КЛЕТЪЧНА ДИФЕРЕНЦИАЦИЯ: ПРИ ЖИВОТНИ И РАСТЕНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2026

На диференциацията на клетките е постепенното явлението, при което различните потенциални клетки от организми постигане на някои специфични характеристики. Тя възниква по време на процеса на развитие и физическите и функционалните промени са очевидни. Концептуално диференциацията протича на три етапа: определяне, само диференциране и съзряване.

Тези три споменати процеса протичат непрекъснато в организмите. На първия етап на определяне мултипотенциалните клетки в ембриона се причисляват към определен тип клетки; например нервна клетка или мускулна клетка. При диференциацията клетките започват да изразяват характеристиките на родословието.

И накрая, съзряването настъпва в последните етапи на процеса, където се придобиват нови свойства, които водят до появата на характеристики в зрелите организми.

Клетъчната диференциация е процес, който е много строго и прецизно регулиран от поредица от сигнали, които включват хормони, витамини, специфични фактори и дори йони. Тези молекули показват започването на сигнални пътища в клетката.

Могат да възникнат конфликти между процесите на клетъчно делене и диференциация; следователно развитието достига до момент, в който разпространението трябва да престане да позволява диференциране.

Основни характеристики

Процесът на клетъчна диференциация включва промяна в формата, структурата и функцията на клетката в дадена линия. В допълнение, това предполага намаляване на всички потенциални функции, които клетката може да има.

Промяната се управлява от ключови молекули, между тези протеини и специфични пратеници РНК. Клетъчната диференциация е продукт на контролирана и диференцирана експресия на определени гени.

Процесът на диференциация не включва загуба на първоначални гени; това, което се случва, е репресия на определени места от генетичната машина в клетката, която е в процес на развитие. Клетката съдържа около 30 000 гена, но тя само изразява около 8 000 до 10 000.

За да се даде пример за предходното твърдение, беше предложен следният експеримент: ядрото на клетка, която вече е диференцирана от тялото на земноводни - например клетка от чревната лигавица - е взета и имплантирана в яйцето на жаба, чието ядро ​​преди това е извлечено, Новото ядро ​​има цялата информация, необходима за създаване на нов организъм в перфектно състояние; т. е. клетките на чревната лигавица не са загубили гени, когато са преминали процеса на диференциация.

Клетъчна диференциация при животни

Развитието започва с оплождането. Когато образуването на морула се осъществява в процесите на развитие на ембриона, клетките се считат за тотипотентни, което показва, че те са способни да образуват целия организъм.

С течение на времето морулата се превръща в бластула и клетките вече се наричат ​​плюрипотентни, защото могат да образуват тъканите на тялото. Те не могат да формират цялостния организъм, тъй като не са в състояние да създадат извън ембрионалните тъкани.

Хистологично основните тъкани на организма са епителните, съединителните, мускулните и нервните.

С напредването на клетките те са многопотентни, защото се диференцират в зрели и функционални клетки.

При животните - по-специално в метазоите - има общ път на генетично развитие, който обединява онтогенезата на групата благодарение на поредица от гени, които определят специфичния модел на телесните структури, контролирайки идентичността на сегментите в предно-задната ос. на животното.

Тези гени кодират конкретни протеини, които споделят ДНК-свързваща аминокиселинна последователност (хомеобокс в гена, хомодомен в протеина).

Включване и изключване на гени

ДНК може да бъде модифицирана чрез химически агенти или чрез клетъчни механизми, които влияят - индуцират или репресират - експресията на гени.

Има два вида хроматин, класифицирани според тяхната експресия или не: еухроматин и хетерохроматин. Първият е слабо организиран и гените му са експресирани, вторият има компактна организация и не позволява достъп до машините за транскрипция.

Предполага се, че при процесите на клетъчна диференциация гените, които не са необходими за тази специфична линия, се заглушават под формата на домейни, съставени от хетерохроматин.

Механизми, които произвеждат различни типове клетки

В многоклетъчните организми има серия от механизми, които произвеждат различни видове клетки в процесите на развитие, като секрецията на цитоплазмени фактори и клетъчната комуникация.

Разделянето на цитоплазмените фактори включва неравномерното разделяне на елементи като протеини или пратеник РНК в процесите на клетъчно делене.

От друга страна, клетъчната комуникация между съседните клетки може да стимулира диференциацията на различни типове клетки.

Този процес протича при образуването на офталмологични везикули, когато те се срещат с ектодермата на цефалния участък и причиняват удебеляване, което образува лещите плочи. Те се сгъват към вътрешния участък и образуват лещата.

Модел на клетъчна диференциация: мускулна тъкан

Един от най-добре описаните модели в литературата е развитието на мускулната тъкан. Тази тъкан е сложна и е съставена от клетки с множество ядра, чиято функция е да се свиват.

Мезенхимните клетки пораждат миогенни клетки, които от своя страна пораждат зряла мускулна тъкан на скелета.

За да започне този процес на диференциация, трябва да присъстват определени фактори на диференциация, които предотвратяват S фазата на клетъчния цикъл и които действат като стимулатори на гени, които причиняват промяната.

Когато тези клетки приемат сигнала, той инициира трансформацията към миобласти, които не могат да претърпят процеси на клетъчно делене. Myoblasts експресират гени, свързани с свиването на мускулите, като тези, кодиращи протеините на актина и миозина.

Миобластите могат да се слеят помежду си и да образуват миотуба с повече от едно ядро. На този етап се получава производството на други протеини, свързани с свиването, като тропонин и тропомиозин.

Когато ядрата се придвижват към периферната част на тези структури, те се считат за мускулни влакна.

Както е описано, тези клетки имат протеини, свързани с свиването на мускулите, но им липсват други протеини като кератин или хемоглобин.

Основни гени

Диференциалната експресия в гените е под контрола на "главните гени". Те се намират в ядрото и активират транскрипцията на други гени. Както показва името им, те са ключови фактори, които са отговорни за контролирането на други гени чрез насочване на техните функции.

В случай на мускулна диференциация, специфичните гени са тези, които кодират всеки от протеините, участващи в свиването на мускулите, а главните гени са MyoD и Myf5.

Когато липсват регулаторни главни гени, субалтерн гените не се експресират. За разлика от това, когато присъства основният ген, експресията на целевите гени е принудена.

Има главни гени, които насочват диференциацията на неврони, епителни, сърдечни и други.

Клетъчна диференциация в растенията

Както при животните, развитието на растенията започва с образуването на зигота вътре в семето. Когато настъпи първото клетъчно деление, възникват две различни клетки.

Една от характеристиките на развитието на растенията е непрекъснатият растеж на организма благодарение на непрекъснатото присъствие на клетки, които имат ембрионален характер. Тези региони са известни като меристеми и са органи на вечен растеж.

Пътят на диференциация поражда трите тъканни системи, присъстващи в растенията: протодермата, която включва дермалните тъкани, основните меристеми и размножаването.

Prochange е отговорен за създаването на съдовата тъкан в растението, образувана от ксилем (преносител на вода и разтворени соли) и флоема (преносител на захари и други молекули като аминокиселини).

меристерми

Меристемите са разположени на върховете на стъблата и корените. По този начин тези клетки се диференцират и пораждат различните структури, които изграждат растения (листата, цветята, наред с други).

Клетъчното диференциране на флоралните структури се случва в определен момент на развитие и меристемата се превръща в „съцветие“, което от своя страна образува флоралните меристеми. От тук възникват флоралните парчета, състоящи се от чашелистчета, венчелистчета, тичинки и килими.

Тези клетки се характеризират с малък размер, кубоидна форма, тънка, но гъвкава клетъчна стена и цитоплазма с висока плътност и многобройни рибозоми.

Роля на ауксини

Фитохормоните имат роля в явленията на клетъчната диференциация, по-специално на ауксините.

Този хормон влияе на диференциацията на съдовата тъкан в стъблото. Експериментите показват, че прилагането на ауксини върху рана води до образуване на съдова тъкан.

По подобен начин ауксините са свързани с стимулиране развитието на съдови камбиеви клетки.

Разлики между животни и растения

Процесът на диференциране и развитие на клетките при растенията и животните не протича идентично.

Движенията на клетките и тъканите трябва да се случват при животни, за да могат организмите да придобият триизмерна конформация, която ги характеризира. Освен това клетъчното разнообразие е много по-голямо при животните.

За разлика от тях, растенията нямат периоди на растеж само в ранните етапи от живота на индивида; те могат да се увеличават по размер през целия живот на растението.

Препратки

1. Campbell, NA, & ​​Reece, JB (2007). Биология. Panamerican Medical Ed.
2. Cediel, JF, Cárdenas, MH, & García, A. (2009). Наръчник по хистология: Фундаментални тъкани. Университет Росарио.
3. Зала, JE (2015). Учебник по електронна книга по медицинска физиология на Гайтон и Хол. Elsevier Health Sciences.
4. Palomero, G. (2000). Уроци в ембриологията. Университет Овиедо.
5. Wolpert, L. (2009). Принципи на развитие. Panamerican Medical Ed.