Tabla de Contenidos
Η κυτταρική αναπαραγωγή είναι ο τρόπος με τον οποίο πολλαπλασιάζονται τα κύτταρα των οργανισμών ή ο τρόπος με τον οποίο αναπαράγονται. Αποτελείται από τη δημιουργία δύο θυγατρικών κυττάρων από τη διαίρεση ενός μητρικού κυττάρου. Υπάρχουν δύο διαδικασίες που προκαλούν κυτταρική διαίρεση: η μίτωση και η μείωση. Στην περίπτωση της μείωσης, υπάρχουν δύο διαδοχικές διαιρέσεις που δημιουργούν τέσσερα θυγατρικά κύτταρα με την ολοκλήρωση της διαδικασίας. Στους σεξουαλικά αναπαραγόμενους οργανισμούς, η μείωση είναι ο μηχανισμός που δημιουργεί γαμέτες, δηλαδή σεξουαλικά κύτταρα, σπερματοζωάρια και ωοκύτταρα. Η μίτωση είναι ο μηχανισμός κυτταρικής διαίρεσης που εμπλέκεται στην ανάπτυξη και επισκευή των ιστών και στην ασεξουαλική αναπαραγωγή: μίτωση με τη μορφή αναπαραγωγής γενετικά πανομοιότυπων κυττάρων.
μίτωσις
Η μίτωση είναι το στάδιο του κυτταρικού κύκλου που περιλαμβάνει τη διαίρεση του κυτταρικού πυρήνα και το διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων . Η διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης ολοκληρώνεται με την κυτταροκίνηση, όταν το κυτταρόπλασμα του κυττάρου διαιρείται, ολοκληρώνοντας τον σχηματισμό δύο διαφοροποιημένων θυγατρικών κυττάρων.
Πριν ξεκινήσει η μίτωση , το κύτταρο προετοιμάζεται για διαίρεση αυξάνοντας τη μάζα του και διπλασιάζοντας όλες τις δομές που αργότερα θα αποτελέσουν τα δύο θυγατρικά κύτταρα. Το DNA αντιγράφεται, διπλασιάζοντας τα χρωμοσώματα και ο αριθμός των οργανιδίων διπλασιάζεται επίσης. Το στάδιο του κυτταρικού κύκλου πριν από τη μίτωση ονομάζεται μεσόφαση . Μετά την αντιγραφή του DNA, το κύτταρο θα έχει δύο πανομοιότυπα σύνολα DNA που θα αποτελούν τη γενετική πληροφορία των δύο θυγατρικών κυττάρων, τα οποία θα διαχωριστούν κατά τη μίτωση. Για αυτό, μια άλλη σημαντική διαδικασία συμβαίνει επίσης σε αυτό το στάδιο: η μετατροπή της χρωματίνης σε χρωμοσώματα.
Η μίτωση εμφανίζεται σε πέντε στάδια. Το πρώτο είναι η προφάση , το στάδιο στο οποίο τα κεντροσώματα διπλασιάζονται, μεταναστεύοντας σε αντίθετα άκρα του κυττάρου, γύρω από το οποίο αρχίζουν να αναπτύσσονται μικροσωληνίσκοι, όπως φαίνεται στο προηγούμενο σχήμα. Σε αυτό το στάδιο ο πυρήνας του κυττάρου εξαφανίζεται. Η προμετάφαση είναι το δεύτερο στάδιο της μίτωσης, αν και μερικές φορές θεωρείται μέρος της προφάσης. σε αυτό το στάδιο οι μικροσωληνίσκοι διαστέλλονται από τα δύο κεντροσώματα.
Κατά τη διάρκεια της μετάφασης της μίτωσης, τα χρωμοσώματα ευθυγραμμίζονται στην πλάκα μετάφασης ή στο ισημερινό επίπεδο, όπως φαίνεται στο τρίτο διάγραμμα του προηγούμενου σχήματος. Το επόμενο στάδιο, η ανάφαση , είναι κρίσιμο στη μίτωση. Αποτελείται από το διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων που σχηματίζουν δύο πανομοιότυπα αντίγραφα του γενετικού υλικού του μητρικού κυττάρου. Η μίτωση ολοκληρώνεται σε τελόφαση : το περίβλημα των κυτταρικών πυρήνων αναμορφώνεται γύρω από τα νέα χρωμοσώματα, τα οποία ξεδιπλώνονται για να σχηματίσουν χρωματίνη.
Με αυτόν τον τρόπο δημιουργούνται διπλοειδή θυγατρικά κύτταρα, τα οποία περιέχουν δύο πανομοιότυπα σύνολα χρωμοσωμάτων, γενετικά πανομοιότυπα με τη μητέρα, με τον ίδιο αριθμό και τύπο χρωμοσωμάτων. Τα σωματικά κύτταρα είναι παραδείγματα κυττάρων που χρησιμοποιούν τον μηχανισμό της μίτωσης για τον πολλαπλασιασμό τους. Τα σωματικά κύτταρα είναι όλοι οι τύποι κυττάρων στο ανθρώπινο σώμα, εξαιρουμένων των σεξουαλικών κυττάρων . Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων των σωματικών κυττάρων του ανθρώπου είναι 46 ενώ ο αριθμός των χρωμοσωμάτων των σεξουαλικών κυττάρων είναι 23.
μείωση
Η μείωση είναι η μορφή πολλαπλασιασμού των σεξουαλικών κυττάρων, του σπέρματος και των ωαρίων, σε σεξουαλικά αναπαραγωγικούς οργανισμούς. Η μείωση περιλαμβάνει δύο κυτταρικές διαιρέσεις, που ονομάζονται μείωση Ι και μείωση II, όπως φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα.
Οι δύο διαδικασίες κυτταρικής διαίρεσης αναπτύσσονται στα στάδια που περιγράφονται για τη μίτωση. Στη μείωση Ι, τα ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων που σχηματίζονται από τα 2n χρωμοσώματα του γονικού κυττάρου ζευγαρώνουν σε προφάση, σχηματίζοντας μια δομή πρωτεΐνης που επιτρέπει τον ανασυνδυασμό ομόλογων χρωμοσωμάτων. Η συσσώρευση χρωμοσωμάτων στην ισημερινή πλάκα κατά τη διάρκεια της μετάφασης έχει ως αποτέλεσμα τη μετανάστευση n χρωμοσωμάτων σε κάθε ένα από τα κεντροσώματα. Στη μείωση II, οι ομόλογες χρωματίδες κάθε χρωμοσώματος διαιρούνται και σχηματίζουν τους πυρήνες των θυγατρικών κυττάρων. Μεταξύ της μείωσης Ι και ΙΙ δεν υπάρχει αντιγραφή DNA.
Με την ολοκλήρωση της μείωσης, τέσσερα απλοειδή κύτταρα, τα οποία έχουν ένα μόνο σύνολο n χρωμοσωμάτων, παρήχθησαν από ένα διπλοειδές μητρικό κύτταρο, το οποίο περιέχει δύο πανομοιότυπα σύνολα 2n χρωμοσωμάτων. Τα απλοειδή θυγατρικά κύτταρα δεν είναι γενετικά πανομοιότυπα με το γονικό κύτταρο. Στη σεξουαλική αναπαραγωγή, οι απλοειδείς γαμέτες θα ενωθούν κατά τη γονιμοποίηση για να δημιουργήσουν έναν διπλοειδή ζυγώτη. Στη συνέχεια, ο ζυγώτης θα διαιρεθεί με μίτωση, μια διαίρεση που θα συνεχιστεί με τα επόμενα κύτταρα μέχρι να αναπτυχθεί ένα νέο άτομο.
Θυγατρικά κύτταρα και διαίρεση χρωμοσωμάτων
Πώς είναι εγγυημένο ότι τα θυγατρικά κύτταρα θα έχουν τον κατάλληλο αριθμό χρωμοσωμάτων μετά την κυτταρική διαίρεση; Για να απαντηθεί αυτό το ερώτημα, είναι απαραίτητο να εμβαθύνουμε στις διαδικασίες της κυτταρικής διαίρεσης, ιδιαίτερα στη λεγόμενη συσκευή ατράκτου , αχρωματική άτρακτο, μειοτική άτρακτο ή μιτωτική άτρακτο.. Πρόκειται για το σύνολο των μικροσωληνίσκων που θα αναφερθούν που αρχίζουν να αναπτύσσονται σε προφάση, οι οποίοι μαζί με συγκεκριμένες πρωτεΐνες χειρίζονται τα χρωμοσώματα κατά την κυτταρική διαίρεση. Οι ίνες της ατράκτου προσκολλώνται σε αναδιπλασιαζόμενα χρωμοσώματα απομακρύνοντάς τα την κατάλληλη στιγμή. Οι μικροσωληνίσκοι μετακινούν τα χρωμοσώματα προς τα κεντροσώματα, διασφαλίζοντας ότι κάθε θυγατρικό κύτταρο έχει τον σωστό αριθμό χρωμοσωμάτων. Αυτές οι δομές καθορίζουν επίσης τη θέση της πλάκας μετάφασης ή του ισημερινού επιπέδου, δηλαδή του επιπέδου στο οποίο διαιρείται το κύτταρο.
κυτταροκίνηση
Όπως φαίνεται και στα προηγούμενα διαγράμματα, η διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης ολοκληρώνεται με την κυτταροκίνηση. Αυτή η διαδικασία ξεκινά κατά την ανάφαση της μίτωσης και τελειώνει μετά την τελοφάση. Στην κυτταροκίνηση ολοκληρώνεται η διαίρεση του μητρικού κυττάρου σε δύο θυγατρικά κύτταρα, με τη συμμετοχή μικροσωληνίσκων.
Η συσκευή της ατράκτου έχει διαφοροποιημένα χαρακτηριστικά στην κυτταροκίνηση ανάλογα με το αν είναι ζωικά ή φυτικά κύτταρα. Στα ζωικά κύτταρα, η συσκευή της ατράκτου καθορίζει τη θέση μιας σημαντικής δομής στη διαδικασία κυτταρικής διαίρεσης που ονομάζεται συσταλτικός δακτύλιος. Ο συσταλτικός δακτύλιος αποτελείται από πρωτεΐνες και νημάτια μικροσωληνίσκων ακτίνης μαζί με την πρωτεΐνη κινητήρα μυοσίνη. Η μυοσίνη συστέλλει τον δακτύλιο των νημάτων ακτίνης, σχηματίζοντας μια βαθιά αυλάκωση που ονομάζεται αυλάκωση διάσπασης. Καθώς ο συσταλτικός δακτύλιος συνεχίζει να συστέλλεται, διαιρεί το κυτταρόπλασμα και καταρρέει το κύτταρο, διαιρώντας το στα δύο κατά μήκος του αυλακιού διάσπασης.
Στα φυτικά κύτταρα, δεν σχηματίζεται αυλάκωση διάσπασης στην κυτταροκίνηση. Αντίθετα, θυγατρικά κύτταρα απλώνονται σε μια κυτταρική πλάκα που αποτελείται από κυστίδια που απελευθερώνονται από οργανίδια στη συσκευή Golgi. Η κυτταρική πλάκα διαστέλλεται πλευρικά και συντήκεται με το κυτταρικό τοίχωμα, σχηματίζοντας ένα διαμέρισμα μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων που έχουν σχηματιστεί. Καθώς η κυτταρική πλάκα ωριμάζει, γίνεται κυτταρικό τοίχωμα.
Καρκίνος
Η μιτωτική διαίρεση των κυττάρων είναι αυστηρά ρυθμισμένη για να διασφαλιστεί ότι τα σφάλματα διορθώνονται και ότι τα κύτταρα διαιρούνται με τον σωστό αριθμό χρωμοσωμάτων. Εάν προκύψουν σφάλματα στο σύστημα επαλήθευσης, τα θυγατρικά κελιά που προκύπτουν ενδέχεται να είναι διαφορετικά μεταξύ τους. Ενώ τα φυσιολογικά κύτταρα παράγουν δύο πανομοιότυπα κύτταρα στη μίτωση, τα καρκινικά κύτταρα μπορούν να παράγουν περισσότερα από δύο θυγατρικά κύτταρα. Τρία ή περισσότερα θυγατρικά κύτταρα μπορούν να αναπτυχθούν από τη διαίρεση των καρκινικών κυττάρων, ενώ αυτά τα κύτταρα παράγονται με υψηλότερο ρυθμό από τα φυσιολογικά κύτταρα. Επειδή τα καρκινικά κύτταρα διαιρούνται ανώμαλα, τα θυγατρικά κύτταρα που δημιουργούν μπορεί να έχουν διαφορετικό αριθμό χρωμοσωμάτων από το κανονικό.
Τα καρκινικά κύτταρα είναι συχνά το αποτέλεσμα μεταλλάξεων σε γονίδια που ελέγχουν την κυτταρική ανάπτυξη ή γονιδίων που σκοτώνουν τα καρκινικά κύτταρα. Αυτά τα κύτταρα αναπτύσσονται ανεξέλεγκτα, εξαντλώντας τα θρεπτικά συστατικά από το περιβάλλον τους. Ορισμένα καρκινικά κύτταρα ταξιδεύουν σε άλλα μέρη του σώματος μέσω του κυκλοφορικού συστήματος ή του λεμφικού συστήματος, όπου συνεχίζουν να αναπαράγονται ανεξέλεγκτα.
Πηγές
Εισαγωγή στην κυτταρική βιολογία . Panamerican Medical Editorial, 2011.
Neil A. Campbell, Jane B. Reece. Βιολογία Κάμπελ. Ένατη έκδοση. Pearson/Benjamin Cummings, 2011.
