MITOS: FASER OCH DERAS EGENSKAPER, FUNKTIONER OCH ORGANISMER - BIOLOGI - 2025

Den mitos är en celldelningsprocessen, där en cell producerar genetiskt identiska dotterceller; två "döttrar" med samma kromosombelastning genereras för varje cell. Denna uppdelning sker i de somatiska cellerna i eukaryota organismer.

Denna process är ett av stegen i cellcykeln för eukaryota organismer, som består av fyra faser: S (DNA-syntes), M (celldelning), G1 och G2 (mellanfaser där mRNA och proteiner produceras) . Tillsammans betraktas faserna G1, G2 och S som ett gränssnitt. Kärn- och cytoplasmatisk uppdelning (mitos och cytokinesis) utgör det sista steget i cellcykeln.

Översikt av mitos. Källa: Viswaprabha

På molekylnivå initieras mitos genom aktivering av ett kinas (protein) som kallas MPF (Maturation Promoting Factor) och den därpå följande fosforyleringen av ett betydande antal av cellens komponentproteiner. Det senare tillåter cellen att presentera de morfologiska förändringar som är nödvändiga för att genomföra uppdelningsprocessen.

Mitos är en asexuell process eftersom förfädercellen och dess döttrar har exakt samma genetiska information. Dessa celler är kända som diploid eftersom de har den kompletta kromosomala belastningen (2n).

Meios, å andra sidan, är processen för celldelning som leder till sexuell reproduktion. I denna process replikerar en diploid stamcell sina kromosomer och delar sig sedan två gånger i rad (utan att replikera dess genetiska information). Slutligen genereras fyra dotterceller med endast hälften av kromosombelastningen, som kallas haploid (n).

Översikt av mitos

Mitos i encelliga organismer producerar vanligtvis dotterceller som liknar deras stamfäder. Däremot kan denna process under utvecklingen av flercelliga varelser ge upphov till två celler med vissa olika egenskaper (trots att de är genetiskt identiska).

Denna celldifferentiering ger upphov till de olika celltyper som utgör flercelliga organismer.

Under en organisms liv inträffar cellcykeln kontinuerligt och bildar ständigt nya celler som i sin tur växer och förbereder sig för att delas genom mitos.

Celltillväxt och -delning regleras av mekanismer, såsom apoptos (programmerad celldöd), som möjliggör att upprätthålla en balans och undvika övervävnad av vävnad. På detta sätt säkerställs det att de defekta cellerna ersätts av nya celler, enligt kroppens krav och behov.

Hur relevant är denna process?

Förmågan att reproducera är en av de viktigaste kännetecknen för alla organismer (från encelliga till flercelliga) och de celler som komponerar den. Denna kvalitet garanterar kontinuiteten i din genetiska information.

Att förstå processerna för mitos och meios har spelat en grundläggande roll för att förstå organismernas spännande cellulära egenskaper. Till exempel egenskapen att hålla antalet kromosomer konstant från en cell till en annan inom en individ och mellan individer av samma art.

När vi drabbas av någon form av snitt eller sår på vår hud, observerar vi hur den skadade huden på några dagar återhämtar sig. Detta sker tack vare mitosprocessen.

Faser och deras egenskaper

I allmänhet följer mitos samma sekvens av processer (faser) i alla eukaryota celler. I dessa faser inträffar många morfologiska förändringar i cellen. Bland dem kondensation av kromosomer, brott i kärnmembranet, separering av cellen från den extracellulära matrisen och andra celler och uppdelningen av cytoplasma.

I vissa fall betraktas kärnindelning och cytoplasmisk uppdelning som distinkta faser (mitos respektive cytokinesis).

För en bättre studie och förståelse av processen har sex (6) faser utsetts, kallat: profas, prometafas, metafas, anafas och telofas, då betraktas cytokinesis som en sjätte fas som börjar utvecklas under anafas.

Telofas är den sista fasen av mitos. Hämtad från https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg. Via Wikimedia Commons

Dessa faser har studerats sedan 1800-talet genom ljusmikroskopet, så idag är de lätt igenkända enligt de morfologiska egenskaper som cellen uppvisar, såsom kromosomalkondensation, och bildningen av den mitotiska spindeln.

profas

Profas. Leomonaci98, från Wikimedia Commons

Profas är den första synliga manifestationen av celldelning. I denna fas kan kromosomernas utseende ses som urskiljbara former på grund av den gradvisa kompakteringen av kromatin. Denna kondensation av kromosomer börjar med fosforylering av Histone H1-molekyler med MPF-kinas.

Kondensationsprocessen består av sammandragningen och därför minskningen av kromosomernas storlek. Detta inträffar på grund av viklingen av kromatinfibrerna, vilket ger lättare förskjutbara strukturer (mitotiska kromosomer).

Kromosomer som tidigare dupliserats under S-perioden av cellcykeln, får ett dubbelsträngat utseende, kallade systerkromatider, dessa strängar hålls samman genom ett område som kallas centromeren. I denna fas försvinner också nukleolen.

Mitotisk spindelbildning

Av Silvia3, från Wikimedia Commons

Under profas bildas den mitotiska spindeln som består av mikrotubuli och proteiner som utgör en uppsättning fibrer.

När spindeln bildas, demonteras cytoskelettens mikrotubuli (genom att deaktivera proteinerna som bibehåller deras struktur), vilket ger det nödvändiga materialet för bildandet av nämnda mitotiska spindel.

Centrosomen (en membranfri organell, funktionell i cellcykeln), duplicerad vid gränssnittet, fungerar som monteringsenheten för spindelmikrotubulorna. I djurceller har centrosomen i mitten ett par centrioler; men dessa är frånvarande i de flesta växtceller.

De duplicerade centrosomerna börjar separeras från varandra medan spindelmikrotubulorna samlas i var och en av dem och börjar migrera mot motsatta ändar av cellen.

I slutet av profaset börjar bristningen av kärnhöljet och uppstår i separata processer: demontering av kärnporerna, kärnlamina och kärnmembranen. Denna paus gör det möjligt för den mitotiska spindeln och kromosomerna att interagera.

prometafas

Leomonaci98

I detta skede har kärnhöljet fragmenterats fullständigt, så att mikrotubulerna i spindeln invaderar detta område, samverkar med kromosomerna. De två centrosomerna har separerat, var och en lokaliserad vid polerna i den mitotiska spindeln, i motsatta ändar av cellerna.

Nu innefattar den mitotiska spindeln mikrotubuli (som sträcker sig från varje centrosom mot centrum av cellen), centrosomerna och ett par aster (strukturer med en radiell fördelning av korta mikrotubulor, som utspelar sig från varje centrosom).

Kromatiderna utvecklade vardera en specialiserad proteinstruktur, kallad kinetochore, belägen i centromeren. Dessa kinetochores är belägna i motsatta riktningar och vissa mikrotubuli, kallade kinetochore mikrotubulor, följer dem.

Dessa mikrotubulor, fästa vid kinetokoren, börjar flytta till kromosomen från vilken de sträcker sig; några från en pol och andra från motsatt pol. Detta skapar en "pull and shrink" -effekt som, när den stabiliseras, tillåter kromosomen att hamna belägen mellan cellens ändar.

Metaphase

Kromosomer inriktade i cellens ekvatorialplatta under mitotiskt metafas

I metafas är centrosomer belägna i motsatta ändar av celler. Spindeln visar en tydlig struktur, i vilken kromosomerna är belägna. Centromererna för dessa kromosomer är fästa vid fibrerna och inriktade i ett imaginärt plan som kallas metafasplattan.

Kromatidkinetokorerna förblir fästa vid kinetokore-mikrotubulorna. Mikrotubulor som inte fäster vid kinetokorerna och sträcker sig från motsatta poler i spindeln interagerar nu med varandra. Vid denna punkt är mikrotubulerna från asterna i kontakt med plasmamembranet.

Denna tillväxt och interaktion av mikrotubulor fullbordar strukturen hos den mitotiska spindeln, vilket ger den ett "fågelbur" -utseende.

Morfologiskt är denna fas den som har minst förändringar, varför den ansågs vara en vilofas. Men även om de inte är lätt märkbara, inträffar många viktiga processer i den, förutom att de är det längsta stadiet av mitos.

anafas

Källa: Leomonaci98, från Wikimedia Commons

Under anafas börjar varje par av kromatider att separeras (på grund av inaktiveringen av proteinerna som håller dem samman). Separerade kromosomer rör sig till motsatta ändar av cellen.

Denna migrationsrörelse beror på förkortningen av mikrotubulerna i kinetokoren, vilket genererar en "pull" -effekt som får varje kromosom att röra sig från dess centromere. Beroende på platsen för centromeren på kromosomen kan den ta en viss form såsom V eller J.

Mikrotubulorna vidhäftade inte till kinetokoren, växer och förlängs genom vidhäftning av tubulin (protein) och genom verkan av motorproteiner som rör sig över dem, vilket gör att kontakten mellan dem kan stanna. När de rör sig bort från varandra gör spindelens poler också och förlänger cellen.

I slutet av denna fas är grupperna av kromosomer belägna i motsatta ändar av den mitotiska spindeln, vilket lämnar varje ände av cellen med en komplett och ekvivalent uppsättning av kromosomer.

telofas

Telofas. Leomonaci98

Telofasen är den sista fasen av kärnkraftsdelningen. Mikrotubulerna i kinetokoren sönderfaller medan de polära mikrotubulorna är längre.

Kärnmembranet börjar bildas runt varje uppsättning av kromosomer med hjälp av kärnhöljena i förfädercellen, som var som vesiklar i cytoplasma.

I detta skede dekondenseras kromosomerna som finns vid cellpolerna på grund av avfosforylering av histonmolekylerna (H1). Bildningen av elementen i kärnmembranet styrs av flera mekanismer.

Under anafas började många av de fosforylerade proteinerna i profas avfosforyleras. Detta gör att i början av telofas börjar kärnvesiklarna att återmonteras, associeras med kromosomernas yta.

Å andra sidan återmonteras kärnporen så att pumpen av kärnproteiner pumpas. Proteinerna från kärnlamina defosforyleras, vilket tillåter dem att associera igen, för att slutföra bildandet av nämnda kärnlamina.

Slutligen, efter att kromosomerna har fullständigt dekondenserats, startas RNA-syntes igen, och bildar nukleolierna igen och därmed fullbordar bildningen av de nya gränssnitten i dottercellerna.

cytokines

Cytokinesis tas som en separat händelse från nukleär uppdelning, och vanligtvis i typiska celler följer den cytoplasmiska uppdelningsprocessen varje mitos, börjar vid anafas. Flera studier har visat att i vissa embryon förekommer flera kärnkraftsdelningar före cytoplasmatisk uppdelning.

Processen börjar med utseendet på ett spår eller spalt som är markerat i planet för metafasplattan, vilket säkerställer att uppdelningen sker mellan grupper av kromosomer. Spaltplatsen indikeras specifikt av den mitotiska spindeln, asternas mikrotubuli.

I den markerade klyftan hittas en serie mikrofilamenter som bildar en ring riktad mot cellmembranets cytoplasmiska sida, till stor del sammansatt av aktin och myosin. Dessa proteiner interagerar med varandra vilket gör att ringen kan sammandras runt spåret.

Denna sammandragning genereras genom glidning av filamenten i dessa proteiner, när de interagerar med varandra, på samma sätt som de gör, till exempel i muskelvävnader.

Ringens sammandragning fördjupas och utövar en "klämningseffekt" som slutligen delar förfädercellen, vilket möjliggör separering av dottercellerna med deras utvecklande cytoplasmatiska innehåll.

Cytokinesis i växtceller

Växtceller har en cellvägg, så deras cytoplasmatiska delningsprocess skiljer sig från den som tidigare beskrivits och börjar i telofas.

Bildningen av en ny cellvägg börjar när mikrotubulerna i den kvarvarande spindeln sätts samman, vilket utgör fragmoplasten. Denna cylindriska struktur består av två uppsättningar mikrotubulor som är anslutna i deras ändar, och vars positiva poler är inbäddade i en elektronisk platta i ekvatorialplanet.

Små vesiklar från Golgi-apparaten, packade med cellväggsprekursorer, sträcker sig genom mikrotubulorna i fragmoplasten till ekvatorialområdet och kombineras för att bilda en cellplatta. Innehållet i vesiklarna utsöndras i denna platta när det växer.

Denna plack växer och smälter samman med plasmamembranet längs cellens omkrets. Detta inträffar på grund av den ständiga omarrangemanget av mikrotubulerna i fragmoplasten vid periferin av plattan, vilket gör att fler vesiklar kan röra sig mot detta plan och tömma innehållet.

På detta sätt sker den cytoplasmiska separationen av dottercellerna. Slutligen tillåter innehållet i cellplattan, tillsammans med cellulosamikrofibrerna i den, bildandet av den nya cellväggen att fullbordas.

Funktioner

Mitos är en mekanism för uppdelning i celler och är en del av en av faserna i cellcykeln i eukaryoter. På ett enkelt sätt kan vi säga att den huvudsakliga funktionen i denna process är reproduktionen av en cell i två dotterceller.

För enhjuliga organismer betyder celldelning generering av nya individer, medan för flercelliga organismer är denna process en del av tillväxten och korrekt funktion av hela organismen (celldelning genererar utveckling av vävnader och underhåll av strukturer).

Mitosprocessen aktiveras i enlighet med kroppens krav. Hos däggdjur, till exempel, börjar röda blodkroppar (erytrocyter) dela sig och bildar fler celler när kroppen behöver bättre syreupptag. På samma sätt reproduceras vita blodkroppar (leukocyter) när det är nödvändigt att bekämpa en infektion.

Däremot saknar vissa specialiserade djurceller praktiskt taget mitosprocessen eller så är det mycket långsamt. Exempel på detta är nervceller och muskelceller).

I allmänhet är de celler som ingår i kroppens bindväv och struktur och vars reproduktion är nödvändig endast när en cell har en defekt eller försämring och måste bytas ut.

Reglering av celltillväxt och uppdelning.

Celldelnings- och tillväxtkontrollsystemet är mycket mer komplex i multicellulära organismer än i enhjuliga. I det senare är reproduktionen i princip begränsad av tillgången på resurser.

I djurceller arresteras uppdelning tills det finns en positiv signal för att aktivera denna process. Denna aktivering kommer i form av kemiska signaler från angränsande celler. Detta möjliggör förhindrande av obegränsad tillväxt av vävnader och reproduktion av defekta celler, vilket allvarligt kan skada organisktorns liv.

En av mekanismerna som kontrollerar cellmultiplikationen är apoptos, där en cell dör (på grund av produktion av vissa proteiner som aktiverar självförstörelse) om den uppvisar betydande skador eller infekteras av ett virus.

Det finns också regleringen av cellutveckling genom hämning av tillväxtfaktorer (som proteiner). Således förblir cellerna vid gränssnittet, utan att gå vidare till M-fasen i cellcykeln.

Organismer som genomför det

Mitosprocessen äger rum i de allra flesta eukaryota celler, från encelliga organismer som jäst, som använder den som en asexuell reproduktionsprocess, till komplexa flercelliga organismer som växter och djur.

Även om cellcykeln i allmänhet är densamma för alla eukaryota celler finns det betydande skillnader mellan encelliga och multicellulära organismer. I det förra gynnas cellernas tillväxt och uppdelning av naturligt urval. I flercelliga organismer är spridningen begränsad av strikta kontrollmekanismer.

I encelliga organismer sker reproduktion på ett accelererat sätt, eftersom cellcykeln fungerar konstant och dottercellerna snabbt går in på mitos för att fortsätta med denna cykel. Medan cellerna i flercelliga organismer tar betydligt längre tid att växa och delas.

Det finns också några skillnader mellan de mitotiska processerna för växt- och djurceller, som i vissa faser i denna process, men i princip fungerar mekanismen på liknande sätt i dessa organismer.

Celldelning i prokaryota celler

Prokaryotisk cell

Prokaryotiska celler växer och delar sig i allmänhet snabbare än eukaryota celler.

Organismer med prokaryotiska celler (vanligtvis encelliga eller i vissa fall multicellulära) saknar ett kärnmembran som isolerar det genetiska materialet i en kärna, så det sprids i cellen, i ett område som kallas nukleoid. Dessa celler har en cirkulär huvudkromosom.

Celldelning i dessa organismer är därför mycket mer direkt än i eukaryota celler, utan den beskrivna mekanismen (mitos). I dem utförs reproduktion med en process som kallas binär klyvning, där DNA-replikation börjar på en specifik plats på den cirkulära kromosomen (replikationsursprung eller OriC).

Därefter bildas två ursprung som migrerar till motsatta sidor av cellen när replikering inträffar, och cellen sträckes till två gånger sin storlek. Vid slutet av replikationen växer cellmembranet in i cytoplasma och delar upp föddcellen i två döttrar med samma genetiska material.

Utveckling av mitos

Utvecklingen av eukaryota celler medförde en ökad komplexitet i genomet. Detta involverade utvecklingen av mer detaljerade delningsmekanismer.

Vad föregick mitos?

Det finns hypoteser som föreslår att bakteriedelning är den föregångande mekanismen för mitos. Ett visst samband har hittats mellan proteiner associerade med binär klyvning (vilket kan vara de som förankrar kromosomer till specifika platser på plasmamembranet för döttrar) med tubulin och aktin i eukaryota celler.

Vissa studier pekar på vissa särdrag i uppdelningen av moderna enhetsprotister. I dem förblir kärnmembranet intakt under mitos. De replikerade kromosomerna förblir förankrade på vissa ställen på detta membran och separerar när kärnan börjar sträcka sig under celldelningen.

Detta visar en del sammanfall med processen för binär klyvning, där de replikerade kromosomerna fästs på vissa platser på cellmembranet. Hypotesen antyder sedan att de protister som presenterar denna kvalitet under deras celldelning kunde ha bibehållit detta kännetecken för en förfäder prokaryot cell.

För närvarande har förklaringar ännu inte utvecklats till varför det i eukaryota celler av flercelliga organismer är nödvändigt att kärnmembranet sönderfaller under processen för celldelning.

referenser

1. Albarracín, A., & Telulón, AA (1993). Cellteori på 1800-talet. AKAL-utgåvor.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Cellens molekylärbiologi. Garland Science, Taylor och Francis Group.
3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Biologi 7: ^e upplagan, AP.
4. Griffiths, AJ, Lewontin, RC, Miller, JH, & Suzuki, DT (1992). Introduktion till genetisk analys. McGraw-Hill Interamericana.
5. Karp, G. (2009). Cell- och molekylärbiologi: begrepp och experiment. John Wiley & Sons.
6. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Mollecular cellbiologi. Macmillan.
7. Segura-Valdez, MDL, Cruz-Gómez, SDJ, López-Cruz, R., Zavala, G., & Jiménez-García, LF (2008). Visualisering av mitos med atomkraftsmikroskopet. DRICKS. Magasin specialiserat i kemisk-biologisk vetenskap, 11 (2), 87-90.