Cell Division: Nyttige Noter om Cell Division i Dyr (2071 Ord)

Læs denne artikel for at lære om processen med celledeling i dyr!

En enkelt celle vokser gradvist i størrelse og får næring fra miljøet ved diffusion og andre fysisk-kemiske processer. Når cellen er tilstrækkeligt forstørret, forøges afstanden mellem cellemembranen og kernen i en sådan grad, at ernæringen af ​​cellen ved diffusion lider. Derfor er opdelingen af ​​cellen i to små datterceller en biologisk nødvendighed for at tilvejebringe retfærdig ernæring til cellen.

Image Courtesy: edupic.net/Images/Mitosis/telophase_3D.png

Stimuleringen for celledeling er afledt af generne af nukleært DNA, som organiserer syntesen af ​​proteinmacromolekyler gennem RNA'et. En kemisk forbindelse kendt som chalon påvises lokalt i normalt væv, der hæmmer celledeling på et bestemt stadium. Når vævet er delvist beskadiget, falder niveauet af chalon og cellerne deler sig, indtil vævets normale cellepopulation er genoprettet.

Celleafdelingen kan være direkte eller indirekte.

Direkte Division (Amitose):

Processen er meget hurtig, afsluttet inden for få minutter. I begyndelsen opdeler kernen i midten og divideres derefter efterfulgt af opdeling af cytoplasma af cellen (fig. 3-1)

Muligvis finder den amitotiske division ikke sted i pattedyrarter, medmindre cellerne er patologiske.

Indirekte Division:

Det præsenterer to typer-mitos og meiosier. I begge typer celledeling er to processer involveret-karyokinesis eller nuklear division og cytokinesis eller cytoplasmatisk division.

mitose:

Det er den mest almindelige metode til celledeling, og forekommer i alle somatiske celler og umodne kimceller. De to datterceller er identiske i antallet af kromosomer og i fordelingen af ​​generne som i modercellen. Derfor kaldes mitose homotypisk eller ligestilling.

Processen tager ca. 1 til 2 _1/2 timer at fuldføre. Mitose kan være symmetrisk eller asymmetrisk. I symmetrisk mitose er de funktionelle potentialer i dattercellerne ens. I asymmetrisk mitose er imidlertid en dattercelle mere differentieret end den anden celle.

Dette er grundlaget for celledifferentiering fra ligegyldige stamceller. Før cellen udskiller, eksisterer der en periode kendt som interfase, hvor de enkelte kromosomer ikke er synlige, fordi de er ubundne i meget lange, smalle strukturer, så de er under grænserne af opløsning af lysmikroskop. Under interfasen besidder cellens kerne en nukleær kuvert og indeholder et netværk af chromatin-tråde eller -granuler og en nukleolus. Replikation af DNA finder sted i kromosomerne. Udenfor den nukleare kuvert er to parrede centrioler placeret i cytofasen.

Mitose involverer fire på hinanden følgende processer: profase, metafase, anafase og telofase. (Figur 3-2)

profase:

Det er kendetegnet ved følgende funktioner

(i) De individuelle kromosomer visualiseres først under mikroskopet som lange tynde tråde, da de er tæt spoler langs hele længden. Hvert kromosom opdeles i længderetningen i to kromatider undtagen ved centromeren.

(ii) De to parrede centrioler adskilles fra hinanden ved forlængelse af de kontinuerlige mikrotubuli af den achromatiske spindel og optager de modsatte poler af kernen. De kontinuerlige mikrotubuli er organiseret af centriolerne.

(iii) Efterfølgende forsvinder kernemembranen og nukleolerne. Kromosomerne er nu indviklet i et netværk af kontinuerlige mikrotubuli. Denne fase kan kaldes pro-metafasen. Profasen tager ca. 1 1/2 time at fuldføre.

metafase:

I mellemtiden præsenterer centromerregionen af ​​hvert kromosom en bilateral disklignende kinetoforstærkning. Fra kinetoforerne er et sæt kromosomale mikrotubuli organiseret og strækker sig bilateralt mod de modsatte centrioler. Væksten af ​​de kromosomale mikrotubuli muliggør centromerer af de enkelte kromosomer med deres parrede kromatider til at optage spindelets ækvatoriale plan. Dette repræsenterer klassisk billede af asterformation i metafase. Metafasen vedvarer i ca. 20 minutter.

Colchicin arresterer celledeling ved metafase, fordi den forhindrer dannelsen af ​​mikrotubuli i spindlen og kombinerer organisk med tubulinproteinet. I kolchicin behandlet metafase (C-metafase) findes chromosomerne at samle omkring centriolerne. Anvendelse af colchicin i cellekultur tjener som et vigtigt redskab i karyotypestudier.

anaphase:

Her spildes centromerer i længderetningen, og de to chromatider adskilles for at danne to nye kromosomer. Efterhånden som spindelfibrekontrakten adskiller, separerer hvert par nyligt dannede kromosomer og migrerer til spindelens modsatte pol. Til sidst dannes to identiske og komplette kromosompomplementer. Separation af chromatiderne til dannelse af to nye kromosomer finder sted ved sammentrækning af de kromosomale mikrotubuli, som udøver centrifugalkræfter på centromereområdet af kromosomerne fra de modsatte centrioler. Samtidig bevæger de kontinuerlige mikrotubuli af de modsatte centrioler sig indad, der danner midterlegemet i den centrale region af delingscellen, hvor spaltningsfuren optræder.

telofase:

Dette er en periode med omorganisering. Datterkromosomerne omsluttes af ny nuklearmembran, og nukleolus ses igen. Kromosomerne bliver ubundne, og deres individuelle identitet går tabt. Endelig opdeles cytoplasmaet og to komplette celler dannes.

Under processen med cytokinesis udvikler spaltningsfuren sig omkring det ækvatoriale plan af den achromatiske spindel, som nu er optaget af midterlegemet. Eventuelt kan sammentrækningen af ​​cytoplasmens fibrillære komponenter medvirke i timesprængning af spaltningen. Nogle gange findes rester af midterlegemet som en lille cytoplasmatisk kondensation under cellemembranen i hver dattercelle efter fuldstændig adskillelse.

Cellecyklus:

Når celler af samme art dyrkes i cellekultur, multipler de kontinuerligt ved gentagen mitose. Sådanne cykliske ændringer af en celle, der involverer interfase og mitose, er kendt som cellecyklussen. Interfasen består af tre trin (figur 3-3) -

(a) G ₁ (Gap 1) fase, hvor cellen indtræder umiddelbart efter afslutning af mitose og bliver metabolisk aktiv til syntetisering af enzymer, strukturproteiner og andre organeller;

(b) S (Syntese) fase, hvor replikation af DNA finder sted for at transmittere alle genetiske oplysninger af arten. Dette dækker en periode på ca. 7 timer og resulterer i dannelsen af ​​to kromatider, der giver hvert kromosom den karakteristiske x-formede konfiguration. Når en celle kommer ind i S-scenen, er det forpligtet til at fuldføre mitosen;

(c) G ₂ (Gap 2) stadium fremkommer inden begyndelsen af ​​næste mitose. Spindelapparatet syntetiseres i dette trin.

Nogle af kroppens celler, som er i færd med differentiering til at udføre specialiseret funktion, forlader cellecyklussen og går ikke ind i S-scenen. Sådanne celler siges at være i _GO- fasen.

Kategorier af kroppens celler:

Kropscellerne falder under tre generelle kategorier.

Kategori 1:

Det omfatter de kropsceller, der ikke deler sig i fødslen efter fødslen. Nervecellerne er det klassiske eksempel på denne kategori. Med fremskreden alder bliver de gradvist formindsket i antal. Derfor passerer nervecellerne ikke gennem cellecyklussen.

Kategori 2:

Nogle af de specialiserede kropsceller, såsom tarmepitelet og hudens epidermis, tabes kontinuerligt fra kropsoverfladen ved slitage og celledød. For at genopbygge tabet reproduceres nye celler af samme art kontinuerligt af mitose fra nogle stamceller eller precursorceller. Således i den anden kategori opretholdes en stabil tilstand af cellepopulation ved en proces af cellevending.

Kategori 3:

Nogle af kroppens celler, der tilhører denne kategori, er højt specialiserede og fordeler sig normalt ikke. De besidder lang levetid. Levercellerne er eksempler på denne kategori. Når to tredjedele af leveren fjernes, underkastes de specialiserede leverceller mitose under ændrede forhold, indtil det oprindelige levervolumen genoprettes.

Meiose:

Meiosis er processen med celledeling, som giver haploide datterceller fra en diploid stamcelle. Det hedder heterotypisk division og forekommer kun i kønsceller under modning af gameterne. Den består af to på hinanden følgende divisioner (figur 3-4)

Første Meiotiske Division

profase:

Det er forlænget og består af følgende fem faser:

Leptotene:

Individuelle kromosomer er synlige som lange tynde tråde og karakteristiske beaded chromomerer fremgår af deres længde. Den ene ende af hvert kromosom er fastgjort til kernemembranen.

Zygotene:

Homologe kromosomer er arrangeret parvist i længderetningen og etablerer punkt-til-punkt-forhold. Denne proces kaldes synapsis. Et medlem af parret er moder og det andet medlem fra fædrene.

pachytene:

Hvert kromosom opdeles i længderetningen i to kromatider undtagen ved centromeren. Derfor monteres fire kromatider på steder. Dette fænomen er kendt som tetraddannelsen. Gennem hele profaseprocessen undergår kromosomerne spiral sammen
deres længde Dermed bliver de gradvist forkortet og fortykket.

Diplotene:

I løbet af dette stadium krydser ikke-søsterkromatiderne af en tetrad hinanden på et eller flere punkter, der danner kimasmen. Ved krydsning af kromatiderne brydes ved hjælp af en enzymendonuklease og derefter forene med et segment af ikke-søsterkromatider af homologe kromosomer, katalyseret af et andet enzym, ligase. Dette fænomen er kendt som cross-over. Krydsningen tillader en kontinuerlig omlægning af generne, så nye og undertiden fordelagtige kombinationer kan finde sted. Dette danner det strukturelle grundlag for arvelig mangfoldighed mellem individer, der kommer fra samme forældre.

Diakinesis:

Nu trækker homologe centromerer fra hinanden og kromosomerne adskilles efter afkogning. I mellemtiden forsvinder kernemembranen og nukleolerne.

Metafase I:

Efter krydsning er de homologe par af kromosomer rettet i spindelets ækvatoriale plan.

Anaphase I:

Centomerer opdeles ikke, og de homologe kromosompar adskilles fra hinanden og migreres til de modsatte poler af spindlen, der bærer deres par kromatider.

Telophase I:

(i) Hver af de to datterceller præsenterer halvdelen af ​​det oprindelige antal kromosomer (haploid). Den første meiotiske division betegnes undertiden som en reduktionsinddeling;

(ii) Der er omfordeling af det genetiske materiale på grund af krydsning.

Anden Meiotiske Division:

Hver af de første divisioners datterceller kommer ind i metafase II, og kromosomerne justeres i spindelens nye ækvatoriale planer. DNA-replikation finder ikke sted mellem den første og den anden meiotiske division.

Anaphase II:

Centromerer skilles, og kromatiderne adskilles for at danne nye kromosomer, der migrerer til spindelens modstående poler.

Telophase II:

Fire gameter er dannet fra de to celler af første meiotiske division, hver med haploid antal kromosomer. Dette er forbundet med syntese af en polynukleotidstreng for at genetablere typisk dobbelt-helixmodel af DNA-molekyle. Anden meiotiske division er en ligeværdig division af den allerede reducerede første.

Særlige egenskaber hos meiosis:

(a) I modsætning til mitose observeres udseendet af chromomerer og parring af homologe kromosomer i form af synapserne i den tidlige profase af den første meiotiske division.

(b) Krydsning af homologe segmenter mellem de fire kromatider, i sen profase, er en nyhed. Krydsning giver mulighed for kontinuerlig omlægning af gener, så nye og undertiden fordelagtige kombinationer kan forekomme.

c) I anafase I opdeler centromerer ikke, og dette kulminerer i reduktionsdeling af første meiose med haploid antal kromosomer.

(d) I anaphase II fordeles centromerer og dette opretholder haploidtalet af kromosomer. Fire haploide celler dannes fra en dipliod grandmodercelle. Disse meotiske produkter omdannes derefter til funktionelle gameter-spermatozoer og æg,

(e) Reduktionsinddeling i meiose er en nødvendighed, fordi når ægget befrugtes af sædcellerne, frembringer den resulterende zygote diploid antal kromosomer, hvilket er konstant for arten.

(f) I oogenese starter meiosis i den primære oocyt i det intrauterine liv og er færdigt lige før ægløsning. Efter ægløsning fuldender den sekundære oocyt Meiosis II til dannelse af et modent æg, kun når befrugtningen finder sted. Dette er kun fornemmeligt i menneskeheden, hvor færdiggørelsen af ​​meiosier kræver ca. 15 til 45 år at fuldføre. En sådan langvarig periode med meiosi hos ældre kvinder kan være en faktor for ikke-disjunktion i gametogenese.

En primær oocyt (diploid) giver normalt en moden æg (haploid) efter to på hinanden følgende division. Den anden haploide datterceller fra to eller tre polære kroppe, som er biologisk inerte, fordi de besidder en minimal mængde cytoplasma.

(g) Spermatogenese finder sted ved puberteten, og en primær spermatocyt (diploid) giver anledning til fire aktive haploide spermatozoer efter to på hinanden følgende meotiske divisioner.

h) Hovedkendetegn ved meiose er:

jeg. Der er ingen DNA-replikation mellem Meiosis I og Meiosis II.

ii. Udveksling af genetiske materialer mellem homologe kromosomer finder sted i Meiosis I.

iii. Hele processen med meiose kan tage år, i stedet for timer.