Cell Division: Användbara anteckningar om celluppdelning i djur (2071 ord)

Läs den här artikeln för att lära dig om processen med celldelning i djur!

En enda cell ökar gradvis i storlek och får näring från miljön genom diffusion och andra fysikalisk-kemiska processer. När cellen är tillräckligt förstorad, ökas avståndet mellan cellmembranet och kärnan i en sådan utsträckning att cellens näring genom diffusion lider. Därför är delningen av cellen i två små dotterceller en biologisk nödvändighet för att tillhandahålla rättvis näring till cellen.

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

Stimulansen för celldelning är härledd från generna av kärn-DNA som organiserar syntesen av proteinmakromolekyler genom RNA. En kemisk förening som kallas chalon detekteras lokalt i normal vävnad som hämmar celldelning vid ett visst stadium. När vävnaden är delvis skadad faller nivån av kalonen och cellerna delar sig tills vävnadens normala cellpopulation återställs.

Celldelningen kan vara direkt eller indirekt.

Direkt Division (Amitos):

Processen är mycket snabb, klar inom några minuter. Först bestämmer kärnan i mitten, sedan delas följt av uppdelning av cytoplasman hos cellen (Fig 3-1)

Eventuellt sker inte den amitotiska uppdelningen i däggdjursarter, såvida inte cellerna är patologiska.

Indirekt Division:

Det presenterar två typer-Mitos och Meiosis. I båda typerna av celldelning är två processer involverade-karyokines eller kärndelning och cytokines eller cytoplasmisk uppdelning.

mitos:

Det är den vanligaste metoden för celldelning, och förekommer i alla somatiska celler och omogna bakterieceller. De två dottercellerna är identiska i antalet kromosomer och i fördelningen av generna som i modercellen. Därför kallas mitos homotypisk eller likvärdig uppdelning.

Processen tar ca 1 till 2 _1/2 timmar att slutföra. Mitos kan vara symmetrisk eller asymmetrisk. I symmetrisk mitos är de funktionella potentialerna hos dottercellerna likartade. I asymmetrisk mitos är dock en dottercell differentierad än den andra cellen.

Detta är grunden för celldifferentieringen från likgiltiga stamceller. Före celluppdelningen finns en period som kallas interfas där de enskilda kromosomerna inte är synliga eftersom de är uppsamlade i mycket långa smala strukturer så att de ligger under gränserna av upplösning av ljusmikroskop. Under interfasen har cellens kärna ett kärnämnehölje och innehåller ett nätverk av kromatingängor eller granuler och en nukleol. Replikering av DNA sker i kromosomerna. Utanför kärnkuvertet befinner sig två parade centrioler i cytofasmen.

Mitos involverar fyra på varandra följande processer: profas, metafas, anafas och telofas. (Fig 3-2)

profas:

Det kännetecknas av följande funktioner

(i) De enskilda kromosomerna visualiseras först under mikroskopet som långa tunna trådar eftersom de är tätt spolade längs hela längden. Varje kromosom delas i längdriktningen i två kromatider utom vid centromeren.

(ii) De två parade centriolerna separeras från varandra genom förlängning av de kontinuerliga mikrotubuli i den achromatiska spindeln och upptar de motsatta polerna i kärnan. De kontinuerliga mikrotubuli organiseras av centriolerna.

(iii) Därefter försvinner nukleärt membran och nukleolus. Kromosomerna är nu intrasslade i ett maskverk av kontinuerliga mikrotubuli. Detta stadium kan kallas pro-metafasen. Profasen tar ca ¹ _1/2 timmar att slutföra.

metafas:

Under tiden presenterar centromerregionen av varje kromosom en bilateral skivliknande kinetochores. Från kinetochorerna anordnas en uppsättning kromosomala mikrotubuli och sträcker sig bilateralt mot motsatta centrioler. Tillväxten av de kromosomala mikrotubuli möjliggör att centromererna hos de enskilda kromosomerna med sina parade kromatider upptar ekvatorialplanet hos spindeln. Detta representerar klassisk bild av asterbildning i metafas. Metafasen kvarstår i ca 20 minuter.

Colchicin upprätthåller celldelning vid metafas, eftersom den förhindrar bildandet av mikrotubuli i spindeln och kombinerar organiskt med tubulinproteinet. I kolchicinbehandlat metafas (C-metafas) befinner sig kromosomerna att monteras runt centriolen. Applicering av kolchicin i cellodling tjänar som ett viktigt verktyg vid karyotypstudier.

anafas:

Här släpptes centromererna longitudinellt och de två kromatiderna separeras för att bilda två nya kromosomer. När spindelfibrerna sammandragas separerar varje par nybildade kromosomer och migrerar till motstående pol av spindeln. Så småningom bildas två identiska och fullständiga kromosom komplement. Separering av kromatiderna för att bilda två nya kromosomer sker genom sammandragning av de kromosomala mikrotubuli, vilka utövar centrifugalkrafter på kromosomernas centromerregion från de motsatta centriolerna. Samtidigt rör sig de kontinuerliga mikrotubuli i de motsatta centriolerna inåt som bildar mittkroppen i den centrala delen av delningscellen, där klyvningsfuren uppträder.

telofas:

Det här är en omorganiseringsperiod. Dotterkromosomerna omsluter sig av nytt kärnmembran och nukleolus återkommer. Kromosomerna blir uncoiled och deras individuella identitet förloras. Slutligen delas cytoplasman och två fullständiga celler bildas.

Vid cytokinesprocessen utvecklas klyvfästen runt det achromatiska spindelns tidigare ekvatorialplan som nu upptas av mitten av kroppen. Eventuellt kan sammandragningen av cytoplasmens fibrillära komponenter hjälpa till med timglasskärpning av klyvningen. Ibland finns rester av mitten av kroppen som liten cytoplasmatisk kondensation under cellmembranet hos varje dottercell efter fullständig separation.

Cykelcykel:

När celler av samma slag odlas i cellodling multiplicerar de kontinuerligt med upprepad mitos. Sådana cykliska förändringar av en cell, som involverar interfas och mitos, är känd som cellcykeln. Interfasen består av tre steg (fig 3-3) -

(a) G ₁ (Gap 1) -steget, där cellen inträder omedelbart efter avslutad mitos och blir metaboliskt aktiv för att syntetisera enzymer, strukturproteiner och andra organeller;

(b) S (Syntes), där replikering av DNA äger rum för att överföra all genetisk information av arten. Detta täcker en period på ca 7 timmar och resulterar i bildningen av två kromatider som ger varje kromosom den karakteristiska x-formade konfigurationen. När en cell går in i S-scenen är det åtagit sig att slutföra mitosen.

(c) G ₂ (Gap 2) steg framträder före nästa mitos start. Spindelapparaten syntetiseras i detta steg.

Några av kroppscellerna, i process av differentiering för att utföra specialiserad funktion, lämnar cellcykeln och går inte in i S-scenen. Sådana celler sägs vara i GO-steget.

Kategorier av kroppscellerna:

Kroppscellerna faller under tre allmänna kategorier.

Kategori 1:

Det innehåller de kroppsceller som misslyckas med att dela i efterlivet. Nervcellerna är det klassiska exemplet på denna kategori. Med framväxten av ålder blir de gradvis minskat i antal. Därför går inte nervcellerna igenom cellcykeln.

Kategori 2:

Några av de specialiserade kroppscellerna, som tarmepitelet och hudens epidermis, förloras kontinuerligt från kroppsytan genom slitage och celldöd. För att fylla förlusten reproduceras nya celler av samma slag kontinuerligt av mitos från vissa stamceller eller föregångare celler. I den andra kategorin upprätthålls således ett stadigt tillstånd av cellpopulationen genom en process av cellomvandling.

Kategori 3:

Några av de kroppsceller som hör till denna kategori är högspecialiserade och delar inte vanligtvis. De har lång livslängd. Levercellerna är exempel på denna kategori. När två tredjedelar av levern avlägsnas genomgår de specialiserade levercellerna mitos under förändrade förhållanden tills den ursprungliga volymen av levern återställs.

meios:

Meiosi är processen med celldelning som ger haploida dotterceller från en diploid föräldercell. Den heter heterotypisk uppdelning och förekommer endast i sexceller under mognad av gameterna. Den består av två på varandra följande avdelningar (fig 3-4)

Första Meiotiska Divisionen

profas:

Det är förlängt och består av följande fem steg:

Leptotene:

Individuella kromosomer är synliga som långa smala trådar och karaktäristiska pärlkromomerer förefaller längs deras längd. En ände av varje kromosom är fäst vid kärnmembranet.

Zygotene:

Homologa kromosomer är ordnade parvis i längdriktningen, och upprättar punkt-till-punkt-förhållande. Denna process kallas synapsis. En medlem i paret är moder och den andra medlemmen är ursprungsfadern.

pachytene:

Varje kromosom delas i längdriktningen i två kromatider utom vid centromeren. Därför monteras fyra kromatider på platser. Detta fenomen är känt som tetradbildningen. Under hela profasprocessen genomgår kromosomerna spiral längs
deras längd; Därigenom blir de successivt förkortade och förtjockade.

Diplotene:

Under detta steg korsar icke-systerskromatiderna av en tetrad varandra vid en eller flera punkter som bildar chimatorn. Vid korsningen av kromatiderna bryts med hjälp av ett enzymendonukleas och förenas sedan med ett segment av icke-systerskromatider av homologa kromosomer, katalyserade av ett annat enzym, ligas. Detta fenomen är känt som cross-over. Övergången tillåter en kontinuerlig ombyggnad av generna, så att nya och ibland fördelaktiga kombinationer kan äga rum. Detta utgör den strukturella grunden för ärftlig mångfald mellan individer som kommer från samma föräldraskap.

Diakinesis:

Nu avlägsnas homologa centromerer från varandra och kromosomerna separeras efter avkolning. Under tiden försvinna kärnmembranet och nukleolusen.

Metafas I:

Efter korsning överensstämmer de homologa paren av kromosomer i ekvatorialplanet hos spindeln.

Anafas I:

Centomerer delar inte upp och de homologa kromosomparna skiljer sig från varandra och migrerar till de motsatta polerna i spindeln som bär sitt par kromatider.

Telofas I:

(i) Var och en av de två dottercellerna presenterar hälften av det ursprungliga antalet kromosomer (haploid). Den första meiotiska divisionen kallas ibland som en reduktionsdelning;

(ii) Det genetiska materialet omfördelas på grund av korsning.

Andra Meiotiska Division:

Var och en av de första divisionens dotterceller går in i metafas II, och kromosomerna inriktas i spindelens nya ekvatorialplan. DNA-replikation äger inte rum mellan den första och den andra meiotiska divisionen.

Anafas II:

Centromerer delas och kromatiderna separeras för att bilda nya kromosomer som migrerar till motstående poler i spindeln.

Telofas II:

Fyra gameter bildas från de två cellerna av den första meiotiska divisionen, var och en med haploid antal kromosomer. Detta förknippas med syntesen av en polynukleotidsträng för att återställa typisk dubbelhelixmodell av DNA-molekyl. Andra meiotiska divisionen är en likvärdig uppdelning av den redan reducerade första.

Särskilda egenskaper hos meiosa:

(a) Till skillnad från mitos observeras utseendet av kromomererna och parning av homologa kromosomer i form av synapsen i den tidiga profasen av den första meiotiska uppdelningen.

(b) Korsning av homologa segment mellan de fyra kromatiderna, i sen profas, är en nyhet. Korsning tillåter en kontinuerlig ombildning av gener så att nya och ibland fördelaktiga kombinationer kan uppstå.

(c) I anafas I delar inte centromerer, och detta kulminerar till reduktionsdelning av första meios med haploid antal kromosomer.

(d) I anafas II delar centromerer och detta upprätthåller det haploida antalet kromosomer. Fyra haploida celler bildas från en dipliodmormorcell. Dessa meotiska produkter omvandlas sedan till funktionella gameter-spermatozoa och ägg,

(e) Reduktionsdelningen hos meios är en nödvändighet, för när ägget befruktas av spermierna, presenterar den resulterande zygoten diploid antal kromosomer, vilket är konstant för arten.

(f) I oogenes börjar jag i primärocyten i livmodern och är färdig strax före ägglossningen. Efter ägglossning fullbordar sekundärokocytmetiosen II för att bilda en mogen ägg, endast när befruktning sker. Det här är bara exapmple i mänskligheten där färdigställande av meiosi jag kräver ungefär 15 till 45 år att slutföra. En sådan långvarig period av meios hos äldre kvinnor kan vara en faktor för icke-disjunktion i gametogenes.

En primär oocyt (diploid) ger vanligtvis upphov till en mogen ägg (haploid) efter två på varandra följande uppdelning. Den andra haploida dottercellerna från två eller tre polära kroppar som är biologiskt inerta eftersom de har minsta mängd cytoplasma.

(g) Spermatogenes äger rum vid puberteten och en primär spermatocyt (diploid) ger upphov till fyra aktiva haploida spermatozoa efter två på varandra följande meotiska divisioner.

h) Huvudegenskaper hos meios är:

jag. Det finns ingen DNA-replikation mellan Meiosis I och Meiosis II.

ii. Utbyte av genetiska material mellan homologa kromosomer sker i Meiosis I.

III. Hela processen med meios kan ta år, istället för timmar.