МИТОЗА: ФАЗЕ И ЊИХОВЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ, ФУНКЦИЈЕ И ОРГАНИЗМИ - БИОЛОГИЈА - 2025

Митозе је процес деобе ћелија, где ћелија производи генетички идентичне ћерке ћелије; за сваку ћелију настају две „кћери“ са истим хромосомским оптерећењем. Ова подела дешава се у соматским ћелијама еукариотских организама.

Овај процес је једна од фаза ћелијског циклуса еукариотских организама, која се састоји од 4 фазе: С (синтеза ДНК), М (ћелијска подела), Г1 и Г2 (међуфазне фазе у којима се производе мРНА и протеини) . Заједно се фазе Г1, Г2 и С сматрају интерфејсом. Нуклеарна и цитоплазматска подела (митоза и цитокинеза) чине последњу фазу ћелијског циклуса.

Преглед митозе Извор: Висвапрабха

На молекуларном нивоу митоза се покреће активирањем киназе (протеина) која се назива МПФ (фактор сазревања сазревања) и последичном фосфорилацијом значајног броја ћелија саставних протеина. Ово последње омогућава ћелији да представи морфолошке промене неопходне за спровођење процеса дељења.

Митоза је асексуални процес, јер ћелија потомка и његове ћерке имају потпуно исте генетске информације. Ове ћелије су познате као диплоидне јер носе потпуно хромосомско оптерећење (2н).

С друге стране, мејоза је процес ћелијске деобе који доводи до сексуалне репродукције. У овом процесу, диплоидна матична ћелија реплицира своје хромозоме и затим се дели два пута заредом (без умножавања својих генетских информација). Коначно, 4 ћерке ћелије се генеришу са само половином хромозомског оптерећења, које називамо хаплоидним (н).

Преглед митозе

Митоза у једноћелијским организмима углавном ствара кћерне ћелије које су врло сличне њиховим потомцима. Супротно томе, током развоја вишећелијских бића, овај процес може да створи две ћелије са неким различитим карактеристикама (упркос томе што су генетски идентичне).

Ова ћелијска диференцијација ствара различите типове ћелија које чине вишећелијске организме.

Током живота организма ћелијски циклус се одвија континуирано, непрестано формирајући нове ћелије које заузврат расту и припремају се за дељење кроз митозу.

Раст и подјела ћелија регулисани су механизмима, попут апоптозе (програмирана ћелијска смрт), који омогућавају одржавање равнотеже, избегавајући раст вишка ткива. На овај начин се обезбеђује да се оштећене ћелије замене новим ћелијама, у складу са потребама и потребама тела.

Колико је релевантан овај процес?

Способност размножавања једна је од најважнијих карактеристика свих организама (од једноћелијских до вишећелијских) и ћелија које га чине. Овај квалитет осигурава континуитет ваших генетских информација.

Разумевање процеса митозе и мејозе играли су фундаменталну улогу у разумевању интригантних ћелијских карактеристика организама. На пример, својство одржавања броја хромозома константним из једне ћелије у другу код појединца и између јединки исте врсте.

Када трпимо неку врсту посекотине или ране на својој кожи, посматрамо како се за неколико дана оштећена кожа опорави. То се дешава захваљујући процесу митозе.

Фазе и њихове карактеристике

Уопште, митоза прати исти редослед процеса (фазе) у свим еукариотским ћелијама. У тим се фазама догађају многе морфолошке промене у ћелији. Међу њима су кондензација хромозома, руптура нуклеарне мембране, одвајање ћелије од ванћелијског матрикса и остале ћелије и подела цитоплазме.

У неким случајевима, нуклеарна подела и цитоплазматска подела сматрају се различитим фазама (митоза и цитокинеза).

За боље проучавање и разумевање процеса, означено је шест (6) фаза, названих: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза, а затим се цитокинеза сматра шестом фазом, која почиње да се развија током анафазе.

Телофаза је последња фаза митозе. Преузето са хттпс://цоммонс.викимедиа.орг/вики/Филе:Митосепанел.јпг. Виа Викимедиа Цоммонс

Ове фазе су проучаване од 19. века помоћу светлосног микроскопа, тако да су данас лако препознатљиве према морфолошким карактеристикама које ћелија представља, попут хромозомске кондензације и стварања митотичког вретена.

Профаза

Профаза. Леомонаци98, са Викимедиа Цоммонс

Профаза је прва видљива манифестација деобе ћелије. У овој фази се појава хромозома може видети као различити облици, захваљујући прогресивном сабијању хроматина. Ова кондензација хромозома започиње фосфорилацијом молекула Хистона Х1 помоћу МПФ киназе.

Процес кондензације састоји се од контракције, а тиме и смањења величине хромозома. До тога долази због намотавања кроматинских влакана, што ствара лакше покретљиве структуре (митотичке хромозоме).

Хромосоми претходно дуплирани током С периода ћелијског циклуса, добијају дволанчани изглед, звани сестринске хроматиде, ови ланци се држе заједно кроз регију која се зове центромера. У овој фази нуклеоли такође нестају.

Формирање митотичког вретена

Аутор Силвиа3, из Викимедиа Цоммонс

Током профазе настаје митотичко вретено састављено од микротубула и протеина који чине скуп влакана.

Како се вретено формира, микротубуле цитоскелета растављају се (деактивацијом протеина који одржавају њихову структуру), обезбеђујући потребан материјал за формирање наведеног митотичког вретена.

Центросом (органела без мембрана, функционална у ћелијском циклусу), дуплирана на интерфејсу, делује као склопна јединица вретенастих микротубула. У животињским ћелијама центросом има у центру пар центриола; али оне су одсутне у већини биљних ћелија.

Дуплирани центросоми почињу да се одвајају један од другог док се вретенасти микротубули састављају у свакој од њих, почињући да мигрирају према супротним крајевима ћелије.

На крају профазе започиње руптура нуклеарне овојнице, која се одвија у одвојеним процесима: демонтажа нуклеарне поре, нуклеарне ламине и нуклеарне мембране. Овај прекид омогућава да митотски вретено и хромозоми почну да међусобно делују.

Прометафаза

Леомонаци98

У овој фази, нуклеарна овојница је потпуно фрагментирана, тако да микротубули вретена упадају у то подручје, у интеракцији са хромозомима. Два центросома су раздвојена, сваки лоциран на половима митотичког вретена, на супротним крајевима ћелија.

Сада митотичко вретено садржи микротубуле (које се протежу од сваког центросома према центру ћелије), центросоме и пар астера (структуре с радијалном расподјелом кратких микротубула, које се одвајају из сваког центросома).

Сваки хроматид развио је специјализовану структуру протеина, звану кинетоцхоре, која се налази у центромере. Ови кинетохори налазе се у супротним смеровима, а на њих се придржавају неке микротубуле, назване кинетохоре микротубуле.

Ови микротубули, везани за кинетохоре, почињу да се крећу ка хромосому од чијег се краја шире; неки са једног пола и други са супротног пола. Ово ствара ефекат "повлачења и смањивања" који, када се стабилише, омогућава да се хромозом заврши између крајева ћелије.

Метафаза

Хромосоми су поравњени у екваторијалној плочи ћелије током митотске метафазе

У метафази, центросоми су смештени на супротним крајевима ћелија. Вретено показује јасну структуру у чијем су средишту хромозоми смјештени. Центромери ових хромозома причвршћени су на влакна и поравнати се у имагинарној равнини која се назива метафазна плоча.

Хроматидни кинетохори остају везани за кинетохоре микротубуле. Микротубули који не леже кинетохоре и протежу се од супротних пола вретена сада делују једни са другима. У овом тренутку микротубуле из астера су у контакту са плазма мембраном.

Овај раст и интеракција микротубула довршава структуру митотичког вретена, што му даје изглед "птичјег кавеза".

Морфолошки, ова фаза је она са најмање промена, због чега је сматрана фазом мировања. Међутим, иако их није лако приметити, у њему се дешавају многи важни процеси, осим што је најдужи стадиј митозе.

Анафаза

Извор: Леомонаци98, из Викимедиа Цоммонс

Током анафазе, сваки пар хроматида почиње да се одваја (због инактивације протеина који их држе заједно). Одвојени хромозоми крећу се на супротним крајевима ћелије.

Овај покрет миграције настаје услед скраћивања микротубула кинетохора, стварајући „вучни“ ефекат који узрокује помицање сваког хромозома из његовог центромера. У зависности од места центромера на хромосому, он може попримити одређени облик као што је В или Ј.

Микротубули који нису везани за кинетохоре расту и продуљују се адхезијом тубулина (протеина) и дејством моторних протеина који се крећу по њима, што омогућава да контакт међу њима престане. Како се одмичу једни од других, полови вретена исто тако раде, продужујући ћелију.

На крају ове фазе, групе хромозома налазе се на супротним крајевима митотичког вретена, остављајући сваки крај ћелије потпуним и еквивалентним сетом хромозома.

Телофаза

Телофаза. Леомонаци98

Телофаза је последња фаза нуклеарне деобе. Микротубули кинетохора се распадају, док су поларни микротубули даље издужени.

Нуклеарна мембрана почиње да се формира око сваког низа хромозома, користећи нуклеарне овојнице ћелије прегенезе, које су биле попут везикула у цитоплазми.

У овој фази, хромозоми који се налазе на ћелијским половима су у потпуности деконденисани због дефосфорилације молекула хистона (Х1). Формирање елемената нуклеарне мембране усмерено је са неколико механизама.

Током анафазе, многи од фосфорилираних протеина у профази почели су да дефосфорилирају. То омогућава да се на почетку телофазе нуклеарни везикули почну поново састављати, повезујући се са површином хромозома.

С друге стране, нуклеарне поре се поново састављају омогућавајући испумпавање нуклеарних протеина. Протеини нуклеарне ламине су дефосфорилирани, што им омогућава да се поново удруже, како би завршили формирање наведене нуклеарне ламине.

Коначно, након што се хромозоми потпуно декондезују, поново се покреће синтеза РНА, формирајући нуклеоле и на тај начин завршавајући формирање нових интерфазних језгара кћерских ћелија.

Цитокинеза

Цитокинеза се узима као одвојени догађај од нуклеарне поделе, а процес цитоплазматске деобе обично се налази у типичним ћелијама прате сваку митозу, почевши од анафазе. Неколико студија је показало да се код неких ембриона јавља вишеструка нуклеарна подела пре поделе цитоплазме.

Процес започиње појавом утора или расцепа који су обележени у равни плоче метафазе, осигуравајући да се подели између група хромозома. Место раскола означено је митотичким вретеном, посебно микротубулима астера.

На маркираном расцеду налази се низ микрофиламената који творе прстен усмерен према цитоплазматској страни ћелијске мембране, који се углавном састоји од актина и миозина. Ови протеини међусобно делују омогућавајући прстену да се стегне око бразде.

Ова контракција настаје клизањем влакна ових протеина, када међусобно делују, на исти начин као што то чине, на пример, у мишићном ткиву.

Стискање анулуса продубљује се, испољавајући ефекат "стезања" који коначно дели делове станице, омогућавајући одвајање ћелија кћери, са њиховим развијањем цитоплазматских садржаја.

Цитокинеза у ћелијама биљака

Биљне ћелије имају ћелијску стијенку, па је њихов процес цитоплазматске деобе другачији од раније описаног и започиње у телофази.

Формирање нове ћелијске стијенке започиње када се саставе микротубуле преосталог вретена, које чине фрагмопласт. Ова цилиндрична структура састоји се од два низа микротубула које су повезане на њиховим крајевима и чији су позитивни полови уграђени у електронску плочу у екваторијалној равни.

Мале везикуле из Голгијевог апарата, препуне прекурсора ћелијске стијенке, путују кроз микротубуле фрагмопласта до екваторијалне регије, комбинујући се тако да формирају ћелијску плочу. Садржај везикула излучује се у ову плочу како расте.

Ова плоча расте, стапајући се са плазма мембраном дуж ћелијског обода. То се догађа услед сталног премештања микротубула фрагмопласта на ободу плоче, омогућавајући више везикула да се крећу према овој равнини и испразне свој садржај.

На овај начин долази до цитоплазматског одвајања кћерских ћелија. Коначно, садржај ћелијске плоче, заједно са целулозним микровлакнима унутар ње, омогућава формирање нове ћелијске стијенке.

Карактеристике

Митоза је механизам деобе у ћелијама и део је једне од фаза ћелијског циклуса код еукариота. На једноставан начин, можемо рећи да је главна функција овог процеса репродукција ћелије у две ћерке ћелије.

За једноћелијске организме ћелијска подела значи стварање нових јединки, док је за вишећелијске организме тај део раста и правилног функционисања целог организма (ћелијска подела ствара развој ткива и одржавање структура).

Процес митозе се активира у складу са захтевима тела. На пример, код сисара, црвена крвна зрнца (еритроцити) почињу да се деле, формирајући више ћелија, када телу треба бољи унос кисеоника. Слично томе, бела крвна зрнца (леукоцити) размножавају се када је потребно борити се против инфекције.

Супротно томе, неким специјализованим ћелијама животиња практично недостаје процес митозе или је веома спор. Примери за то су нервне ћелије и ћелије мишића).

Генерално, то су ћелије које су део везивног и структурног ткива тела и чија је репродукција потребна само кад ћелија има оштећење или пропадање и треба је заменити.

Регулација раста и дељења ћелија.

Ћелијски део и систем контроле раста много је сложенији у вишећелијским организмима него код једноћелијских. У овом другом, репродукција је у основи ограничена доступношћу ресурса.

У животињским ћелијама подела се зауставља све док не постоји позитиван сигнал за активирање овог процеса. Ова активација долази у облику хемијских сигнала из суседних ћелија. То омогућава да се спречи неограничен раст ткива и репродукција оштећених ћелија, што може озбиљно наштетити животу организма.

Један од механизама који контролирају множење ћелија је апоптоза, где ћелија умире (услед производње одређених протеина који активирају самоуништавање) ако представља значајну штету или је заражена вирусом.

Такође постоји регулација развоја ћелије путем инхибиције фактора раста (као што су протеини). Тако ћелије остају на интерфејсу, а да не пређу на М фазу ћелијског циклуса.

Организми који га спроводе

Процес митозе одвија се у огромној већини еукариотских ћелија, од једноћелијских организама, попут квасца, који га користе као асексуални процес репродукције, до сложених вишећелијских организама, попут биљака и животиња.

Иако је ћелијски циклус уопште исти за све еукариотске ћелије, постоје приметне разлике између једноћелијских и вишећелијских организама. У првом, раст и подјела ћелија погодује природној селекцији. У вишећелијским организмима пролиферација је ограничена строгим механизмима контроле.

У једноћелијским организмима репродукција се одвија убрзано, јер ћелијски циклус непрекидно делује и ћелије кћери брзо се упуштају у митозу да би наставиле са овим циклусом. Док је ћелијама вишећелијских организама потребно знатно дуже да расту и деле се.

Постоје неке разлике између митотских процеса биљних и животињских ћелија, као што је то случај у неким фазама овог процеса, али у овим организмима механизам делује на сличан начин.

Подела ћелије у прокариотским ћелијама

Прокариотска ћелија

Прокариотске ћелије углавном расту и деле се брже од еукариотских ћелија.

Организама са прокариотским ћелијама (углавном једноћелијским или у неким случајевима вишећелијским) недостаје нуклеарна мембрана која изолише генетски материјал у језгру, па се она диспергује у ћелији, у подручју које се назива нуклеоид. Ове ћелије имају кружни главни хромозом.

Подјела ћелија у овим организмима је стога много директнија него у еукариотским ћелијама, а недостаје им описани механизам (митоза). У њима се репродукција врши поступком званим бинарна фисија, где репликација ДНК почиње на одређеном месту на кружном хромозому (порекло репликације или ОриЦ).

Затим се формирају два порекла која мигрирају на супротне стране ћелије док дође до репликације, а ћелија се протеже до двоструко веће. На крају репликације ћелијска мембрана прерасте у цитоплазму, делећи ћелију прародитеља на две кћери са истим генетским материјалом.

Еволуција митозе

Еволуција еукариотских ћелија довела је до повећања сложености у геному. То је укључивало развој сложенијих механизама поделе.

Шта је претходило митози?

Постоје хипотезе које предлажу да је поделе бактерија претходни механизам митозе. Пронађено је одређена веза између протеина повезаних са бинарном фисијом (који могу бити они који усидре хромозоме на специфична места на плазма мембрани кћери) са тубулином и актином у еукариотским ћелијама.

Неке студије указују на одређене посебности у подјели модерних једноћелијских протиста. У њима нуклеарна мембрана остаје нетакнута током митозе. Реплицирани хромозоми остају усидрени на одређеним местима на овој мембрани, раздвајајући се када језгро почне да се протеже током ћелијске деобе.

То показује одређену подударност са процесом бинарне фисије, где се репликовани хромозоми причвршћују на одређена места ћелијске мембране. Хипотеза тада сугерише да су протисти који представљају овај квалитет током своје ћелијске деобе могли да задрже ову карактеристику претка прокариотске ћелије.

Тренутно још нису развијена објашњења зашто је у еукариотским ћелијама вишећелијских организама неопходно да се нуклеарна мембрана распадне током процеса деобе ћелија.

Референце

1. Албаррацин, А., и Телулон, АА (1993). Теорија ћелија у 19. веку. АКАЛ издања.
2. Албертс, Б., Јохнсон, А., Левис, Ј., Рафф, М., Робертх, К., & Валтер, П. (2008). Молекуларна биологија ћелије. Гарланд Сциенце, Таилор и Францис Гроуп.
3. Цампбелл, Н., и Рееце, Ј. (2005). ^7. издање биологије , АП.
4. Гриффитхс, АЈ, Левонтин, РЦ, Миллер, ЈХ и Сузуки, ДТ (1992). Увод у генетску анализу. МцГрав-Хилл Интерамерицана.
5. Карп, Г. (2009). Ћелијска и молекуларна биологија: концепти и експерименти. Јохн Вилеи & Сонс.
6. Лодисх, Х., Дарнелл, ЈЕ, Берк, А., Каисер, Калифорнија, Криегер, М., Сцотт, МП, & Матсудаира, П. (2008). Молекуларна ћелијска биологија. Мацмиллан.
7. Сегура-Валдез, МДЛ, Цруз-Гомез, СДЈ, Лопез-Цруз, Р., Завала, Г., и Јименез-Гарциа, ЛФ (2008). Визуализација митозе микроскопом атомске силе. САВЕТ. Часопис специјализован за хемијско-биолошке науке, 11 (2), 87-90.