Denne plakaten vokser til den når overflaten av plasmamembranen, smelter sammen med den og deler cellen i to. Deretter blir cellulosen avsatt på den nye plasmamembranen og danner den nye celleveggen.

meiose

Meiose er en type celledeling som reduserer antall kromosomer i to. Dermed deler en diploid celle seg i fire haploide datterceller. Meiose forekommer i kjønnsceller og gir opphav til gameter.

Stadiene i meiose består av to divisjoner av kjernen og cytoplasma, nemlig meiose I og meiose II. Under meiose skiller jeg medlemmene av hvert par homologe kromosomer. Under meiose II separeres søsterkromatidene og fire haploide celler produseres.

Hvert mitosetrinn er delt inn i profase, prometafase, metafase, anafase og telofase.

Meiosis I

- Profase I. Kromosomer kondenserer og spindelen begynner å danne seg. DNA har doblet seg. Hvert kromosom består av søsterkromatider festet til sentromer. Homologe kromosomer kobles sammen under synapse, noe som lar krysse over, noe som er nøkkelen til å produsere forskjellige gameter.

- Metafase I. Paret med homologe kromosomer stiller seg opp langs metafaseplaten. Chiasmen er med på å holde paret sammen. Mikrotubuli av kinetokoren ved hver pol binder seg til en sentromer av et homologt kromosom.

- Anafase I. Mikrotubulene i kinetochore er forkortet og de homologe parene skilles fra hverandre. Den ene duplikaten homolog går til den ene polen av cellen, mens den andre duplikaten homolog går til den andre siden av polen.

- Telofase I. Separate homologer danner en gruppe ved hver pol av cellen. Atomkonvolutten formes på nytt. Cytokinesis skjer. De resulterende cellene har halvparten av antall kromosomer av den opprinnelige cellen.

Meiosis II

- Profase II. En ny spindel dannes i hver celle og cellemembranen forsvinner.

- Metafase II. Spindeldannelse er fullført. Kromosomer har søsterkromatider, sammenføyd ved sentromer, rettet langs metafaseplaten. Mikrotubulene i kinetokoren som starter fra motsatte poler binder seg til sentromerene.

- Anafase II. Mikrotubuli forkorter, sentromerer deler seg, søsterkromatider skilles ut og beveger seg mot motsatte poler.

- Telofase II. Atomkonvolutten dannes rundt fire grupper av kromosomer: fire haploide celler dannes.

Betydning

Noen eksempler illustrerer viktigheten av forskjellige typer celledeling.

- Mitose. Cellesyklusen har irreversible punkter (DNA-replikasjon, separasjon av søsterkromatider) og sjekkpunkter (G1 / S). P53-proteinet er nøkkelen til G1-sjekkpunktet. Dette proteinet oppdager DNA-skader, stopper celledelingen og stimulerer aktiviteten til enzymer som reparerer skader.

I mer enn 50% av humane kreftformer har p53-proteinet mutasjoner som ugyldiggjør dens evne til å binde spesifikke DNA-sekvenser. Mutasjoner i p53 kan være forårsaket av kreftfremkallende stoffer, for eksempel benzopyren i sigarettrøyk.

- Meiosis. Det er assosiert med seksuell reproduksjon. Fra et evolusjonært synspunkt antas det at seksuell reproduksjon oppstod som en prosess for å reparere DNA. Dermed kan skade på et kromosom repareres basert på informasjon fra det homologe kromosomet.

Det antas at den diploide tilstanden har vært forbigående i eldgamle organismer, men ble mer relevant etter hvert som genomet ble større. I disse organismer har seksuell reproduksjon funksjonen som komplementering, DNA-reparasjon og genetisk variasjon.

referanser

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. 2007. Cellens molekylærbiologi. Garland Science, New York.
Bernstein, H., Byers, GS, Michod, RE 1981. Evolusjon av seksuell reproduksjon: viktigheten av DNA-reparasjon, komplementering og variasjon. Amerikansk naturforsker, 117, 537-549.
Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellular and molecular biology. Redaksjonell Medica Panamericana, Buenos Aires.
Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Singer, SR 2005 Biology. Higher Education, Boston.
Solomon, BM, Berg, LR, Martin, DW 2008. Biologi. Thomson, USA.

CELLEINNDELING: TYPER, PROSESSER OG VIKTIGHET - BIOLOGI - 2026