Fasi di mitosi, caratteristiche, funzioni e organismi

IL mitosi È un processo di divisione cellulare, in cui una cellula produce cellule figlie geneticamente identiche; Per ogni cella due "figlie" sono generate con lo stesso carico cromosomico. Questa divisione viene effettuata nelle cellule somatiche degli organismi eucariotici.

Questo processo è uno degli stadi del ciclo cellulare degli organismi eucariotici, che è inteso in 4 fasi: S (sintesi del DNA), M (divisione cellulare), G1 e G2 (fasi intermedie in cui si verificano mRNA e proteine). Insieme, le fasi G1, G2 e S sono considerate un'interfaccia. La divisione nucleare e citoplasmatica (mitosi e citochinesi) costituisce l'ultimo stadio del ciclo cellulare.

Panoramica della miadosi. Fonte: ViewAprabha [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

A livello molecolare, la myitosi è iniziata dall'attivazione di una chinasi (proteina) chiamata MPF (fattore di promozione della maturazione) e dalla conseguente fosforilazione di un numero significativo di componenti cellulari. Quest'ultimo consente alla cellula di presentare i cambiamenti morfologici necessari per eseguire il processo di divisione.

La mitosi è un processo asessuato, poiché la cellula progenitrice e le sue figlie hanno esattamente le stesse informazioni genetiche. Queste cellule sono note come diploide trasportando il carico cromosomico completo (2N).

La meiosi, d'altra parte, è il processo di divisione cellulare che si traduce in riproduzione sessuale. In questo processo, una cellula staminale diploide replica i suoi cromosomi e quindi si divide due volte di seguito (senza replicare le sue informazioni genetiche). Infine, vengono generate 4 cellule figlie con solo la metà del carico cromosomico, che sono chiamati aploidi (N).

[TOC]

Generalità della mitosi

La mitosi negli organismi unicellulari produce generalmente cellule figlie molto simili ai suoi genitori. Al contrario, durante lo sviluppo di esseri multicellulari, questo processo può causare due cellule con alcune caratteristiche diverse (nonostante sia geneticamente identico).

Questa differenziazione cellulare dà origine ai diversi tipi di cellule che compongono gli organismi multicellulari.

Durante la vita di un organismo, il ciclo cellulare si verifica continuamente, formando costantemente nuove cellule che a loro volta crescono e si preparano a dividere attraverso la myitosi.

La crescita cellulare e la divisione sono regolate da meccanismi, come l'apoptosi (morte cellulare programmata), che consentono di mantenere un equilibrio, evitando l'eccesso di crescita dei tessuti. In questo modo si assicura che le celle difettose siano sostituite da nuove celle, in base ai requisiti e alle esigenze dell'organismo.

Che rilevanza ha questo processo?

La capacità di riprodursi è una delle caratteristiche più importanti di tutti gli organismi (dall'unicellulare a multicellulare) e delle cellule che lo compongono. Questa qualità consente di garantire la continuità delle informazioni genetiche.

La comprensione dei processi di mitosi e meiosi, ha avuto un ruolo fondamentale nella comprensione delle intriganti caratteristiche cellulari degli organismi. Ad esempio, la proprietà di mantenere il numero di cromosomi da una cellula all'altra all'interno di un individuo e tra individui della stessa specie.

Quando subiamo un qualche tipo di taglio o ferita nella nostra pelle, osserviamo come in pochi giorni la pelle danneggiata viene recuperata. Ciò si verifica grazie al processo di myitosi.

Le fasi e le sue caratteristiche

In generale, la mitosi segue la stessa sequenza di processo (fasi) in tutte le cellule eucariotiche. In queste fasi molti cambiamenti morfologici si verificano nella cellula. Tra questi la condensa dei cromosomi, rottura della membrana nucleare, separazione della cellula dalla matrice extracellulare e altre cellule e la divisione del citoplasma.

In alcuni casi, la divisione nucleare e la divisione citoplasmatica sono considerate come diverse fasi (mitosi e citochinesi, rispettivamente).

Per uno studio e una comprensione migliori del processo, sono state designate sei (6) fasi, chiamate: propase, promessa, metafase, anafase e telofase, quindi considerando la citochinesi come una sesta fase, che inizia a svilupparsi durante l'anafase.

La telofase è l'ultima fase della mitosi. Tratto da https: // Commons.Wikimedia.Org/wiki/file: mitosepanel.Jpg. Via Wikimedia Commons

Queste fasi sono state studiate dal diciannovesimo secolo attraverso il microscopio ottico, quindi oggi sono facilmente riconoscibili in base alle caratteristiche morfologiche della cellula, come la condensazione cromosomica e la formazione del mandrino mitotico.

Prophase

Prophase. Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)], da Wikimedia Commons

Profase è la prima manifestazione visibile della divisione cellulare. In questa fase puoi vedere l'aspetto dei cromosomi come forme distinguibili, a causa della progressiva compattazione della cromatina. Questa condensazione dei cromosomi inizia con la fosforilazione delle molecole di Histona H1 da parte della chinasi MPF.

Il processo di condensazione consiste nella contrazione e quindi nella riduzione della grandezza dei cromosomi. Ciò si verifica a causa del rotolamento delle fibre di cromatina, producendo strutture più facilmente spostabili (cromosomi mitotici).

I cromosomi precedentemente duplicati durante il periodo s del ciclo cellulare, acquisiscono un'apparizione a doppio filamento, chiamato cromatidi gemelli, questi filamenti rimangono uniti attraverso una regione chiamata Centromero. In questa fase anche i nucleoli scompaiono.

Può servirti: cellule cromafiniche: caratteristiche, istologia, funzioni

Formazione del fuso mitotico

Di Silvia3 [GFDL (http: // www.gnu.Org/copyleft/fdl.HTML) o CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)], da Wikimedia Commons

Durante la prophase il fuso mitotico, costituito da microtubuli e proteine ​​che compongono un insieme di fibre si forma.

Man mano che si forma il mandrino, i microtubuli del citoscheletro (per disattivazione delle proteine ​​che mantengono la loro struttura) sono degradati, fornendo il materiale necessario per la formazione di detto mandrino mitotico.

I centri (un organello senza membrana, funzionali nel ciclo cellulare), duplicati nell'interfaccia, fungono da unità di assemblaggio dei microtubuli del mandrino. Nelle cellule animali, il centraggio ha al centro, una coppia di centrioli; Ma questi sono assenti nella maggior parte delle cellule vegetali.

Centri duplicati, iniziano a separarsi l'uno dall'altro mentre i microtubuli del mandrino sono assemblati in ciascuno di essi, iniziando a migrare alle estremità opposte della cellula.

Alla fine della prophase, inizia la rottura della confezione nucleare, che si verifica in processi separati: l'offage MAS del poro nucleare, della scheda nucleare e delle membrane nucleari. Questa pausa consente al mandrino mitotico e ai cromosomi di iniziare a interagire.

Promettere

Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

In questa fase, la busta nucleare è stata completamente frammentata, quindi i microtubuli del fuso invadono quest'area, interagendo con i cromosomi. I due centri si sono separati, ciascuno nei poli del fuso mitotico, negli estremi opposti delle cellule.

Ora, il mandrino mitotico include i microtubuli (che si estendono da ciascun centraggio al centro della cellula), i centri e una coppia di Osteres (strutture con distribuzione radiale di microtubuli corti, che sono distribuiti da ciascun centraggio).

I cromatidi sviluppati ciascuno, una struttura proteica specializzata, chiamata Cinetocoro, situata nel centromero. Questi Knetocoros si trovano in direzioni opposte e alcuni microtubuli sono aderiti, chiamati microtubuli di Cinnetocoro.

Questi microtubuli attaccati alla Cinetocoro iniziano a spostare il cromosoma dalla fine dei quali si estendono; alcuni da un palo e altri del polo opposto. Questo crea un effetto "pull and shrink" che quando si stabilizza, consente al cromosoma di terminare tra le estremità della cellula.

Metafase

Cromosomi allineati nella piastra equatoriale della cellula durante la metafase mitica

In metafase, i centri si trovano alle estremità opposte delle cellule. Il mandrino mostra una struttura chiara, nel cui centro si trovano i cromosomi. I centromeri di questi cromosomi sono fissati alle fibre e allineati su un piano immaginario chiamato placca metafasico.

I cipnetocoros cromatidi rimangono attaccati ai microtubuli del Cinetocoro. I microtubuli che non aderiscono ai Knetocoros ed estendono dai poli opposti del mandrino, ora interagiscono tra loro. A questo punto i microtubuli degli Ostere sono in contatto con la membrana plasmatica.

Questa crescita e interazione dei microtubuli, completa la struttura del mandrino mitotico e dà un aspetto "gabbia per uccelli".

Morfologicamente, questa fase è quella che appare meno cambiamenti, quindi è stata considerata una fase di riposo. Tuttavia, sebbene non siano facilmente apprezzabili, si verificano molti processi importanti, oltre ad essere lo stadio più lungo della mitosi.

Anafase

Fonte: Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)], da Wikimedia Commons

Durante l'anafase, ogni coppia di cromatidi inizia a separarsi (per inattivazione delle proteine ​​che le tengono insieme). I cromosomi separati si muovono verso le estremità opposte della cellula.

Questo movimento di migrazione è dovuto al fatto che i microtubuli del Catocoro de Ascortan, generando un effetto "pull" che fa muovere ogni cromosoma, dal suo centromero. A seconda della posizione del centromero nel cromosoma, può prendere durante il suo spostamento una forma particolare come V o J.

I microtubuli non hanno aderito al Knetocoro, crescono e allungati mediante adesione di tubulina (proteina) e dall'azione delle proteine ​​motorie che si muovono su di loro, permettendo al contatto tra loro di fermare. Mentre si allontanano l'uno dall'altro, anche i pali del mandrino lo fanno, allungando la cellula.

Alla fine di questa fase, i gruppi di cromosomi si trovano alle estremità opposte del fuso mitotico, quindi ogni estremità della cellula è con un insieme completo ed equivalente di cromosomi.

Telofase

Telofase. Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

La telofase è l'ultima fase della divisione nucleare. I microtubuli di cinetocoro si disintegrano mentre i microtubuli polari sono ulteriormente allungati.

La membrana nucleare inizia a formarsi attorno a ciascun gioco cromosomi, usando gli impacchi nucleari della cellula madre, che erano come le vescicole di citoplasma.

In questa fase, i cromosomi che si trovano nei poli cellulari sono completamente scoraggiati a causa della defosforilazione delle molecole di istone (H1). La formazione degli elementi della membrana nucleare è diretta da diversi meccanismi.

Durante l'anafase, molte delle proteine ​​fosforilate hanno iniziato a essere defosforilate nella proporta. Ciò consente all'inizio della telofase, le vescicole nucleari iniziano a riassemblare, associate alla superficie dei cromosomi.

Può servirti: condrociti: caratteristiche, istologia, funzioni, coltivazione

D'altra parte, il poro nucleare è reassembla consentendo il pompaggio delle proteine ​​nucleari. Le proteine ​​della lamina nucleare sono defosforilate, permettendo loro di essere nuovamente associate, per completare la formazione di detta lamina nucleare.

Infine, dopo che i cromosomi sono completamente scoraggiati, la sintesi dell'RNA viene riavviata, formando nuovamente il nucleolo e completando così la formazione dei nuovi nuclei di interfaccia delle cellule figlie.

Citochinesi

La citocinesi è presa come un evento separato dalla divisione nucleare e comunemente nelle cellule tipiche, il processo di divisione citoplasmatica accompagna ogni mieitosi, a partire dall'anafase. Diversi studi hanno dimostrato che in alcuni embrioni si verificano più divisioni nucleari prima della divisione citoplasmatica.

Il processo inizia con l'apparizione di una scanalatura o una fessura contrassegnata nel piano della placca metafasica, garantendo che la divisione si verifichi tra i gruppi cromosomi. Il luogo della fessura è indicato in particolare dal mandrino mitotico, i microtubuli degli Ásteri.

Nella marca fessura ci sono una serie di microfilamenti che formano un anello diretto sul lato citoplasmatico della membrana cellulare, in gran parte composta da actina e miosina. Queste proteine ​​interagiscono tra loro consentendo la contrazione dell'anello attorno alla scanalatura.

Questa contrazione è generata dallo scorrimento dei filamenti di queste proteine, quando si interagiscono tra loro, allo stesso modo in cui lo fanno ad esempio nei tessuti muscolari.

La contrazione dell'anello viene approfondita esercitando un effetto "pizzicante" che alla fine divide la cellula genitore, consentendo la separazione delle cellule figlie, con il suo contenuto citoplasmatico in sviluppo.

Citocinesi nelle cellule vegetali

Le cellule vegetali hanno una parete cellulare, quindi il loro processo di divisione citoplasmatica è diverso da quello descritto in precedenza e inizia in telofase.

La formazione di una nuova parete cellulare inizia a assemblare i microtubuli del mandrino residuo, che costituisce il framoplasto. Questa struttura cilindrica è formata da due giochi di microtubuli che si collegano alle sue estremità e i cui poli positivi sono incorporati in una placca elettronica nel piano equatoriale.

Piccole vescicole dall'apparato del Golgi, piene di precursori della parete cellulare, si muovono attraverso i microtubuli del framoplasto nella regione equatoriale, combinando per formare una placca cellulare. Il contenuto delle vescicole è separato su questa piastra man mano che cresce.

Questo piatto cresce, fondendo con la membrana plasmatica lungo il perimetro cellulare. Ciò si verifica a causa della costante riorganizzazione dei microtubuli del framoplasto nella periferia della piastra, consentendo a più vescicole di spostarsi verso questo piano e svuotare il suo contenuto.

In questo modo si verifica la separazione citoplasmatica delle cellule figlie. Infine, il contenuto della piastra cellulare accanto alle microfibre di cellulosa al suo interno, consente di completare la formazione della nuova parete cellulare.

Funzioni

La mitosi è un meccanismo di divisione nelle cellule ed fa parte di una delle fasi del ciclo cellulare negli eucarioti. In un modo semplice, possiamo dire che la funzione principale di questo processo è la riproduzione di una cellula in due cellule figlie.

Per gli organismi unicellulari, divisione cellulare indica la generazione di nuovi individui, mentre per gli organismi multicellulari questo processo fa parte della crescita e del corretto funzionamento del corpo completo (la divisione cellulare genera lo sviluppo dei tessuti e il mantenimento delle strutture).

Il processo di mitosi è attivato in base ai requisiti dell'organismo. Nei mammiferi, ad esempio, i globuli rossi (eritrociti) iniziano a dividere più cellule, quando il corpo ha bisogno di una migliore cattura di ossigeno. Allo stesso modo, i globuli bianchi (leucociti) si riproducono quando è necessario combattere un'infezione.

Al contrario, alcune cellule animali specializzate, praticamente mancano del processo di mitosi o sono molto lente. Esempio di questo sono cellule nervose e cellule muscolari).

In generale, sono cellule che fanno parte del tessuto connettivo e strutturale dell'organismo e la cui riproduzione è necessaria solo quando una cellula ha un certo difetto o deterioramento e deve essere sostituita.

Regolazione della crescita e divisione cellulare.

Il sistema di crescita cellulare e divisione cellulare è molto più complesso negli organismi multicellulari che nell'unicellulare. In quest'ultimo caso, la riproduzione è sostanzialmente limitata dalla disponibilità di risorse.

Nelle cellule animali, la divisione è detenuta fino a quando non esiste un segnale positivo che attiva questo processo. Questa attivazione si presenta sotto forma di segnali chimici dalle cellule vicine. Ciò consente di prevenire una crescita illimitata dei tessuti e la riproduzione di cellule difettose, che possono gravemente danneggiare la vita dell'organismo.

Può servirti: membrana basale: caratteristiche, struttura e funzioni

Uno dei meccanismi che controllano la moltiplicazione cellulare è l'apoptosi, in cui una cellula muore (a causa della produzione di alcune proteine ​​che attivano l'autodistruzione) se ha un danno considerevole o è infettata da un virus.

C'è anche la regolazione dello sviluppo cellulare attraverso l'inibizione dei fattori di crescita (come la proteina). Pertanto le celle rimangono nell'interfaccia, senza procedere alla fase M del ciclo cellulare.

Organismi che lo eseguono

Il processo di mitosi viene effettuato nella stragrande maggioranza delle cellule eucariotiche, da organismi unicellulari come il lievito, che lo usano come processo di riproduzione asessuato, a organismi multicellulari complessi come piante e animali e animali.

Sebbene in generale, il ciclo cellulare è lo stesso per tutte le cellule eucariotiche, ci sono notevoli differenze tra organismi unicellulari e multicellulari. Nel primo, la crescita e la divisione delle cellule sono favorite dalla selezione naturale. Negli organismi multicellulari, la proliferazione è limitata da severi meccanismi di controllo.

In organismi unicellulari la riproduzione avviene accelerata, poiché il ciclo cellulare opera costantemente e le cellule figlie si imbarcano rapidamente verso la myitosi per continuare con quel ciclo. Mentre le cellule degli organismi multicellulari richiedono molto più tempo per crescere e dividere.

Ci sono anche alcune differenze tra i processi mitotici delle cellule vegetali e animali, come in alcune fasi di questo processo, tuttavia, in linea di principio, il meccanismo opera in modo simile in questi organismi.

Divisione cellulare nelle cellule procariotiche

Cellula procariota

In generale, le cellule procariotiche crescono e sono divise a un ritmo più veloce delle cellule eucariotiche.

Gli organismi con cellule procariotiche (solitamente unicellulari o in alcuni casi multicellulari) mancano di una membrana nucleare che isola il materiale genetico all'interno di un nucleo, quindi è disperso nella cellula, in un'area chiamata nucleoide. Queste cellule hanno un cromosoma circolare principale.

La divisione cellulare in questi organismi è quindi molto più diretta che nelle cellule eucariotiche, privo del meccanismo descritto (mitosi). In essi, la riproduzione viene effettuata da un processo chiamato fissione binaria, in cui la replicazione del DNA inizia in uno specifico sito cromosomico circolare (origine della replica o della replicazione).

Si formano due origini che migrano sui lati opposti della cellula mentre si verifica la replicazione e la cellula si estende fino a raggiungere il doppio delle dimensioni. Alla fine della replicazione, la membrana cellulare cresce nel citoplasma, dividendo la cellula progenitrice in due figlie con lo stesso materiale genetico.

Evoluzione della mitosi

L'evoluzione delle cellule eucariotiche ha portato con sé l'aumento della complessità nel genoma. Ciò implicava lo sviluppo di meccanismi di divisione più elaborati.

Ciò che ha preceduto la mitosi?

Ci sono ipotesi che propongono che la divisione batterica sia il meccanismo predecessore della mitosi. È stata trovata una certa relazione tra le proteine ​​associate alla fissione binaria (che possono essere quelle che ancoreranno i cromosomi a siti specifici della membrana plasmatica delle figlie) con la tubulina e l'actina delle cellule eucariotiche.

Alcuni studi indicano alcune peculiarità nella divisione dei moderni protisti unicellulari. In esse la membrana nucleare rimane intatta durante la mitosi. I cromosomi replicati rimangono ancorati a determinati siti di questa membrana, separandosi quando il nucleo inizia ad allungarsi durante la divisione cellulare.

Ciò mostra una certa coincidenza con il processo di fissione binaria, in cui i cromosomi replicati sono fissati in determinati luoghi della membrana cellulare. L'ipotesi propone quindi che i protisti che presentano questa qualità durante la loro divisione cellulare avrebbero potuto mantenere questa caratteristica di una cellula cellulare ancestrale.

Al momento non sono state ancora sviluppate spiegazioni sul perché le cellule eucariotiche degli organismi multicellulari non siano ancora state sviluppate, è necessario che la membrana nucleare si disintegra.

Riferimenti

1. Albarracín, a., & Telulón, a. A. (1993). Teoria cellulare nel diciannovesimo secolo. Edizioni Akal.
2. Alberts, b., Johnson, a., Lewis, J., Raff, m., Roberth, k., & Walter, P. (2008). Biologia della cellula molecolare. Garland Science, Taylor e Francis Group.
3. Campbell, n., & Reece, J. (2005). Biologia 7^th Edizione, ap.
4. Griffiths, a. J., Lewontin, r. C., Miller, J. H., & Suzuki, D. T. (1992). Introduzione all'analisi genetica. McGraw-Hill Inter-American.
5. Karp, g. (2009). Biologia cellulare e molecolare: concetti ed esperimenti. John Wiley & Sons.
6. Lodish, h., Darnell, J. E., Berk, a., Kaiser, c. A., Krieger, m., Scott, m. P., & Matsudaira, P. (2008). Biologia cellulare mollecolare. Macmillan.
7. Segura-Valdez, m. D. L., Cruz-Gómez, s. D. J., López-Cruz, r., Zavala, g., & Jiménez-García, L. F. (2008). Visualizzazione della mitosi con il microscopio a forza atomica. Mancia. Rivista specializzata in scienze chimiche-biologiche, 11 (2), 87-90.