Tabla de Contenidos
Rozmnażanie komórkowe to sposób, w jaki komórki organizmów namnażają się lub sposób, w jaki się rozmnażają. Polega na wytworzeniu dwóch komórek potomnych z podziału komórki macierzystej. Istnieją dwa procesy generujące podziały komórkowe: mitoza i mejoza. W przypadku mejozy występują dwa kolejne podziały, które po zakończeniu procesu generują cztery komórki potomne. W organizmach rozmnażających się płciowo mejoza jest mechanizmem generującym gamety, czyli komórki płciowe, plemniki i oocyty. Mitoza jest mechanizmem podziału komórek zaangażowanym we wzrost i naprawę tkanek oraz w rozmnażanie bezpłciowe: mitozę w postaci reprodukcji genetycznie identycznych komórek.
mitoza
Mitoza to etap cyklu komórkowego, który obejmuje podział jądra komórkowego i oddzielenie chromosomów . Proces podziału komórki kończy się cytokinezą, kiedy cytoplazma komórki dzieli się, kończąc tworzenie dwóch zróżnicowanych komórek potomnych.
Przed rozpoczęciem mitozy komórka przygotowuje się do podziału, zwiększając swoją masę i powielając wszystkie struktury, które później utworzą dwie komórki potomne; DNA jest replikowane, powielane chromosomy, a liczba organelli jest również podwojona. Etap cyklu komórkowego poprzedzający mitozę nazywa się interfazą . Po replikacji DNA komórka będzie miała dwa identyczne zestawy DNA, które będą stanowić informację genetyczną dwóch komórek potomnych, które rozdzielą się podczas mitozy. W tym celu na tym etapie zachodzi również inny ważny proces: transformacja chromatyny w chromosomy.
Mitoza przebiega w pięciu etapach. Pierwszym z nich jest profaza , etap, w którym centrosomy są duplikowane, migrując do przeciwległych końców komórki, wokół których zaczynają się rozwijać mikrotubule, jak pokazano na poprzednim rysunku. Na tym etapie jąderko komórki zanika. Prometafaza jest drugim etapem mitozy, chociaż czasami uważa się ją za część profazy; na tym etapie mikrotubule rozszerzają się z dwóch centrosomów.
Podczas metafazy mitozy chromosomy wyrównują się na płytce metafazy lub płaszczyźnie równikowej, jak pokazano na trzecim diagramie na poprzedniej figurze. Następny etap, anafaza , ma kluczowe znaczenie w mitozie; Polega na rozdzieleniu chromosomów tworzących dwie identyczne kopie materiału genetycznego komórki macierzystej. Mitoza kończy się w telofazie : otoczka jąder komórkowych odnawia się wokół nowych chromosomów, które rozwijają się, tworząc chromatynę.
W ten sposób powstają diploidalne komórki potomne, które zawierają dwa identyczne zestawy chromosomów, genetycznie identyczne z matką, z tą samą liczbą i typem chromosomów. Komórki somatyczne są przykładami komórek, które do namnażania wykorzystują mechanizm mitozy. Komórki somatyczne to wszystkie typy komórek w ludzkim ciele, z wyłączeniem komórek płciowych . Liczba chromosomów komórek somatycznych człowieka wynosi 46, podczas gdy liczba chromosomów komórek płciowych wynosi 23.
mejoza
Mejoza jest formą namnażania się komórek płciowych, plemników i oocytów w organizmach rozmnażających się płciowo. Mejoza obejmuje dwa podziały komórkowe, zwane mejozą I i mejozą II, jak pokazano na poniższym schemacie.
Dwa procesy podziału komórki rozwijają się w etapach opisanych dla mitozy. W mejozie I pary homologicznych chromosomów utworzone z chromosomów 2n komórki macierzystej łączą się w profazę, tworząc strukturę białkową, która umożliwia rekombinację homologicznych chromosomów. Zlepianie się chromosomów na płycie równikowej podczas metafazy powoduje migrację n chromosomów do każdego z centrosomów. W mejozie II homologiczne chromatydy każdego chromosomu dzielą się i tworzą jądra komórek potomnych. Między mejozą I a II nie zachodzi replikacja DNA.
Po zakończeniu mejozy z diploidalnej komórki macierzystej, która zawiera dwa identyczne zestawy chromosomów 2n, powstały cztery komórki haploidalne, które mają pojedynczy zestaw chromosomów n. Haploidalne komórki potomne nie są genetycznie identyczne z komórką macierzystą. Podczas rozmnażania płciowego haploidalne gamety łączą się podczas zapłodnienia, tworząc diploidalną zygotę. Następnie zygota podzieli się przez mitozę, podział, który będzie kontynuowany z kolejnymi komórkami, aż rozwinie się nowy osobnik.
Komórki potomne i podział chromosomów
W jaki sposób komórki potomne mają gwarancję, że po podziale komórki będą miały odpowiednią liczbę chromosomów? Aby odpowiedzieć na to pytanie, konieczne jest zagłębienie się w procesy podziału komórki, szczególnie w tzw. aparacie wrzecionowatym , wrzecionie achromatycznym, wrzecionie mejotycznym czy wrzecionie mitotycznym.. Jest to zestaw mikrotubul, o których będzie mowa, które zaczynają rozwijać się w profazie i wraz z określonymi białkami manipulują chromosomami podczas podziału komórki. Włókna wrzeciona przyczepiają się do replikowanych chromosomów, rozsuwając je w odpowiednim czasie. Mikrotubule przesuwają chromosomy w kierunku centrosomów, zapewniając, że każda komórka potomna ma odpowiednią liczbę chromosomów. Struktury te determinują również położenie płytki metafazowej lub płaszczyzny równikowej, czyli płaszczyzny podziału komórki.
cytokineza
Jak widać na poprzednich diagramach, proces podziału komórki kończy się cytokinezą. Proces ten rozpoczyna się podczas anafazy mitozy i kończy się po telofazie. W cytokinezie dochodzi do zakończenia podziału komórki macierzystej na dwie komórki potomne przy udziale mikrotubul.
Aparat wrzeciona ma zróżnicowaną charakterystykę cytokinezy w zależności od tego, czy jest to komórka zwierzęca czy roślinna. W komórkach zwierzęcych aparat wrzeciona określa położenie ważnej struktury w procesie podziału komórki zwanej pierścieniem kurczliwym. Pierścień kurczliwy składa się z białek i włókien mikrotubul aktynowych wraz z białkiem motorycznym miozyną. Miozyna kurczy pierścień włókien aktynowych, tworząc głęboki rowek zwany bruzdą rozszczepiającą. Gdy pierścień kurczliwy nadal się kurczy, dzieli cytoplazmę i zapada komórkę, dzieląc ją na dwie części wzdłuż bruzdy rozszczepienia.
W komórkach roślinnych bruzda rozszczepiająca nie powstaje w cytokinezie. Zamiast tego komórki potomne są rozprzestrzeniane na płytce komórkowej utworzonej z pęcherzyków, które są uwalniane z organelli w aparacie Golgiego. Płytka komórkowa rozszerza się na boki i łączy się ze ścianą komórkową, tworząc przegrodę między utworzonymi komórkami potomnymi. Gdy płytka komórkowa dojrzewa, staje się ścianą komórkową.
Rak
Podział mitotyczny komórek jest ściśle regulowany, aby zapewnić korygowanie błędów i podział komórek z prawidłową liczbą chromosomów. Jeśli w systemie weryfikacji wystąpią błędy, wynikowe komórki potomne mogą się od siebie różnić. Podczas gdy normalne komórki wytwarzają dwie identyczne komórki w mitozie, komórki nowotworowe mogą wytwarzać więcej niż dwie komórki potomne; Trzy lub więcej komórek potomnych może rozwinąć się z dzielących się komórek nowotworowych, podczas gdy komórki te są wytwarzane z większą szybkością niż normalne komórki. Ponieważ komórki nowotworowe dzielą się nieprawidłowo, komórki potomne, które generują, mogą mieć inną liczbę chromosomów niż normalnie.
Komórki rakowe są często wynikiem mutacji genów kontrolujących wzrost komórek lub genów zabijających komórki rakowe. Komórki te wymykają się spod kontroli, wyczerpując składniki odżywcze ze swojego środowiska. Niektóre komórki nowotworowe przemieszczają się do innych części ciała przez układ krążenia lub układ limfatyczny, gdzie dalej rozmnażają się w sposób niekontrolowany.
Źródła
Wprowadzenie do biologii komórki . Panamerican Medical Editorial, 2011.
Neil A. Campbell, Jane B. Reece. Biologia Campbell. Dziewiąta edycja. Pearson/Benjamin Cummings, 2011.
