КЛЕТЪЧНО ДЕЛЕНЕ: ВИДОВЕ, ПРОЦЕСИ И ЗНАЧЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

В клетъчното делене е процес, който позволява на всички живи организми растат и да се възпроизвеждат. При прокариотите и еукариотите резултатът от клетъчното деление са дъщерните клетки, които притежават същата генетична информация като оригиналната клетка. Това се случва, защото преди разделянето информацията, съдържаща се в ДНК, се дублира.

При прокариотите деленето става чрез бинарно делене. Геномът на повечето прокариоти е кръгова молекула на ДНК. Въпреки че тези организми нямат ядро, ДНК е в компактна форма, наречена нуклеоид, която се различава от цитоплазмата, която я заобикаля.

Източник: Retama

При еукариотите разделянето става чрез митоза и мейоза. Еукариотичният геном се състои от големи количества ДНК, организирани в ядрото. Тази организация се основава на опаковането на ДНК с протеини, образуващи хромозоми, които съдържат стотици или хиляди гени.

Много разнообразните еукариоти, едноклетъчни и метазойни, имат жизнени цикли, които се редуват между митоза и мейоза. Тези цикли са тези с: а) гаметична мейоза (животни, някои гъби и водорасли), б) зиготична мейоза (някои гъби и протозои); и в) редуване между гаметична и зиготична мейоза (растения).

Видове

Клетъчното делене може да бъде чрез бинарно делене, митоза или мейоза. Всеки от процесите, участващи в тези видове клетъчно делене, е описан по-долу.

Бинарно делене

Прокариотичното делене, бинарно делене, е форма на асексуално възпроизвеждане.

Бинарното делене се състои в разделянето на клетката, което поражда две дъщерни клетки, всяка с идентично копие на ДНК на оригиналната клетка.

Преди прокариотното клетъчно делене се извършва репликация на ДНК, като се започне от конкретно място на двуверижната ДНК, наречена произход на репликацията. Репликационните ензими се движат в двете посоки от произхода, произвеждайки по едно копие от всеки от нишките на двуверижна ДНК.

След репликацията на ДНК клетката се издължава и ДНК се отделя в клетката. Веднага нова плазмена мембрана започва да расте в средата на клетката, образувайки преграда.

Този процес се улеснява от протеина FtsZ, който еволюционно е силно запазен в прокариотите, включително Archaea. Накрая клетката се дели.

Клетъчният цикъл и митозата

Етапите, през които еукариотната клетка преминава между две последователни клетъчни деления, са известни като клетъчен цикъл. Продължителността на клетъчния цикъл варира от няколко минути до месеци, в зависимост от вида на клетката.

Клетъчният цикъл е разделен на два етапа, а именно М фаза и интерфейс. В М фаза протичат два процеса, наречени митоза и цитокинеза. Митозата се състои от ядрено разделение. Същият брой и видове хромозоми, присъстващи в оригиналното ядро, се намират в дъщерните ядра. Соматичните клетки на многоклетъчните организми се делят чрез митоза.

Цитокинезата се състои в деленето на цитоплазмата за образуване на дъщерни клетки.

Интерфейсът има три фази: 1) G1, клетките растат и прекарват по-голямата част от времето си в тази фаза; 2) S, дублиране на геном; и 3) G2, репликация на митохондрии и други органели, кондензация на хромозоми и сглобяване на микротрубочки, наред с други събития.

Етапи на митоза

Митозата започва с края на фазата на G2 и се разделя на пет фази: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза. Всички те се случват непрекъснато.

профаза

Профаза. Leomonaci98, от Wikimedia Commons

На този етап сглобяването на митотичното вретено или митотичния апарат е основното събитие. Профазата започва с уплътняването на хроматина, образувайки хромозомите.

Всяка хромозома има сестринска хроматидна двойка с идентична ДНК, която е плътно свързана в близост до техните центромери. Протеиновите комплекси, наречени кохезини, участват в този съюз.

Всеки центромер е прикрепен към кинетохор, който е комплекс от протеини, които се свързват с микротрубочки. Тези микротрубове позволяват всяко копие на хромозомите да бъде прехвърлено в дъщерните клетки. Микротубулите излъчват от всеки край на клетката и образуват митотичния апарат.

В животинските клетки, преди профазата, се извършва дублирането на центрозомите, което е основният организиращ център за микротубули и мястото, където се срещат родителските и детските центриоли. Всяка центрозома достига до противоположния полюс на клетката, като установява между тях мост от микротрубки, наречен митотичен апарат.

В по-наскоро еволюирали растения, за разлика от животинските клетки, няма центрозоми и произходът на микротубулите е неясен. Във фотосинтетични клетки с по-стар еволюционен произход, като зелени водорасли, има центрозоми.

прометафазата

Leomonaci98

Митозата трябва да осигури сегрегацията на хромозомите и разпределението на ядрената обвивка на ядрения порен комплекс и нуклеоли. В зависимост от това дали ядрената обвивка (EN) изчезва или не, и степента на плътна интеграция на EN, митозата варира от затворена до напълно отворена.

Например при S. cerevisae митозата е затворена, при A. nidulans - полуотворена, а при хората - отворена.

При затворена митоза полярните тела на вретеното се намират в ядрената обвивка, съставляващи нуклеационните точки на ядрените и цитоплазмени микротрубули. Цитоплазмените микротубули взаимодействат с клетъчната кора и с кинетохорите на хромозомите.

При полуотворена митоза, тъй като EN е частично разглобена, ядреното пространство се нахлува от нуклеирани микротрубки от центрозомите и през два отвора в EN, образувайки снопове, обградени от EN.

При открита митоза настъпва пълното разглобяване на EN, митотичният апарат е завършен и хромозомите започват да се изместват към средата на клетката.

метафазни

Хромозомите, подравнени в екваториалната плоча на клетката по време на митотична метафаза

В метафазата хромозомите се редят в екватора на клетката. Въображаемата равнина, перпендикулярна на оста на вретеното, преминаваща през вътрешната обиколка на клетката, се нарича метафазна плоча.

В клетките на бозайниците митотичният апарат е организиран в централно митотично вретено и двойка астри. Митотичното вретено се състои от двустранен симетричен сноп от микротрубове, който е разделен в екватора на клетката, образувайки две противоположни половини. Астерите са съставени от група микротрубове на всеки полюс на вретеното.

В митотичния апарат има три групи микротрубочки: 1) астрални, които образуват астрата, започват от центрозомата и се излъчват към клетъчната кора; 2) на кинетохора, които са прикрепени към хромозомите чрез кинетохора; и 3) полярни, които се преплитат с микротрубове от противоположния полюс.

Във всички описани по-горе микротубули краищата (-) са обърнати към центрозомата.

В растителните клетки, ако няма центрозома, вретеното е подобно на това на животинските клетки. Шпинделът се състои от две половини с противоположна полярност. Краищата (+) са на екваториалната плоча.

Анафаза

Източник: Leomonaci98, от Wikimedia Commons

Анафазата се дели на ранна и късна. В ранна анафаза се наблюдава отделяне на сестринските хроматиди.

Това разделяне се случва, защото протеините, които поддържат съединението, се разцепват и защото има скъсяване на микротрубовете на кинетохора. Когато двойката сестрински хроматиди се разделят, те се наричат ​​хромозоми.

По време на полюсното изместване на хромозомите кинетохорът се движи по микротубулата на същата кинетохора, като нейният (+) край се дисоциира. Поради това движението на хромозомите по време на митозата е пасивен процес, който не изисква моторни протеини.

В късната анафаза се получава по-голямо разделяне на полюсите. KRP протеин, прикрепен към (+) края на полярни микротрубове, в областта на припокриване на същите, се движи към (+) края на съседен антипаралелен полярна микротрубула. По този начин KRP натиска съседната полярна микротубула към (-) края.

В растителните клетки, след разделянето на хромозомите, в средата на вретеното остава пространство с преградени или припокриващи се микротубули. Тази структура позволява започването на цитокинетичния апарат, наречен фрагмопласт.

телофазата

Телофазата. Leomonaci98

В телофазата се случват различни събития. Хромозомите достигат до полюсите. Кинетохорът изчезва. Полярните микротрубове продължават да се удължават, подготвяйки клетката за цитокинеза. Ядрената обвивка се формира отново от фрагменти от обвивката на майката. Нуклеолът се появява отново. Хромозомите се декондензират.

Цитокинеза

Цитокинезата е фазата на клетъчния цикъл, по време на която клетката се дели. В животинските клетки цитозинезата се осъществява с помощта на стеснителен колан от актинови нишки. Тези нишки се плъзгат едно през друго, диаметърът на лентата намалява и около обиколката на клетката се образува жлеб за разцепване.

Докато стеснението продължава, сулкусът се задълбочава и се образува междуклетъчен мост, който съдържа средното тяло. В централната област на междуклетъчния мост се намират снопове микротрубове, които са покрити от електронен сензор.

Разрушаването на междуклетъчния мост между постмитотичните сестрински клетки става чрез абсцес. Има три типа абсцес: 1) механичен механизъм за разрушаване; 2) механизъм на запълване с вътрешни везикули; 3) свиване на плазмената мембрана за делене.

В растителните клетки мембранните компоненти се събират в тях и се образува клетъчната плоча. Тази плака расте, докато достигне повърхността на плазмената мембрана, като се слее с нея и раздели клетката на две. Тогава целулозата се отлага върху новата плазмена мембрана и образува новата клетъчна стена.

смекчен израз

Мейозата е вид клетъчно деление, което намалява наполовина броя на хромозомите. По този начин, диплоидна клетка се разделя на четири хаплоидни дъщерни клетки. Мейозата се проявява в зародишните клетки и поражда гамети.

Етапите на мейозата се състоят от две деления на ядрото и цитоплазма, а именно мейоза I и мейоза II. По време на мейозата I членовете на всяка двойка хомоложни хромозоми се разделят. По време на мейозата II сестринските хроматиди се разделят и се получават четири хаплоидни клетки.

Всеки етап на митозата се разделя на профаза, промефафаза, метафаза, анафаза и телофаза.

Мейоза I

- Профаза I. Хромозомите се кондензират и вретеното започва да се образува. ДНК се удвои. Всяка хромозома е съставена от сестрински хроматиди, прикрепени към центромера. Хомоложни хромозоми се сдвояват по време на синапса, което позволява кръстосване, което е ключово за производството на различни гамети.

- Метафаза I. Двойката хомоложни хромозоми се редят по протежение на метафазната плоча. Чиазмът помага да държите двойката заедно. Микротубулите на кинетохора на всеки полюс се свързват с центромер на хомоложна хромозома.

- Анафаза I. Микротубулите на кинетохора се съкращават и хомоложните двойки се разделят. Един дублиращ хомолог отива към единия полюс на клетката, докато другият дублиращ хомолог отива от другата страна на полюса.

- Телофаза I. Отделни хомолози образуват група на всеки полюс на клетката. Ядрената обвивка се формира отново. Цитокинезата се случва. Получените клетки имат половината от броя на хромозомите на първоначалната клетка.

Мейоза II

- Профаза II. Във всяка клетка се образува ново вретено и клетъчната мембрана изчезва.

- Метафаза II. Образуването на шпиндела е завършено. Хромозомите имат сестрински хроматиди, свързани в центромера, подравнени по протежение на метафазната плоча. Микротубулите на кинетохора, които започват от противоположни полюси, се свързват към центромерите.

- Анафаза II. Микротубулите се скъсяват, центромери се разделят, сестринските хроматиди се разделят и се придвижват към противоположни полюси.

- Телофаза II. Ядрената обвивка се образува около четири групи хромозоми: формират се четири хаплоидни клетки.

важност

Някои примери илюстрират значението на различните видове клетъчно деление.

- Митоза. Клетъчният цикъл има необратими точки (репликация на ДНК, разделяне на сестрински хроматиди) и контролни точки (G1 / S). P53 протеинът е ключов за контролната точка на G1. Този протеин открива увреждане на ДНК, спира клетъчното делене и стимулира активността на ензимите, които възстановяват увреждането.

В повече от 50% от човешки рак, протеинът p53 има мутации, които анулират способността му да свързва специфични последователности на ДНК. Мутациите в p53 могат да бъдат причинени от канцерогени, като бензопирен в цигарения дим.

- Мейоза. Свързва се със сексуална репродукция. От еволюционна гледна точка се смята, че сексуалното възпроизводство е възникнало като процес за възстановяване на ДНК. По този начин увреждането на хромозома може да бъде поправено въз основа на информация от хомоложната хромозома.

Смята се, че диплоидното състояние е било преходно в древните организми, но е станало по-уместно с увеличаването на генома. В тези организми сексуалната репродукция има функцията на допълване, възстановяване на ДНК и генетична вариация.

Препратки

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. 2007. Молекулярна биология на клетката. Garland Science, Ню Йорк.
2. Bernstein, H., Byers, GS, Michod, RE 1981. Еволюция на сексуалната репродукция: значението на възстановяването, допълването и изменението на ДНК. Американски натуралист, 117, 537-549.
3. Лодиш, Х., Берк, А., Зипурски, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Клетъчна и молекулярна биология. Редакция Медика Панамерикана, Буенос Айрес.
4. Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Singer, SR 2005 Biology. Висше образование, Бостън.
5. Соломон, БМ, Берг, LR, Мартин, DW 2008. Биология. Томсън, САЩ.