CELLDELNING: TYPER, PROCESSER OCH VIKT - BIOLOGI - 2025

Den celldelning är den process som gör att alla levande organismer att växa och föröka sig. I prokaryoter och eukaryoter är resultatet av celldelningen dotterceller som har samma genetiska information som den ursprungliga cellen. Detta händer eftersom informationen i DNA dupliceras före delning.

I prokaryoter sker division genom binär klyvning. De flesta prokaryoter genom är en cirkulär DNA-molekyl. Även om dessa organismer inte har en kärna, är DNA i en kompakt form som kallas en nukleoid, som skiljer sig från cytoplasman som omger den.

Källa: Retama

I eukaryoter sker uppdelning genom mitos och meios. Det eukaryota genomet består av stora mängder DNA organiserat i kärnan. Denna organisation är baserad på förpackning av DNA med proteiner som bildar kromosomer, som innehåller hundratals eller tusentals gener.

De mycket olika eukaryoterna, både encelliga och metazoaner, har livscykler som växlar mellan mitos och meios. Dessa cykler är de med: a) gametisk meios (djur, vissa svampar och alger), b) zygotisk meios (vissa svampar och protozoer); och c) växling mellan gametisk och zygotisk meios (växter).

typer

Celldelning kan ske genom binär klyvning, mitos eller meios. Var och en av processerna involverade i dessa typer av celldelning beskrivs nedan.

Binär fission

Prokaryotisk klyvning, binär klyvning, är en form av asexuell reproduktion.

Binär klyvning består av uppdelningen av cellen som ger upphov till två dotterceller, var och en med en identisk kopia av DNA: t från den ursprungliga cellen.

Innan uppdelningen av den prokaryota cellen sker DNA-replikation, som börjar på en specifik plats på det dubbelsträngade DNA, kallat replikationsursprung. Replikationsenzymer rör sig i båda riktningarna från ursprunget och producerar en kopia av var och en av strängarna med dubbelsträngat DNA.

Efter DNA-replikation förlängs cellen och DNA separeras i cellen. Omedelbart börjar ett nytt plasmamembran växa mitt i cellen och bildar ett septum.

Denna process underlättas av FtsZ-proteinet, som evolutionärt är mycket konserverat i prokaryoter, inklusive Archaea. Slutligen delar cellen sig.

Cellcykeln och mitos

De steg som en eukaryot cell går igenom mellan två på varandra följande celldelningar kallas cellcykeln. Cellcykelns varaktighet varierar från några minuter till månader, beroende på celltyp.

Cellcykeln är indelad i två steg, nämligen M-fasen och gränssnittet. Två processer inträffar i M-fasen, kallad mitos och cytokinesis. Mitos består av kärnkraftsdelning. Samma antal och typer av kromosomer som finns i den ursprungliga kärnan finns i dotterkärnorna. Somatiska celler i flercelliga organismer delar sig med mitos.

Cytokinesis består av uppdelningen av cytoplasma och bildar dotterceller.

Gränssnittet har tre faser: 1) G1, celler växer och tillbringar större delen av sin tid i denna fas; 2) S, genomduplikation; och 3) G2, replikation av mitokondrier och andra organeller, kondensation av kromosomer och montering av mikrotubuli, bland andra händelser.

Stadier av mitos

Mitos börjar med slutet av G2-fasen och är uppdelad i fem faser: profas, prometafas, metafas, anafas och telofas. De händer alla kontinuerligt.

profas

Profas. Leomonaci98, från Wikimedia Commons

I detta skede är sammansättningen av den mitotiska spindeln, eller den mitotiska apparaten, huvudhändelsen. Profaset börjar med kompakteringen av kromatinet och bildar kromosomerna.

Varje kromosom har ett systerkromatidpar, med identiskt DNA, som är tätt bundna i närheten av sina centromerer. Proteinkomplex som kallas kohesiner deltar i denna union.

Varje centromer är kopplad till en kinetokore, som är ett komplex av proteiner som binder till mikrotubuli. Dessa mikrotubuli gör det möjligt att överföra varje kopia av kromosomerna till dottercellerna. Mikrotubuli strålar från varje ände av cellen och bildar den mitotiska apparaten.

I djurceller, före profaset, inträffar centrosomduplikationen, som är det huvudsakliga organiseringscentret för mikrotubuli och platsen där föräldrar- och barncentriolerna möts. Varje centrosom når den motsatta polen i cellen och bildar en bro av mikrotubuli mellan dem som kallas den mitotiska apparaten.

I mer nyligen utvecklade växter, till skillnad från djurceller, finns det inga centrosomer och mikrotubulernas ursprung är oklart. I fotosyntetiska celler av äldre evolutionärt ursprung, såsom grönalger, finns det centrosomer.

prometafas

Leomonaci98

Mitos måste säkerställa segregeringen av kromosomerna och fördelningen av kärnhöljet i kärnporerna och nukleolin. Beroende på om kärnhöljet (EN) försvinner eller inte, och graden av densintegrering av EN, varierar mitos från stängd till helt öppen.

I S. cerevisae är till exempel mitosen stängd, i A. nidulans är den halvöppen och hos människor är den öppen.

Vid stängd mitos återfinns de polära kropparna i spindeln i kärnhöljet och utgör kärnbildningspunkterna i kärnkrafts- och cytoplasmiska mikrotubuli. De cytoplasmiska mikrotubulorna interagerar med cellbarken och med kromosomernas kinetokor.

Vid halvöppen mitos, eftersom EN delvis demonteras, invaderas kärnutrymmet av kärnbildade mikrotubuli från centrosomerna och genom två öppningar i EN och bildar buntar omgiven av EN.

Vid öppen mitos sker fullständig demontering av EN, den mitotiska apparaten är klar och kromosomerna börjar förflyttas mot mitten av cellen.

Metaphase

Kromosomer inriktade i cellens ekvatorialplatta under mitotiskt metafas

I metafas står kromosomerna i linje med ekvatorn i cellen. Det imaginära planet vinkelrätt mot spindelns axel, som passerar genom cellens inre omkrets, kallas metafasplattan.

I däggdjursceller är den mitotiska apparaten organiserad i en central mitotisk spindel och ett par aster. Den mitotiska spindeln består av ett bilateralt symmetriskt bunt av mikrotubulor som är uppdelat vid ekvatorn i cellen och bildar två motsatta halvor. Aster består av en grupp mikrotubulor vid varje pol av spindeln.

I den mitotiska apparaten finns det tre grupper av mikrotubuli: 1) astral, som bildar aster, startar från centrosomen och strålar mot cellbarken; 2) av kinetokoren, som är bundna till kromosomer genom kinetokoren; och 3) polära, som interdigitueras med mikrotubuli från motsatt pol.

I alla ovan beskrivna mikrotubuli vetter (-) ändarna mot centrosomen.

I växtceller, om det inte finns någon centrosom, liknar spindeln den hos djurceller. Spindeln består av två halvor med motsatt polaritet. Ändarna (+) finns på ekvatorialplattan.

anafas

Källa: Leomonaci98, från Wikimedia Commons

Anafas delas in i tidigt och sent. I tidig anafas sker separering av systerkromatider.

Denna separering inträffar på grund av att proteinerna som upprätthåller unionen klyvs och eftersom det finns en förkortning av mikrotubulerna i kinetokoren. När paret av systerkromatider separeras kallas de kromosomer.

Under poleward-förskjutningen av kromosomer rör sig kinetokoren längs mikrotubulan i samma kinetokor som dess (+) ände dissosierar. På grund av detta är rörelsen av kromosomer under mitos en passiv process som inte kräver motoriska proteiner.

I sen anafas sker en större separering av polerna. Ett KRP-protein, fäst vid (+) änden av polära mikrotubuli, i området för överlappning av samma, rör sig mot (+) änden av en intilliggande antiparallell polär mikrotubuli. Således skjuter KRP den intilliggande polära mikrotubulan mot (-) änden.

I växtceller, efter separationen av kromosomer, kvarstår ett utrymme med interdigiterade, eller överlagrade, mikrotubuli i mitten av spindeln. Denna struktur möjliggör initiering av den cytokinetiska apparaten, kallad fragmoplasten.

telofas

Telofas. Leomonaci98

I telofas händer olika händelser. Kromosomer når polerna. Kinetokoren försvinner. De polära mikrotubulorna fortsätter att förlängas och förbereder cellen för cytokinesis. Kärnhöljet formas om från fragment av moderhöljet. Kärnan återkommer. Kromosomerna är dekondenserade.

cytokines

Cytokinesis är fasen i cellcykeln under vilken cellen delar sig. I djurceller förekommer cytosinesis med hjälp av ett sammandragningsbälte av aktinfilament. Dessa trådar glider förbi varandra, bandets diameter minskar och ett klyvningsspår bildas runt cellens omkrets.

När sammandragningen fortsätter fördjupas sulkusen och en mellancellulär bro bildas, som innehåller mittkroppen. I den centrala regionen av den intercellulära bron finns buntarna av mikrotubulor, som är täckta av en elektrodens matris.

Fördelningen av den intercellulära bron mellan post-mitotiska systerceller sker genom absektion. Det finns tre typer av abscission: 1) mekanisk nedbrytningsmekanism; 2) mekanism för fyllning av inre vesiklar; 3) sammandragning av plasmamembranet för fission.

I växtceller samlas membrankomponenter i dem och cellplattan bildas. Denna plack växer tills den når ytan på plasmamembranet, smälter med den och delar cellen i två. Sedan avsätts cellulosan på det nya plasmamembranet och bildar den nya cellväggen.

meios

Meios är en typ av celldelning som minskar antalet kromosomer i hälften. Således delar en diploid cell upp i fyra haploida dotterceller. Meios förekommer i groddceller och ger upphov till gameter.

Stadierna för meios består av två uppdelningar av kärnan och cytoplasma, nämligen meios I och meios II. Under meiosen separerar jag medlemmarna i varje par av homologa kromosomer. Under meios II separeras systerkromatiderna och fyra haploida celler produceras.

Varje steg i mitos är indelat i profas, prometafas, metafas, anafas och telofas.

Meios jag

- Profas I. Kromosomer kondenserar och spindeln börjar bildas. DNA har fördubblats. Varje kromosom består av systerkromatider, fästa vid centromeren. Homologa kromosomer kopplas ihop under synapsen, vilket möjliggör korsning, vilket är nyckeln till att producera olika gameter.

- Metafas I. Paret med homologa kromosomer står i linje längs metafasplattan. Chiasmen hjälper till att hålla paret ihop. Mikrotubuli från kinetokoren vid varje pol binder till en centromer av en homolog kromosom.

- Anafas I. Mikrotubulerna i kinetokoren förkortas och de homologa paren separeras. En duplikathomolog går till den ena polen i cellen, medan den andra duplikathomologen går till den andra sidan av polen.

- Telofas I. Separata homologer bildar en grupp vid varje pol i cellen. Kärnkraftshöljet formas om. Cytokinesis händer. De resulterande cellerna har hälften av antalet kromosomer i den ursprungliga cellen.

Meiosis II

- Prophase II. En ny spindel bildas i varje cell och cellmembranet försvinner.

- Metafas II. Spindelbildningen är klar. Kromosomer har systerkromatider, sammanfogade vid centromeren, inriktade längs metafasplattan. Mikrotubulerna i kinetokoren som startar från motsatta poler binder till centromererna.

- Anafas II. Mikrotubulor förkortas, centromerer delar sig, systerkromatider separeras och rör sig mot motsatta poler.

- Telofas II. Kärnhöljet bildas kring fyra grupper av kromosomer: fyra haploida celler bildas.

Betydelse

Några exempel illustrerar vikten av olika typer av celldelning.

- Mitos. Cellcykeln har irreversibla punkter (DNA-replikering, separering av systerkromatider) och kontrollpunkter (G1 / S). P53-proteinet är nyckeln till G1-kontrollpunkten. Detta protein upptäcker DNA-skador, stoppar celldelningen och stimulerar aktiviteten hos enzymer som reparerar skador.

I mer än 50% av humana cancerformer har p53-proteinet mutationer som upphäver dess förmåga att binda specifika DNA-sekvenser. Mutationer i p53 kan orsakas av cancerframkallande ämnen, såsom bensopyren i cigarettrök.

- Meios. Det är förknippat med sexuell reproduktion. Ur evolutionär synvinkel antas det att sexuell reproduktion uppstod som en process för att reparera DNA. Således kan skador på en kromosom repareras baserat på information från den homologa kromosomen.

Det antas att det diploida tillståndet hade varit övergående i forntida organismer, men blev mer relevant när genomet blev större. I dessa organismer har sexuell reproduktion funktionen komplement, DNA-reparation och genetisk variation.

referenser

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. 2007. Cellens molekylärbiologi. Garland Science, New York.
2. Bernstein, H., Byers, GS, Michod, RE 1981. Utvecklingen av sexuell reproduktion: vikten av DNA-reparation, komplement och variation. American Naturalist, 117, 537-549.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellular and molecular biology. Redaktion Medica Panamericana, Buenos Aires.
4. Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Singer, SR 2005 Biology. Högre utbildning, Boston.
5. Solomon, BM, Berg, LR, Martin, DW 2008. Biologi. Thomson, USA.