SEJTOSZTÓDÁS: TÍPUSOK, FOLYAMATOK ÉS FONTOSSÁG - BIOLÓGIA - 2025

A sejtosztódás az a folyamat, amely lehetővé teszi az összes élő organizmus növekedését és szaporodását. A prokariótákban és az eukariótákban a sejtosztódás eredménye olyan lánysejtek, amelyek ugyanazzal a genetikai információval rendelkeznek, mint az eredeti sejt. Ez azért történik, mert a megosztás előtt a DNS-ben található információ megismételésre kerül.

A prokariótákban az osztódás bináris hasadással történik. A legtöbb prokarióta genomja egy kör alakú DNS molekula. Noha ezeknek az organizmusoknak nincs magja, a DNS kompakt formában, nukleoidnak nevezik, amely különbözik a körülvevő citoplazmától.

Forrás: Retama

Az eukariótákban a megosztás a mitózis és a meiosis révén történik. Az eukarióta genom a magban szervezett nagy mennyiségű DNS-ből áll. Ez a szervezet azon alapul, hogy a DNS-t fehérjékkel csomagolják, és kromoszómákat képeznek, amelyek több száz vagy több ezer gént tartalmaznak.

A nagyon változatos eukarióták, az egysejtű és a metazoánok életciklusa váltakozik a mitózis és a meiosis között. Ezek a ciklusok a következőkkel járnak: a) gametikus meiozis (állatok, egyes gombák és algák), b) zigotikus meiosis (néhány gombák és protozoák); és c) a gametikus és a zigotikus meiozis (növények) váltakozása.

típusai

A sejtosztódás bináris hasadással, mitózissal vagy meiosissal történhet. Az alábbiakban ismertetjük a sejtosztódás ezen típusainak mindegyikét.

Bináris hasadás

A prokarióta hasadás, a bináris hasadás az aszexuális reprodukció egyik formája.

A bináris hasítás abból áll, hogy a sejt megoszlik, amely két lánysejtet eredményez, amelyek mindegyikének az eredeti sejt DNS-ének azonos példánya van.

A prokarióta sejt megosztása előtt megtörténik a DNS replikáció, amely a kettős szálú DNS egy specifikus helyén kezdődik, amelyet replikáció origójának nevezünk. A replikációs enzimek mindkét irányba mozognak az eredetből, és a kettős szálú DNS mindegyik szálának egy példányát előállítják.

A DNS replikációja után a sejt meghosszabbodik, és a DNS-t elválasztják a sejtben. Azonnal egy új plazmamembrán kezd növekedni a sejt közepén, és egy septumot képez.

Ezt a folyamatot elősegíti az FtsZ protein, amely evolúciósan erősen konzerválódott a prokariótákban, beleértve az Archaea-t is. Végül a cella osztódik.

A sejtciklus és a mitózis

Az a szakasz, amelyen az eukarióta sejt két egymást követő sejtosztódáson megy keresztül, sejtciklusnak nevezik. A sejtciklus időtartama néhány perctől hónapig változik, a sejt típusától függően.

A cellaciklus két szakaszra oszlik, nevezetesen az M fázisra és az interfészre. Az M fázisban két folyamat zajlik, ezeket mitózisnak és citokinezisnek nevezik. A mitózis nukleáris megosztásból áll. Ugyanazon számú és típusú kromoszóma található az eredeti magban a lányos magokban. A többsejtű organizmusok szomatikus sejtjei mitózissal osztódnak.

A citokinezis a citoplazma megosztásából áll, és lányos sejtekké alakul.

Az interfésznek három fázisa van: 1) G1, a sejtek növekednek és idejük nagy részét ebben a fázisban töltik; 2) S, genom duplikáció; és 3) G2, a mitokondriumok és más organellák replikációja, a kromoszómák kondenzációja és mikrotubulusok összeállítása, többek között az események között.

A mitózis stádiumai

A mitózis a G2 fázis végével kezdődik, és öt fázisra osztható: prophase, prometaphase, metaphase, anaphase and telophase. Mindegyik folyamatosan történik.

prophase

Prophase. Leomonaci98, a Wikimedia Commonsból

Ebben a szakaszban a mitotikus orsó, vagy mitotikus készülék összeállítása a fő esemény. A fázis a kromatin tömörítésével kezdődik, és így képezi a kromoszómákat.

Mindegyik kromoszómán testvér-kromatid pár van, azonos DNS-sel, amelyek szorosan kötődnek centromerjeik közelében. A kohezinnek nevezett fehérjekomplexek részt vesznek ebben az unióban.

Az egyes centromereket egy kinetochorához kapcsolják, amely egy fehérje komplex, amely a mikrotubulusokhoz kötődik. Ezek a mikrotubulusok lehetővé teszik a kromoszómák minden másolatának átvitele a lánysejtekbe. A mikrotubulusok a sejt mindegyik végéből sugároznak, és a mitotikus készüléket képezik.

Az állati sejtekben a fázis előtt megtörténik a centroszóma megkettőződése, amely a mikrotubulusok fő szervező központja, és az a hely, ahol a szülő és a gyermek centriolei találkoznak. Mindegyik centroszóma eléri a sejt ellentétes pólusát, és mikrotubulusok hídját hozza létre közöttük, mitotikus készüléknek nevezik.

A közelmúltban kialakult növényekben, az állati sejtektől eltérően, nincsenek centroszómák, és a mikrotubulusok eredete nem egyértelmű. Az idõsebb evolúciós eredetû fotoszintézis sejtekben, mint például a zöld alga, centroszómák vannak.

prometafázis

Leomonaci98

A mitózisnak biztosítania kell a kromoszómák szétválasztását, valamint a nukleáris póruskomplex és a nukleoli nukleáris burkolójának megoszlását. Attól függően, hogy a nukleáris burkolat (EN) eltűnik-e vagy sem, és az EN sűrűségének mértékétől függően, a mitózis zárttól teljesen nyitottig terjed.

Például az S. cerevisae-ban a mitózis zárt, A. nidulans-ben félig nyitott, embereknél pedig nyitott.

Zárt mitózisban az orsó poláris teste a nukleáris burkolatban található, és ezek képezik a nukleáris és a citoplazmatikus mikrotubulusok nukleációs pontjait. A citoplazmatikus mikrotubulusok kölcsönhatásba lépnek a sejtkéreggel és a kromoszómák kinetochoráival.

Félig nyitott mitózisban, mivel az EN-et részlegesen szétszerelték, a nukleáris térbe a centroszómákból származó nukleáris mikrotubulumok és az EN két nyílásán keresztül behatolnak, kötegeket képezve, amelyeket az EN körül vesz körül.

Nyílt mitózis esetén az EN teljes szétesése megtörténik, a mitotikus készülék befejeződik, és a kromoszómák a sejt közepe felé kezdik elmozdulni.

Metaphase

Kromoszómák igazodtak a sejt egyenlítői lemezére a mitotikus metafázis során

A metafázisban a kromoszómák a sejt egyenlítőjén helyezkednek el. Az orsó tengelyére merőleges képzeletbeli síkot, amely áthalad a cella belső kerületén, metafázisú lemeznek nevezik.

Az emlős sejtekben a mitotikus berendezés egy központi mitotikus orsóba és egy pár őszbe van rendezve. A mitotikus orsó kétoldalú szimmetrikus mikrotubuluscsomóból áll, amelyet a sejt egyenlítőjénél osztanak meg, és két ellentétes felületet képeznek. Az orsók egy mikrotubulus-csoportból állnak, az orsó minden egyes pólusánál.

A mitotikus berendezésben a mikrotubulusok három csoportja van: 1) asztrális, amelyek az astert képezik, a centroszómától indulnak és a sejtkéreg felé sugároznak; 2) a kinetochore, amelyek a kinetochoren keresztül kapcsolódnak a kromoszómákhoz; és 3) poláris, amelyek az ellenkező pólus mikrotubulusaival interdigitifikálódnak.

Az összes fent leírt mikrotubulusban a (-) vége a centroszómával szemben van.

A növényi sejtekben, ha nincs centroszóma, az orsó hasonló az állati sejtekhez. Az orsó két, ellentétes polaritású félből áll. A végek (+) az egyenlítői lemezen vannak.

anafázis

Forrás: Leomonaci98, a Wikimedia Commonsból

Az Anaphase korai és késői szakaszokra oszlik. A korai anafázisban a nővérekromatidok elválasztódnak.

Ez az elválasztás azért következik be, mert az uniót fenntartó fehérjék hasadnak, és mivel a kinetochore mikrotubulusai lerövidülnek. Amikor a testvérpár kromatidok különválnak, ezeket kromoszómáknak nevezzük.

A kromoszómák irányának elmozdulásakor a kinetochore ugyanabban a kinetochore mikrotubulusában mozog, mint annak (+) vége disszociálódik. Emiatt a mitózis során a kromoszómák mozgása passzív folyamat, amely nem igényel motoros fehérjéket.

A késői anafázisban nagyobb a pólusok elválasztása. A poláris mikrotubulusok (+) végéhez kapcsolt KRP protein, az átfedések környékén, egy szomszédos antiparallel poláris mikrotubulus (+) vége felé halad. Így a KRP a szomszédos poláris mikrotubulust a (-) vége felé tolja.

A növényi sejtekben a kromoszómák szétválasztása után az orsó közepén egy hely van, amelyben interdigitált vagy átfedő mikrotubulumok vannak. Ez a szerkezet lehetővé teszi a citokinetikus készülék, az úgynevezett fragmoplast elindítását.

Telofázis

Telofázis. Leomonaci98

A telophase-ban különféle események történnek. A kromoszómák elérik a pólusokat. A kinetókor eltűnik. A poláris mikrotubulusok továbbra is megnyúlnak, előkészítve a sejtet citokinezishez. A nukleáris borítékot az anya boríték fragmentumaiból alakítják át. A nukleolus újra megjelenik. A kromoszómák dekondenzálódtak.

citokinezis

A citokinezis a sejtciklus azon fázisa, amelynek során a sejt osztódik. Az állati sejtekben a citosinézis aktin filamentumok szűkítőszalagjának segítségével történik. Ezek a szálak elcsúsznak egymás mellett, a heveder átmérője csökken, és a cella kerületén hasítási horony alakul ki.

A zsugorodás folytatódásával a sulcus elmélyül, és egy intercelluláris híd alakul ki, amely a középhátot tartalmazza. Az intercelluláris híd középső részén vannak a mikrotubulusok kötegei, amelyeket elektrodenzus mátrix fed le.

A post-mitotikus testvér sejtek közötti intercelluláris híd lebontása abszcisszión keresztül történik. Háromféle elhagyás létezik: 1) mechanikus lebontási mechanizmus; 2) a belső vezikulumok általi kitöltés mechanizmusa; 3) a plazmamembrán összehúzódása a hasadásra.

A növényi sejtekben a membránkomponensek összegyűlnek bennük, és a sejtlemez kialakul. Ez a plakk addig növekszik, amíg el nem éri a plazmamembrán felületét, összeolvad azzal, és a sejtet ketté nem osztja. Ezután a cellulózt lerakják az új plazmamembránra, és képezik az új sejtfalot.

miózis

A meiosis egy olyan sejtosztódás, amely felére csökkenti a kromoszómák számát. Így a diploid sejt négy haploid leánysejtre oszlik. A meiosis csírasejtekben fordul elő, és ivarsejteket eredményez.

A meiozis stádiumai a mag és a citoplazma két részéből állnak, nevezetesen a meiozis I és a meiozis II. Az I. meiosis során a homológ kromoszómák minden tagja elkülönül. A II-es meiosis során a nővér kromatidok szétválnak és négy haploid sejt képződik.

A mitózis minden stádiumát fázisra, prometafázisra, metafázisra, anafázisra és teofázisra osztják.

I. meiosis

- I. fázis. A kromoszómák kondenzálódnak és az orsó kialakulni kezd. A DNS megduplázódott. Mindegyik kromoszóma testvérkromatidokból áll, amelyeket a centromerhez kapcsolnak. A homológ kromoszómák a szinapszis során párosulnak, lehetővé téve az áthaladást, ami kulcsfontosságú a különféle ivarsejtek kialakulásához.

- I. metafázis. A homológ kromoszómák párja a metafázis lemez mentén helyezkedik el. A chiasm segít a pár együtt tartásában. A kinetochore mikrotubulusai az egyes pólusokon egy homológ kromoszóma centromerjéhez kapcsolódnak.

- Anapázis I. A kinetochore mikrotubulusai lerövidülnek, és a homológ párokat elválasztják. Az egyik duplikált homológ a sejt egyik pólusára megy, míg a másik homológ duplikátum a pólus másik oldalára.

- Telofázis I. Külön homológok képeznek csoportot a sejt mindegyik pólusán. A nukleáris boríték újraformálódik. A citokinezis megtörténik. A kapott sejtek az eredeti sejt kromoszómáinak felével rendelkeznek.

Meiosis II

- II. Mindegyik sejtben új orsó képződik, és a sejtmembrán eltűnik.

- II. Metafázis. Az orsó kialakítása befejeződött. A kromoszómák testvér kromatidjaik vannak, összekapcsolódnak a centroméren és igazodnak a metafázis lemez mentén. A kinetochore mikrotubulusai, amelyek az ellenkező pólusoktól indulnak, a centromerekhez kapcsolódnak.

- Anaphase II. A mikrotubulusok lerövidülnek, a centromerek megoszlanak, a nővérek kromatidjai szétválnak és az ellenkező pólusok felé mozognak.

- Telofázis II. A nukleáris burok négy kromoszómacsoport körül alakul ki: négy haploid sejt képződik.

fontosság

Néhány példa szemlélteti a különféle sejtosztódás fontosságát.

- Mitózis. A sejtciklus visszafordíthatatlan pontokkal rendelkezik (DNS replikáció, nővér kromatidok elválasztása) és ellenőrző pontokkal (G1 / S). A p53 protein kulcsa a G1 ellenőrzőpontnak. Ez a fehérje felismeri a DNS károsodását, leállítja a sejtosztódást, és serkenti a károsodást javító enzimek aktivitását.

Az emberi rák több mint 50% -ában a p53 fehérjében olyan mutációk vannak, amelyek érvénytelenítik annak képességét, hogy specifikus DNS-szekvenciákat kössenek. A p53 mutációit rákkeltő anyagok, például a cigarettafüstben lévő benzopirol okozhatják.

- Meiosis. A szexuális szaporodással jár. Evolúciós szempontból úgy gondolják, hogy a szexuális szaporodás a DNS helyreállításának folyamataként jelentkezett. Így a kromoszóma károsodása a homológ kromoszómából származó információk alapján helyrehozható.

Úgy gondolják, hogy a diploid állapot átmeneti volt az ősi organizmusokban, de relevánsabbá vált, amikor a genom megnövekedett. Ezekben a szervezetekben a szexuális szaporodás komplementáció, DNS-javítás és genetikai variáció funkciója.

Irodalom

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. 2007. A sejt molekuláris biológiája. Garland Science, New York.
2. Bernstein, H., Byers, GS, Michod, RE 1981. A szexuális reprodukció evolúciója: a DNS-javítás, komplementáció és variáció fontossága. American Naturalist, 117, 537-549.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Celluláris és molekuláris biológia. Szerkesztői Medica Panamericana, Buenos Aires.
4. Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Singer, SR 2005 Biology. Felsőoktatás, Boston.
5. Solomon, BM, Berg, LR, Martin, DW 2008. Biológia. Thomson, USA.