Sejtosztódás, mitózis - Cell division

Nem tévesztendő össze a sejtek differenciálódásával .
Sejtosztódás prokariótákban (bináris hasadás) és eukariótákban (mitózis és meiózis)

A sejtosztódás az a folyamat, amelynek során a szülő sejt osztja két vagy több leánysejt. A sejtosztódás általában egy nagyobb sejtciklus részeként történik . Az eukariótákban két különböző típusú sejtosztódás létezik; vegetatív osztódás, amelynek során minden leánysejt genetikailag azonos a szülősejttel ( mitózis ), és reproduktív sejtosztódás, amelynek során a leánysejtekben lévő kromoszómák számát felére csökkentik, hogy haploid ivarsejteket termeljenek ( meiózis ). A sejtbiológia , a mitózis ( / maɪtoʊsɪs / ) egy része a sejtciklus , amelyben, reprodukálni kromoszómák két külön, új magok. A sejtosztódás genetikailag azonos sejteket eredményez, amelyekben a kromoszómák teljes száma megmarad. Általában a mitózist (a sejtosztódást) megelőzi az interfázis S szakasza (ezalatt a DNS replikálódik), és gyakran telofázis és citokinézis követi ; amely egy sejt citoplazmát , organelláit és sejtmembránját két új sejtre osztja, amelyek nagyjából egyenlő arányban tartalmazzák ezeket a sejtkomponenseket. A mitózis különböző szakaszai együttesen meghatározzák az állati sejtciklus mitotikus ( M ) fázisát - az anyasejt felosztását két genetikailag azonos leánysejtre. A meiózis négy haploid leánysejtet eredményez azáltal, hogy egy DNS -replikációs kört, majd két osztást követ. A homológ kromoszómák az első osztályban, a testvérkromatidák a második osztályban különülnek el. Mindkét sejtosztódási ciklust életciklusuk egy szakaszában használják a szexuális reprodukció folyamatában. Mindkettő jelen van az utolsó eukarióta közös ősben.

A prokarióták ( baktériumok és archaea ) általában vegetatív sejtosztódáson mennek keresztül, amelyet bináris hasadásnak neveznek , ahol genetikai anyaguk egyenlően két leánysejtre oszlik. Míg a bináris hasadás a legtöbb prokarióta felosztásának eszköze lehet, vannak alternatív osztódási módok, például a bimbózás . Minden sejtosztódást, a szervezettől függetlenül, egyetlen DNS -replikációs kör előz meg .

Az egyszerű egysejtű mikroorganizmusok , például az amőba esetében az egyik sejtosztódás egyenértékű a reprodukcióval - teljesen új organizmus jön létre. Nagyobb léptékben a mitotikus sejtosztódás utódokat hozhat létre a többsejtű szervezetekből, például a dugványokból növekvő növényekből. A mitotikus sejtosztódás lehetővé teszi a szexuálisan szaporodó élőlények fejlődését az egysejtű zigótából , amelyet maga is meiotikus sejtosztódással állított elő ivarsejtekből . A növekedés után a sejtosztódás mitózissal lehetővé teszi a szervezet folyamatos felépítését és javítását. Az emberi test életében körülbelül 10 kvadrillió sejtosztódást tapasztal .

A sejtosztódás elsődleges gondja az eredeti sejt genomjának fenntartása . Az osztódás előtt a kromoszómákban tárolt genomi információkat meg kell replikálni, és a duplikált genomot tisztán el kell választani a sejtek között. A sejtinfrastruktúra nagy része részt vesz a genomi információk nemzedékek közötti összhangjának megőrzésében.

Sejtosztódás a baktériumokban

Divisome és elongasome komplexek, amelyek felelősek a peptidoglikán szintéziséért a sejtfal oldalirányú növekedése és osztódása során.

A baktériumsejtek osztódása bináris hasadással vagy bimbózással történik. A divisome egy fehérjekomplex a baktériumokban, amely felelős a sejtosztódásért, a belső és a külső membránok szűkületéért az osztódás során, valamint a peptidoglikán (PG) szintézisért az osztódási helyen. A tubulinszerű fehérje, az FtsZ kritikus szerepet játszik a sejtosztódás összehúzódó gyűrűjének kialakításában.

Sejtosztódás az eukariótában

Lásd még: Generációk váltakozása

Az eukarióta sejtosztódása sokkal bonyolultabb, mint a prokarióta. Attól függően, hogy a kromoszóma -szám csökken, vagy sem; Az eukarióta sejtosztódások a mitózis ( egyenlő osztódás) és a meiózis (redukciós osztódás) csoportba sorolhatók . A sejtek osztódásának primitív formája is megtalálható, amit amitózisnak neveznek . Az amitotikus vagy mitotikus sejtosztódás atipikusabb és változatosabb az élőlények különböző csoportjaiban, például a protistákban (nevezetesen kovaföldekben, dinoflagellátokban stb.) És a gombákban.

A mitózis formái (a kariokinézis lépése) az eukariótákban

  • zárt
    intranucleáris
    pleuromitosis

  • zárt
    extranucleáris
    pleuromitosis

  • zárt
    orthomitosis

  • félig
    nyitott pleuromitosis

  • félig
    nyitott ortomitózis

  • nyílt
    orthomitosis

A mitotikus metafázisban (lásd alább) jellemzően a kromoszómák (mindegyikben 2 testvérkromatid van, amelyeket az interfázis S fázisában történő replikáció miatt alakítottak ki) elrendeződtek, és a testvérkromatidák felhasadtak és eloszlottak a leánysejtek felé.

A meiózisban, jellemzően a Meiosis-I-ben a homológ kromoszómákat párosítják, majd elválasztják és leánysejtekre osztják. A meiózis-II olyan, mint a mitózis, amikor a kromatidákat elválasztják egymástól. Emberi és más magasabb rendű állatokban és sok más szervezetben a meiózist gametikus meiózisnak nevezik, vagyis a meiozis ivarsejteket eredményez. Míg számos élőlénycsoportban, különösen a növényekben (megfigyelhető az alacsonyabb növényekben, de a fennmaradó szakaszban a magasabb növényekben), a meiózis olyan spórákat eredményez, amelyek haploid vegetatív fázisba (gametofit) csíráznak. Ezt a fajta meiózist spórikus meiózisnak nevezik.

Az eukarióta sejtosztódás fázisai

Interfázis

Az interfázis az a folyamat, amelyen keresztül a sejtnek meg kell haladnia a mitózis, a meiózis és a citokinézis előtt . Az interfázis három fő fázisból áll: G 1 , S és G 2 . A G 1 a növekedés ideje a sejt számára, ahol speciális sejtfunkciók lépnek fel a sejt DNS -replikációra való felkészítése érdekében. Az interfázis során vannak ellenőrző pontok, amelyek lehetővé teszik a cella számára, hogy előre lépjen vagy megállítsa a további fejlődést. Az egyik ellenőrzőpont G1 és S között van, ennek az ellenőrzési pontnak az a célja, hogy ellenőrizze a megfelelő sejtméretet és a DNS -károsodást. A második ellenőrzési pont a G2 fázisban van, ez az ellenőrzőpont a sejtek méretét és a DNS replikációját is ellenőrzi. Az utolsó ellenőrzési pont a metafázis helyén található, ahol ellenőrzi, hogy a kromoszómák helyesen kapcsolódnak -e a mitotikus orsókhoz. S fázisban a kromoszómák replikálódnak a genetikai tartalom fenntartása érdekében. A G 2 során a sejt a növekedés utolsó szakaszán megy keresztül, mielőtt belép az M fázisba, ahol az orsók szintetizálódnak. Az M fázis lehet mitózis vagy meiózis a sejt típusától függően. A csírasejtek vagy ivarsejtek meiózison mennek keresztül, míg a szomatikus sejtek mitózison. Miután a sejt sikeresen átjutott az M fázison, ezután sejtosztódáson eshet át citokinézis útján. Az egyes ellenőrzőpontok szabályozását ciklin és ciklinfüggő kinázok szabályozzák . Az interfázis előrehaladása a megnövekedett ciklinmennyiség eredménye. A ciklin mennyiségének növekedésével egyre több ciklinfüggő kináz kapcsolódik a ciklinhez, jelezve a sejtet az interfázisba. A ciklin csúcsán, a ciklinfüggő kinázokhoz kötődve ez a rendszer kiszorítja a sejtet az interfázisból az M fázisba, ahol mitózis, meiózis és citokinézis lép fel. Három átmeneti ellenőrzési ponton kell keresztülmennie a cellának, mielőtt belép az M fázisba. A legfontosabb a G 1 -S átmenet ellenőrzési pontja. Ha a cella nem megy át ezen az ellenőrzési ponton, akkor a sejt kilép a sejtciklusból.

Profázis

A propázis az osztódás első szakasza. A nukleáris burok ebben a szakaszban lebomlik, a kromatin hosszú szálai kondenzálódva rövidebb, láthatóbb szálakat képeznek, amelyeket kromoszómáknak neveznek, a sejtmag eltűnik, és a mikrotubulusok a centromerában lévő korong alakú kinetokórákhoz kapcsolódnak a kromoszómákhoz. A kromoszómák beállításához és szétválasztásához kapcsolódó mikrotubulusokat orsónak és orsószálnak nevezik. A kromoszómák mikroszkóp alatt is láthatók lesznek, és a centromérhez kapcsolódnak. A meiózisban lezajló lecsapódási és igazodási időszak alatt a homológ kromoszómák kettős szálú DNS-jükben megszakadnak ugyanazon a helyen, majd a most fragmentált szülői DNS-szálak rekombinációja nem szülői kombinációkká, úgynevezett kereszteződés. Ezt a folyamatot bizonyítja, hogy nagyrészt a nagymértékben konzervált Spo11 fehérje okozza , olyan mechanizmus révén, amely hasonló a toposzomeráznál a DNS replikációjában és transzkripciójában tapasztalthoz.

Metafázis

A metafázis , a centromer a kromoszómák összehívja magukat a metafázis lemez (vagy ekvatoriális lemez ), egy képzeletbeli vonal, amely egyenlő távolságra a két centroszóma pólusok és tartja össze komplex komplexek, az úgynevezett cohesins . A kromoszómák felsorakoznak a sejt közepén a mikrotubulus -szervező központok (MTOC -k) segítségével, amelyek mindkét kromatid centromeráját nyomják és húzzák, ezáltal a kromoszóma a középpontba kerül. Ezen a ponton a kromoszómák még mindig kondenzálódnak, és jelenleg egy lépésre vannak attól, hogy a legtöbbet tekercseljék és sűrítsék, és az orsószálak már összekapcsolódtak a kinetokórákkal. Ebben a fázisban a mikrotubulusok, a kinetokórák kivételével, instabil állapotban vannak, ami elősegíti az anafázis felé történő előrehaladását. Ezen a ponton a kromoszómák készek a sejt ellentétes pólusaira osztódni az orsó felé, amelyhez kapcsolódnak.

Anafázis

Az anafázis a sejtciklus nagyon rövid szakasza, és azután következik be, hogy a kromoszómák a mitotikus lemezhez igazodnak. A kinetokórák anafázis-gátló jeleket bocsátanak ki, amíg a mitotikus orsóhoz nem kapcsolódnak. Amint a végső kromoszóma megfelelően illeszkedik és rögzül, a végső jel eloszlik, és kiváltja a hirtelen anafázisba való átállást. Ezt a hirtelen elmozdulást az anafázis-elősegítő komplex aktiválása és a metafázis-anafázis átmenet felé fontos fehérjék lebomlását jelölő funkciója okozza . Az egyik ilyen fehérjék bontani van securin amelyek révén lebontása felszabadítja a enzim separase , hogy hasítja a cohesin gyűrűk, összetartja a testvér kromatidok ezáltal kiváltva kromoszómák elválasztó. Miután a kromoszómák a sejt közepén sorakoznak, az orsószálak széthúzzák őket. A kromoszómák szétválnak, míg a testvérkromatidák a sejt ellentétes oldalaira mozognak. Miközben a testvérkromatidákat széthúzzák, a sejtet és a plazmát nem kinetochore mikrotubulusok nyújtják meg.

Telofázis

A telofázis a sejtciklus utolsó szakasza, amelyben a hasító barázda felhasítja a sejtek citoplazmát (citokinézist) és kromatint. Ez egy új nukleáris burok szintézisén keresztül történik, amely a kromatin körül képződik, és minden póluson összegyűlik, és a nukleolus reformálódik, amikor a kromoszómák elhatározzák, hogy kromatinjuk visszaáll a laza állapotba, amely az interfázis során volt. A sejttartalom megoszlása ​​nem mindig egyenlő, és változhat sejttípusonként, amint azt a petesejtek képződése esetén tapasztaljuk, ahol a négy leánysejt egyike rendelkezik a citoplazma többségével.

Cytokinesis

A sejtosztódási folyamat utolsó szakasza a citokinézis . Ebben a szakaszban van egy citoplazmatikus osztódás, amely a mitózis vagy a meiózis végén jelentkezik. Ebben a szakaszban visszafordíthatatlan elválás következik be, amely két leánysejthez vezet. A sejtosztódás fontos szerepet játszik a sejt sorsának meghatározásában. Ennek oka az aszimmetrikus felosztás lehetősége. Ennek eredményeként a citokinézis egyenlőtlen leánysejteket termel, amelyek teljesen eltérő mennyiségű vagy koncentrációjú sorsdöntő molekulákat tartalmaznak.

Az állatokban a citokinézis összehúzódó gyűrű kialakulásával és ezt követően hasítással zárul. De a növényekben ez másképp történik. Először sejtlemez képződik, majd sejtfal alakul ki a 2 leánysejt között.

A hasadó élesztőben ( S. pombe ) a citokinezis a G1 fázisban történik

Változatok

Az emberi sejt mitotikus orsójának képe zöld mikrotubulusokat, kék színű kromoszómákat (DNS) és vörösben kinetokórákat mutat.

A sejteket nagyjából két fő kategóriába sorolják: egyszerű, nem magos prokarióta sejtek és komplex, sejtmagos eukarióta sejtek. Szerkezeti különbségeik miatt az eukarióta és a prokarióta sejtek nem osztódnak azonos módon. Ezenkívül a sejtosztódás mintázata, amely az eukarióta őssejteket ivarsejtekké ( hímivarsejtek vagy nőstények tojássejtjei ) alakítja át , amelyet meiózisnak neveznek, eltér a testben lévő szomatikus sejtek osztódásától . Az emberi sejt mitotikus orsójának képe zöld mikrotubulusokat, kék színű kromoszómákat (DNS) és vörösben kinetokórákat mutat.

Sejtosztódás 42 felett. A sejteket közvetlenül a sejttenyésztő edényben ábrázoltuk, nem invazív kvantitatív fáziskontrasztos time-lapse mikroszkóppal .

Lebomlás

A többsejtű organizmusok az elhasználódott sejteket a sejtosztódással helyettesítik. Néhány állatnál azonban a sejtosztódás végül leáll. Az emberben ez történik, átlagosan után 52 hadosztály, az úgynevezett Hayflick határt . A sejtet ezután öregedőnek nevezik . Minden osztódással a sejtek telomerei , a kromoszóma végén lévő DNS védőszekvenciái , amelyek megakadályozzák a kromoszóma DNS lebomlását, lerövidülnek . Ez a lerövidülés összefüggésbe hozható olyan negatív hatásokkal, mint az életkorral összefüggő betegségek és az emberek élettartamának lerövidülése. A rákos sejtekről viszont nem gondolják, hogy ilyen módon lebomlanak, ha egyáltalán. A telomeráz nevű enzimkomplex , amely nagy mennyiségben van jelen a rákos sejtekben, telomer DNS ismétlődések szintézise révén újjáépíti a telomereket, lehetővé téve az osztódást a végtelenségig.

Történelem

Kurt Michel fáziskontrasztos mikroszkópjával

A mikroszkóp alatti sejtosztódást először Hugo von Mohl német botanikus fedezte fel 1835 -ben, amikor a Cladophora glomerata zöldalga felett dolgozott .

1943-ban Kurt Michel fáziskontrasztos mikroszkóp segítségével először forgatta a sejtosztódást .

Lásd még

Hivatkozások

További irodalom