MITÓZIS: FÁZISOK ÉS AZOK JELLEMZŐI, FUNKCIÓI ÉS SZERVEZETEI - BIOLÓGIA - 2026

A mitózis egy sejtosztódási folyamat, amelynek során egy sejt genetikailag azonos leánysejteket termel; mindegyik sejtben két "leány" jön létre, azonos kromoszómás terheléssel. Ez az osztódás az eukarióta szervezetek szomatikus sejtjeiben zajlik.

Ez a folyamat az eukarióta organizmusok sejtciklusának egyik fázisa, amely 4 fázisból áll: S (DNS-szintézis), M (sejtosztódás), G1 és G2 (közbenső fázisok, amelyekben mRNS-ek és fehérjék képződnek). A G1, G2 és S fázist együttesen interfésznek tekintik. A sejtciklus utolsó szakaszát a nukleáris és citoplazmatikus megoszlás (mitózis és citokinezis) alkotja.

A mitózis áttekintése. Forrás: Viswaprabha

Molekuláris szinten a mitózist az MPF (Maturation Promoting Factor) nevű kináz (protein) aktiválása és a sejt jelentős részének proteinjeinek jelentős számú foszforilációja indítja. Ez utóbbi lehetővé teszi a sejt számára az osztódási folyamat elvégzéséhez szükséges morfológiai változások bemutatását.

A mitózis egy nem-szexuális folyamat, mivel a származékos sejteknek és lányainak pontosan ugyanaz a genetikai információja van. Ezeket a sejteket diploidnak nevezzük, mert hordozzák a teljes kromoszómális terhelést (2n).

A meiosis viszont a sejtosztódás folyamata, amely szexuális szaporodáshoz vezet. Ebben a folyamatban a diploid őssejt replikálja a kromoszómáját, majd egymás után kétszer osztja el (anélkül, hogy genetikai információját megismételné). Végül 4 lánysejtet generálunk, a kromoszómális terhelésnek csak a felével, amelyeket haploidnak (n) nevezünk.

A mitózis áttekintése

Az egysejtű szervezetekben a mitózis általában olyan lánysejteket hoz létre, amelyek nagyon hasonlóak elődeikhez. Ezzel szemben a többsejtű lények fejlődése során ez a folyamat két eltérő tulajdonságú sejtet eredményezhet (annak ellenére, hogy genetikailag azonos).

Ez a sejtdifferenciálás különféle sejttípusokat eredményez, amelyek többsejtű organizmusokat alkotnak.

A szervezet életében a sejtciklus folyamatosan zajlik, folyamatosan új sejteket képezve, amelyek viszont növekednek és felkészülnek arra, hogy megosszák a mitózist.

A sejtnövekedést és az osztódást olyan mechanizmusok szabályozzák, mint például az apoptózis (programozott sejthalál), amelyek lehetővé teszik az egyensúly fenntartását, elkerülve a szövetek túlzott növekedését. Ily módon biztosítva van, hogy a hibás sejteket a test igényei és igényei szerint új cellák cseréljék ki.

Mennyire releváns ez a folyamat?

A szaporodási képesség az összes organizmus (az egysejtűtől a többsejtűig) és az azt alkotó sejtek egyik legfontosabb jellemzője. Ez a minőség biztosítja a genetikai információ folyamatosságát.

A mitózis és a meiozis folyamatainak megértése alapvető szerepet játszott a szervezetek érdekes sejtjellemzőinek megértésében. Például az a tulajdonság, hogy a kromoszómák száma állandó marad az egyik sejtből a másikba az egyénen belül és ugyanazon faj egyedei között.

Amikor valamilyen típusú vágást vagy sebet szenvedünk a bőrünkön, megfigyeljük, hogy néhány nap alatt a sérült bőr helyreáll. Ez a mitózis folyamatának köszönhető.

Fázisok és jellemzőik

Általában a mitózis ugyanazt a folyamatsort (fázisokat) követi az összes eukarióta sejtben. Ezekben a fázisokban sok morfológiai változás történik a sejtben. Ezek között a kromoszómák kondenzációja, a nukleáris membrán repedése, a sejt elválasztása az extracelluláris mátrixtól és más sejtektől, valamint a citoplazma megosztása.

Bizonyos esetekben a nukleáris megosztás és a citoplazmatikus megosztás különálló fázisoknak tekinthető (mitózis, illetve citokinezis).

A folyamat jobb tanulmányozása és megértése érdekében hat (6) fázist jelöltek meg, amelyek elnevezése: prophase, prometaphase, metaphase, anaphase and telophase, majd a citokinesist egy hatodik fázisnak tekintik, amely az anafázis alatt kezd kialakulni.

A telofázis a mitózis utolsó fázisa. Felvett a https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg oldalról. A Wikimedia Commons segítségével

Ezeket a fázisokat a 19. század óta tanulmányozták a fénymikroszkóp segítségével, így manapság könnyen felismerhetőek a sejt által bemutatott morfológiai tulajdonságok, például kromoszómakondenzáció és a mitotikus orsó kialakulása alapján.

prophase

Prophase. Leomonaci98, a Wikimedia Commonsból

A fázis a sejtosztódás első látható megnyilvánulása. Ebben a fázisban a kromoszómák megjelenése megkülönböztethető formáknak tekinthető, a kromatin fokozatos tömörülése miatt. A kromoszómák kondenzációja a Histone H1 molekulák MPF-kináz általi foszforilációjával kezdődik.

A kondenzációs folyamat összehúzódásból és ezért a kromoszómák nagyságának csökkentéséből áll. Ennek oka a kromatin szálak felcsévélése, könnyebben eltolható struktúrák (mitotikus kromoszómák) előállítása.

A korábban a sejtciklus S periódusában duplikált kromoszómák kettős szálú megjelenést kapnak, úgynevezett testvérkromatidoknak. Ezeket a szálakat a centromernek nevezett régióban tartják össze. Ebben a fázisban a nukleolok is eltűnnek.

Mitotikus orsóképződés

Szerző: Silvia3, a Wikimedia Commonsból

A fázis során a mitotikus orsó kialakul, mikrotubulusokból és fehérjékből áll, amelyek szálak sorát alkotják.

Ahogy az orsó kialakul, a citoszkeleton mikrotubulusai szétszerelésre kerülnek (a szerkezetüket fenntartó fehérjék deaktiválásával), biztosítva a szükséges anyagot az említett mitotikus orsó kialakulásához.

A határfelületen duplikált centroszóma (egy sejtciklusban funkcionális membrán nélküli organelle) működik az orsó mikrotubulusok egységként. Az állati sejtekben a centroszóma közepén egy pár centriole van; ezek azonban a legtöbb növényi sejtben hiányoznak.

A duplikált centroszómák elkezdenek szétválni egymástól, miközben az orsó mikrotubulusok mindegyikében összeállnak, és a sejt ellentétes végei felé vándorolnak.

A fázis végén megkezdődik a nukleáris burkolat törése, külön folyamatok során: a nukleáris pórus, a nukleáris réteg és a membránok szétszerelésekor. Ez a törés lehetővé teszi a mitotikus orsó és a kromoszómák kölcsönhatását.

prometafázis

Leomonaci98

Ebben a szakaszban a nukleáris burkolat teljesen széttöredezett, úgy hogy az orsó mikrotubulusai behatolnak ebbe a területbe, kölcsönhatásba lépve a kromoszómákkal. A két centroszóma elválasztott, mindegyik a mitotikus orsó pólusain helyezkedik el, a sejtek ellentétes végein.

Most a mitotikus orsó tartalmazza a mikrotubulusokat (amelyek mindegyik centroszómából a sejt központja felé nyúlnak), a centroszómákat és egy pár asztert (a rövid mikrotubulusok sugárirányú eloszlású struktúrái, amelyek kinyílnak az egyes centroszómákból).

Mindegyik kromatid egy speciális fehérjeszerkezetet fejlesztett ki, amelyet kinetochore-nak hívtak, és a centromerben található. Ezek a kinetochorák ellentétes irányban helyezkednek el, és egyes mikrotubulusok, úgynevezett kinetochore mikrotubulusok, tapadnak hozzájuk.

Ezek a kinetochorához kapcsolt mikrotubulusok a kromoszómába mozognak, amelynek végétől kinyúlnak; mások egy pólusból, mások az ellenkező pólusból. Ez egy "húzza és zsugorít" hatást hoz létre, amely stabilizálás után lehetővé teszi a kromoszóma végét a sejt végei között.

Metaphase

Kromoszómák igazodtak a sejt egyenlítői lemezére a mitotikus metafázis során

A metafázisban a centroszómák a sejtek ellentétes végein helyezkednek el. Az orsó tiszta struktúrát mutat, amelynek központjában a kromoszómák találhatók. Ezeknek a kromoszómáknak a centromerjei a szálakhoz kapcsolódnak és egy képzeletbeli síkba igazodnak, amelyet metafázislemeznek hívnak.

A kromatid kinetochorák továbbra is kapcsolódnak a kinetochore mikrotubulusokhoz. Azok a mikrotubulusok, amelyek nem tapadnak a kinetochorákhoz és az orsó ellentétes pólusaitól húzódnak, kölcsönhatásba lépnek egymással. Ezen a ponton az őszirészek mikrotubulusjai érintkezésbe kerülnek a plazmamembránnal.

A mikrotubulusok ilyen növekedése és kölcsönhatása kiegészíti a mitotikus orsó szerkezetét, és így "madárketrec" -nek tűnik.

Morfológiai szempontból ez a szakasz a legkevesebb változással, ezért pihenő fázisnak tekintették. Bár ezek nem könnyen észrevehetők, sok fontos folyamat zajlik benne, amellett, hogy a mitózis leghosszabb stádiuma.

anafázis

Forrás: Leomonaci98, a Wikimedia Commonsból

Az anafázis során a kromatidok minden párja elválasztódik (az őket együtt tartó fehérjék inaktiválása miatt). Az elkülönített kromoszómák a sejt ellentétes végeire mozognak.

Ez a vándorlási mozgás a kinetochore mikrotubulusának lerövidüléséből adódik, és egy olyan "húzási" hatást vált ki, amely minden kromoszómát elmozdul a centromeréből. Attól függően, hogy a centromér a kromoszómán van-e elhelyezve, bizonyos formájú lehet, például V vagy J.

A kinetochorához nem tapadt mikrotubulusok növekednek és meghosszabbodnak a tubulin (protein) adhéziója és a rajtuk keresztül mozgó motoros fehérjék hatására, lehetővé téve az egymás közötti kapcsolat megállítását. Ahogy elmozdulnak egymástól, az orsó pólusai is meghosszabbítják a cellát.

Ennek a fázisnak a végén a kromoszómacsoportok a mitotikus orsó ellentétes végein helyezkednek el, és a sejt mindegyik végét teljes és egyenértékű kromoszómakészlettel hagyják el.

Telofázis

Telofázis. Leomonaci98

A telophase a nukleáris megosztás utolsó fázisa. A kinetochore mikrotubulusai szétesnek, míg a poláris mikrotubulusok tovább meghosszabbodnak.

A nukleáris membrán az egyes kromoszóma-halmazok körül kezd kialakulni, a progenitor sejt nukleáris burkolóinak felhasználásával, amelyek olyanok, mint a vezikulák a citoplazmában.

Ebben a szakaszban a sejtoszlopokon levő kromoszómák teljes mértékben dekondenzálódnak a hisztonmolekulák defoszforilációja miatt (H1). A nukleáris membrán elemeinek kialakulását több mechanizmus irányítja.

Az anafázis alatt a foszforilált fehérjék közül sok a foszforilálódni kezdett. Ez lehetővé teszi a teofázis kezdetén a nukleáris vezikulák újragyűlését, társulva a kromoszómák felületéhez.

Másrészt a nukleáris pórusokat újra összeállítják, lehetővé téve a nukleáris fehérjék pumpálását. A nukleáris réteg fehérjéit defoszforilálják, és lehetővé teszik, hogy újra asszociálódjanak az említett magréteg kialakulásának befejezéséhez.

Végül, miután a kromoszómák teljesen dekondenzálódtak, újraindul az RNS szintézis, újra létrehozva a nukleolokat, és ezzel befejezve a lánysejtek új, interfázisú magjait.

citokinezis

A citokinézist különálló eseménynek tekintik a nukleáris megoszlástól, és általában a tipikus sejtekben a citoplazmatikus megosztás folyamata minden mitózist kísér, anafázisban kezdve. Számos tanulmány kimutatta, hogy egyes embriókban a nukleáris megoszlások a citoplazmatikus megosztás előtt alakulnak ki.

A folyamat egy olyan horony vagy hasadék megjelenésével kezdődik, amelyet megjelölnek a metafázis lemez síkjában, biztosítva, hogy az osztódás a kromoszómacsoportok között megtörténjen. A hasadék helyét a mitotikus orsó, az őszek mikrotubulusai jelzik.

A megjelölt hasadékban számos mikrofilamentum található, amelyek gyűrűt képeznek a sejtmembrán citoplazmatikus oldala felé, amely nagyrészt aktinból és miozinból áll. Ezek a fehérjék kölcsönhatásba lépnek, lehetővé téve a gyűrű összehúzódását a horony körül.

Ezt a összehúzódást ezen fehérjék filamentumainak csúszása okozza, amikor kölcsönhatásba lépnek, ugyanúgy, mint például izomszövetekben.

A hüvely összehúzódása elmélyül, és olyan „befogó” hatást vált ki, amely végül megosztja a progenitor sejtet, lehetővé téve a leánysejtek elválasztását a fejlődő citoplazmatikus tartalommal.

Citokinezis növényi sejtekben

A növényi sejteknek sejtfala van, tehát citoplazmatikus megosztási folyamata eltér a korábban leírtól, és telofázisban kezdődik.

Az új sejtfal kialakulása akkor kezdődik, amikor a maradék orsó mikrotubulusai összeállnak, és ez alkotja a fragmoplastot. Ez a hengeres szerkezet két mikrotubulus-készletből áll, amelyek a végükön vannak összekötve és amelyek pozitív pólusai az egyenlítői síkban egy elektronikus lemezbe vannak ágyazva.

A Golgi-készülékből származó kis vezikulumok, tele sejtfal-prekurzorokkal, áthaladnak a fragmoplaszt mikrotubulusain az egyenlítői régióba, egyesítve, hogy sejtlemezt képezzenek. A vezikulumok tartalma növekszik ebbe a lemezbe.

Ez a plakk nő, összeolvadva a plazmamembránnal a sejt kerülete mentén. Ennek oka a fragmoplaszt mikrotubulusának állandó átrendeződése a lemez kerületén, lehetővé téve, hogy több vezikulum mozogjon a sík felé, és tartalmát kiürítse.

Ilyen módon a lánysejtek citoplazmatikus elválasztása történik. Végül, a sejtlemez tartalma, a benne lévő cellulóz mikroszálakkal együtt, lehetővé teszi az új sejtfal kialakulását.

Jellemzők

A mitózis a sejtekben történő megosztás mechanizmusa, és része a sejtciklus egyik fázisának az eukariótákban. Egyszerű módon elmondhatjuk, hogy ennek a folyamatnak a fő funkciója egy sejt reprodukciója két lánysejtben.

Az egysejtű organizmusok esetében a sejtosztódás új egyének generációját jelenti, míg a többsejtű szervezetek esetében ez a folyamat az egész szervezet növekedésének és megfelelő működésének része (a sejtosztódás szövetek fejlődését és a struktúrák fenntartását eredményezi).

A mitózis folyamat a test igényei szerint aktiválódik. Például az emlősökben a vörösvértestek (vörösvértestek) elkezdenek osztódni, és több sejt képződik, amikor a testnek jobb oxigénfelvételre van szüksége. Hasonlóképpen, a fehérvérsejtek (leukociták) szaporodnak, amikor fertőzés leküzdésére van szükség.

Ezzel szemben néhány specializált állati sejtben gyakorlatilag hiányzik a mitózis folyamata, vagy nagyon lassú. Példák idegsejtekre és izomsejtekre).

Általában ezek olyan sejtek, amelyek a test kötő- és szerkezeti szövetének részét képezik, és amelyek reprodukciójára csak akkor van szükség, ha a sejteknek hibája vagy romlása van, és azokat ki kell cserélni.

A sejtnövekedés és az osztódás szabályozása.

A sejtosztódás és a növekedés-szabályozó rendszer sokkal összetettebb a többsejtű szervezetekben, mint az egysejtűekben. Ez utóbbi esetben a reprodukciót alapvetõen az erõforrások rendelkezésre állása korlátozza.

Az állati sejtekben az osztódást leállítják, amíg pozitív jel nem lesz a folyamat aktiválására. Ez az aktiválás a szomszédos sejtekből származó kémiai jelek formájában jön létre. Ez lehetővé teszi a szövetek korlátlan növekedését és a hibás sejtek szaporodásának megakadályozását, amelyek súlyosan károsíthatják a szervezet életét.

Az egyik mechanizmus, amely a sejtek szaporodását szabályozza, az apoptózis, amikor egy sejt meghal (bizonyos önfertőzést aktiváló fehérjék előállítása miatt), ha jelentős károsodást okoz, vagy egy vírus fertőzi.

A sejtek fejlődésének szabályozása a növekedési faktorok (például a fehérjék) gátlásával is zajlik. Így a sejtek az interfészen maradnak, anélkül, hogy a sejtciklus M fázisába lépnének.

Organizmusok, amelyek kivitelezik

A mitózis folyamata az eukarióta sejtek túlnyomó többségében zajlik, az egysejtű organizmusoktól, például az élesztőtől, amely az aszexuális szaporodási folyamatot használja, a komplex többsejtű organizmusokig, például növényekhez és állatokig.

Bár általában a sejtciklus azonos az összes eukarióta sejt esetében, vannak különbségek az egysejtű és a többsejtű organizmusok között. Az előbbi esetben a sejtek növekedését és megosztását a természetes szelekció támogatja. A többsejtű szervezetekben a szaporodást szigorú kontroll mechanizmusok korlátozzák.

Az egysejtű szervezetekben a szaporodás felgyorsult módon történik, mivel a sejtciklus folyamatosan működik, és a lányos sejtek gyorsan elkezdik a mitózist, hogy folytathassák ezt a ciklust. Míg a többsejtű organizmusok sejtjeinek szaporodása és megosztása jóval hosszabb ideig tart.

Vannak némi különbségek a növényi és állati sejtek mitotikus folyamatai között is, mivel ennek a folyamatnak néhány szakaszában elvileg a mechanizmus hasonlóan működik ezekben az organizmusokban.

Sejtosztódás prokarióta sejtekben

Prokarióta sejt

A prokarióta sejtek általában gyorsabban növekednek és osztódnak, mint az eukarióta sejtek.

A prokarióta sejteket tartalmazó szervezeteknek (általában egysejtűek vagy egyes esetekben többsejtűek) nincs olyan atommagmembránuk, amely izolálja a genetikai anyagot a magban, tehát eloszlik a sejtben, a nukleoidnak nevezett területen. Ezeknek a sejteknek egy kör alakú fő kromoszóma van.

Ennélfogva ezekben az organizmusokban a sejtosztódás sokkal közvetlenebb, mint az eukarióta sejtekben, hiányzik a leírt mechanizmus (mitózis). Ezekben a reprodukciót bináris hasításnak nevezett folyamatban hajtják végre, ahol a DNS replikáció a kör alakú kromoszóma egy adott helyén kezdődik (a replikáció kezdete vagy OriC).

Ezután két eredet képződik, amelyek a replikáció bekövetkeztével a sejt másik oldalára vándorolnak, és a sejtet méretük kétszeresére nyújtják. A replikáció végén a sejtmembrán növekszik a citoplazmában, és a progenitor sejtet két lányra osztja, azonos genetikai anyaggal.

A mitózis fejlődése

Az eukarióta sejtek evolúciója növeli a genom komplexitását. Ehhez bonyolultabb megosztási mechanizmusokat kellett kidolgozni.

Mi előzte meg a mitózist?

Vannak olyan hipotézisek, amelyek szerint a baktériumok megoszlása ​​a mitózis elődjének mechanizmusa. Bizonyos összefüggést találtak a bináris hasadással járó fehérjék között (amelyek lehetnek azok, amelyek kromoszómákat rögzítenek a lányok plazmamembránjának meghatározott helyeire) a tubulinnal és az aktinnal az eukarióta sejtekben.

Egyes tanulmányok rámutatnak a modern egysejtű protisták megosztásának bizonyos sajátosságaira. Ezekben a nukleáris membrán érintetlen marad a mitózis során. A replikált kromoszómák ezen a membránon bizonyos helyekhez rögzítve maradnak, elválasztva, amikor a sejt megoszlik a sejtosztás során.

Ez némi egybeesést mutat a bináris hasadási folyamattal, amikor a replikált kromoszómák a sejtmembrán bizonyos helyein kapcsolódnak. A hipotézis ezután azt sugallja, hogy a protisták, amelyek ezt a minőséget mutatják a sejtosztódásuk során, megtarthatták volna az ősi prokarióta sejtek ezt a tulajdonságát.

Jelenleg még nem fejlesztettek magyarázatot arra, hogy a többsejtű szervezetek eukarióta sejtjeiben miért szükséges, hogy a sejtmembrán szétesjen a sejtosztódási folyamat során.

Irodalom

1. Albarracín, A. és Telulón, AA (1993). Sejtelmélet a 19. században. AKAL kiadások.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K. és Walter, P. (2008). A sejt molekuláris biológiája. Garland Science, Taylor és Francis csoport.
3. Campbell, N., és Reece, J. (2005). Biológia 7 ^-én kiadás, AP.
4. Griffiths, AJ, Lewontin, RC, Miller, JH és Suzuki, DT (1992). Bevezetés a genetikai elemzésbe. McGraw-Hill Interamericana.
5. Karp, G. (2009). Sejt- és molekuláris biológia: fogalmak és kísérletek. John Wiley & Sons.
6. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, és Matsudaira, P. (2008). Molekuláris sejtbiológia. Macmillan.
7. Segura-Valdez, MDL, Cruz-Gómez, SDJ, López-Cruz, R., Zavala, G., és Jiménez-García, LF (2008). A mitózis vizualizációja az atomerő mikroszkóppal. TIPP. A kémiai-biológiai tudományokra szakosodott folyóirat, 11 (2), 87-90.