Các giai đoạn huyền thoại và đặc điểm, chức năng và sinh vật của chúng



các nguyên phân đó là một quá trình phân chia tế bào, trong đó một tế bào tạo ra các tế bào con giống hệt nhau về mặt di truyền; đối với mỗi tế bào, hai "con gái" có cùng điện tích nhiễm sắc thể được tạo ra. Sự phân chia này diễn ra trong các tế bào soma của sinh vật nhân chuẩn.

Quá trình này là một trong những giai đoạn của chu kỳ tế bào của sinh vật nhân thực, bao gồm 4 giai đoạn: S (tổng hợp DNA), M (phân chia tế bào), G1 và G2 (giai đoạn trung gian nơi sản xuất mRNA và protein) . Cùng nhau, các pha G1, G2 và S, được coi là một giao diện. Sự phân chia hạt nhân và tế bào chất (nguyên phân và nguyên bào) tạo nên giai đoạn cuối của chu kỳ tế bào.

Ở cấp độ phân tử, nguyên phân được bắt đầu bằng cách kích hoạt một kinase (protein) được gọi là MPF (Yếu tố thúc đẩy trưởng thành) và hệ số phosphoryl hóa của một số lượng đáng kể các thành phần protein của tế bào. Cái sau cho phép tế bào trình bày những thay đổi hình thái cần thiết để thực hiện quá trình phân chia.

Nguyên phân là một quá trình vô tính, vì tế bào tiền thân và con gái của nó có cùng thông tin di truyền. Những tế bào này được gọi là lưỡng bội vì chúng mang điện tích nhiễm sắc thể hoàn chỉnh (2n).

Meiosis, mặt khác, là quá trình phân chia tế bào dẫn đến sinh sản hữu tính. Trong quá trình này, một tế bào gốc lưỡng bội sao chép nhiễm sắc thể của nó và sau đó phân chia hai lần liên tiếp (mà không sao chép thông tin di truyền của nó). Cuối cùng, 4 tế bào con được tạo ra chỉ bằng một nửa điện tích nhiễm sắc thể, được gọi là đơn bội (n).

Chỉ số

  • 1 Tổng quát về nguyên phân.
  • 2 Sự liên quan của quá trình này là gì?
  • 3 giai đoạn và đặc điểm của chúng
    • 3,1
    • 3.2 Prometaphase
    • 3.3 Metaphase
    • 3,4 Phản vệ
    • 3.5 Telophase
    • 3.6 Cytokinesis
    • 3.7 Cytokinesis trong tế bào thực vật
  • 4 chức năng
  • 5 Quy định tăng trưởng và phân chia tế bào.
  • 6 tổ chức thực hiện nó
  • 7 Phân chia tế bào trong tế bào nhân sơ
  • 8 Sự tiến hóa của nguyên phân.
    • 8.1 Nguyên nhân giảm thiểu trước?
  • 9 Tài liệu tham khảo

Tổng quát về nguyên phân

Nguyên phân ở sinh vật đơn bào thường tạo ra các tế bào con rất giống với tổ tiên của chúng. Ngược lại, trong quá trình phát triển của các sinh vật đa bào, quá trình này có thể tạo ra hai tế bào với một số đặc điểm khác nhau (mặc dù giống hệt nhau về mặt di truyền).

Sự biệt hóa tế bào này làm phát sinh các loại tế bào khác nhau tạo nên các sinh vật đa bào.

Trong vòng đời của một sinh vật, chu kỳ tế bào xảy ra liên tục, liên tục hình thành các tế bào mới, lần lượt phát triển và chuẩn bị phân chia thông qua nguyên phân..

Tăng trưởng và phân chia tế bào được điều chỉnh bởi các cơ chế, chẳng hạn như apoptosis (chết tế bào theo chương trình), cho phép duy trì sự cân bằng, ngăn chặn sự phát triển quá mức của các mô. Theo cách này, đảm bảo rằng các tế bào bị lỗi được thay thế bằng các tế bào mới, theo yêu cầu và nhu cầu của sinh vật.

Sự liên quan của quá trình này là gì?

Khả năng sinh sản là một trong những đặc điểm quan trọng nhất của tất cả các sinh vật (từ đơn bào đến đa bào) và các tế bào tạo ra nó. Chất lượng này cho phép bạn đảm bảo tính liên tục của thông tin di truyền của bạn.

Sự hiểu biết về các quá trình nguyên phân và giảm phân đã đóng một vai trò cơ bản trong việc tìm hiểu các đặc điểm tế bào hấp dẫn của các sinh vật. Ví dụ, tính chất giữ số lượng nhiễm sắc thể không đổi từ tế bào này sang tế bào khác trong một cá thể và giữa các cá thể cùng loài.

Khi chúng ta chịu một số loại vết cắt hoặc vết thương trên da, chúng ta quan sát làm thế nào trong vài ngày da bị tổn thương phục hồi. Điều này xảy ra nhờ quá trình nguyên phân..

Các giai đoạn và đặc điểm của chúng

Nói chung, nguyên phân theo cùng một chuỗi các quá trình (giai đoạn) trong tất cả các tế bào nhân chuẩn. Trong các giai đoạn này, nhiều thay đổi hình thái xảy ra trong tế bào. Trong số đó có sự ngưng tụ của nhiễm sắc thể, vỡ màng nhân, tách tế bào khỏi ma trận ngoại bào và từ các tế bào khác, và sự phân chia của tế bào chất.

Trong một số trường hợp, phân chia hạt nhân và phân chia tế bào chất được coi là các giai đoạn riêng biệt (nguyên phân và nguyên bào tương ứng).

Để nghiên cứu và hiểu rõ hơn về quá trình, sáu (6) giai đoạn đã được chỉ định, được gọi là: tiên tri, prometaphase, metaphase, anaphase và telophase, cytokinesis được coi là giai đoạn thứ sáu, bắt đầu phát triển trong quá trình phản vệ..

Các pha này đã được nghiên cứu từ thế kỷ XIX qua kính hiển vi ánh sáng, do đó ngày nay chúng có thể dễ dàng nhận ra theo các đặc điểm hình thái của tế bào, như ngưng tụ nhiễm sắc thể và hình thành trục chính phân bào..

Hồ sơ

Lời tiên tri là biểu hiện hữu hình đầu tiên của sự phân chia tế bào. Trong giai đoạn này, bạn có thể thấy sự xuất hiện của nhiễm sắc thể là các dạng có thể phân biệt được, do sự nén chặt dần của nhiễm sắc. Sự ngưng tụ của nhiễm sắc thể này bắt đầu bằng sự phosphoryl hóa các phân tử histone H1 bởi MPF kinase.

Quá trình ngưng tụ bao gồm sự co lại và do đó làm giảm độ lớn của nhiễm sắc thể. Điều này xảy ra do sự cuộn dây của các sợi nhiễm sắc, tạo ra các cấu trúc dễ di chuyển hơn (nhiễm sắc thể phân bào).

Nhiễm sắc thể trước đây được nhân đôi trong giai đoạn S của chu kỳ tế bào, có được hình dạng sợi đôi, được gọi là nhiễm sắc thể chị em, cho biết các sợi được tổ chức với nhau thông qua một khu vực gọi là centromere. Trong giai đoạn này cũng là nucleoli biến mất.

Sự hình thành của trục chính phân bào

Trong thời gian tiên tri, trục chính phân bào được hình thành, bao gồm các vi ống và protein tạo nên một tập hợp các sợi.

Khi trục chính được hình thành, các vi ống của tế bào học bị phá hủy (bằng cách vô hiệu hóa các protein duy trì cấu trúc của chúng), cung cấp nguyên liệu cần thiết cho sự hình thành của trục chính phân bào nói trên.

Các centrosome (một cơ quan không có màng, hoạt động trong chu trình tế bào), được nhân đôi tại giao diện, đóng vai trò là đơn vị lắp ráp của các vi ống trục chính. Trong các tế bào động vật, trung tâm có một cặp ly tâm ở trung tâm; nhưng chúng không có ở hầu hết các tế bào thực vật.

Các trung tâm nhân đôi bắt đầu tách ra khỏi nhau trong khi các vi ống của trục chính được lắp ráp trong mỗi chúng, bắt đầu di chuyển về phía đầu đối diện của tế bào.

Vào cuối lời tiên tri, sự vỡ của lớp vỏ hạt nhân bắt đầu, xảy ra trong các quá trình riêng biệt: sự phân tách lỗ rỗng hạt nhân, lamina hạt nhân và màng nhân. Sự phá vỡ này cho phép trục chính phân bào và nhiễm sắc thể bắt đầu tương tác.

Prometaphase

Trong giai đoạn này, lớp vỏ hạt nhân đã bị phân mảnh hoàn toàn, do đó các vi ống trục chính xâm chiếm khu vực này, tương tác với các nhiễm sắc thể. Hai trung tâm đã tách ra, mỗi cái nằm ở hai cực của trục chính phân bào, ở hai đầu đối diện của các tế bào.

Bây giờ, trục chính phân bào bao gồm các vi ống (kéo dài từ mỗi trung tâm đến trung tâm của tế bào), các trung tâm và một cặp asters (cấu trúc với sự phân bố xuyên tâm của các vi ống ngắn, mở ra từ mỗi trung tâm).

Các chromatids đã phát triển từng loại, một cấu trúc protein chuyên biệt, được gọi là kinetochore, nằm ở tâm động. Những kinetochore này nằm ở hai hướng ngược nhau và một số vi ống, được gọi là microtubules kinetochore, tuân thủ chúng..

Những vi ống này gắn vào kinetochore bắt đầu di chuyển đến nhiễm sắc thể từ cuối chúng kéo dài; một số từ một cực và những người khác từ cực đối diện. Điều này tạo ra hiệu ứng "kéo và thu nhỏ", khi được ổn định, cho phép nhiễm sắc thể kết thúc giữa hai đầu của tế bào.

Metaphase

Trong metaphase, các trung tâm được đặt ở hai đầu đối diện của các tế bào. Trục chính cho thấy một cấu trúc rõ ràng, ở trung tâm của các nhiễm sắc thể được đặt. Các tâm động của nhiễm sắc thể nói được cố định vào các sợi và được xếp thẳng hàng trong một mặt phẳng tưởng tượng gọi là tấm metaphase.

Các kinetochore của các chromatids vẫn được gắn vào các vi ống kinetochore. Các vi ống không bám vào kinetochores và mở rộng từ các cực đối diện của trục chính, bây giờ tương tác với nhau. Tại thời điểm này, các vi ống từ các asters tiếp xúc với màng plasma.

Sự tăng trưởng và tương tác của các vi ống này, hoàn thành cấu trúc của trục chính phân bào và tạo cho nó một hình dạng "lồng chim"..

Về mặt hình thái, giai đoạn này là giai đoạn xuất hiện ít thay đổi hơn, do đó, nó được coi là giai đoạn nghỉ ngơi. Tuy nhiên, mặc dù chúng không dễ nhận thấy, nhiều quá trình quan trọng xảy ra trong đó, cũng như là giai đoạn nguyên phân dài nhất..

Phản vệ

Trong quá trình phản vệ, mỗi cặp nhiễm sắc thể bắt đầu tách ra (bằng cách làm bất hoạt các protein giữ chúng lại với nhau). Các nhiễm sắc thể phân tách di chuyển đến các đầu đối diện của tế bào.

Sự di chuyển này là do sự rút ngắn của các vi ống kinetochore, tạo ra hiệu ứng "kéo" làm cho mỗi nhiễm sắc thể di chuyển từ tâm động của nó. Tùy thuộc vào vị trí của tâm động trên nhiễm sắc thể, nó có thể có dạng đặc biệt là V hoặc J trong quá trình dịch chuyển của nó..

Các vi ống không được gắn vào kinetochore, phát triển và kéo dài do sự kết dính của tubulin (protein) và do tác động của các protein vận động di chuyển trên chúng, cho phép tiếp xúc giữa chúng dừng lại. Khi chúng di chuyển ra xa nhau, các cực của trục chính cũng làm như vậy, kéo dài tế bào.

Vào cuối giai đoạn này, các nhóm nhiễm sắc thể được đặt ở hai đầu đối diện của trục chính phân bào, sao cho mỗi đầu của tế bào vẫn giữ một bộ nhiễm sắc thể hoàn chỉnh và tương đương..

Telophase

Telophase là giai đoạn cuối của bộ phận hạt nhân. Các vi ống kinetochore tan rã trong khi các vi ống cực kéo dài hơn nữa.

Màng nhân bắt đầu hình thành xung quanh mỗi bộ nhiễm sắc thể, sử dụng các vỏ bọc hạt nhân của tế bào tiền thân, giống như các túi trong tế bào chất.

Trong giai đoạn này, các nhiễm sắc thể ở trong các cực của tế bào, hoàn toàn được giải mã do sự khử phospho của các phân tử histone (H1). Sự hình thành các yếu tố của màng nhân được định hướng bởi một số cơ chế.

Trong quá trình phản vệ, nhiều protein phosphoryl hóa trong lời tiên tri đã bị khử phospho hóa. Điều này cho phép khi bắt đầu telophase, các túi hạt nhân bắt đầu tập hợp lại, liên kết với bề mặt của nhiễm sắc thể.

Mặt khác, lỗ chân lông hạt nhân được lắp ráp lại cho phép bơm protein hạt nhân. Các protein của lamina hạt nhân bị khử phospho hóa, cho phép chúng liên kết lại, để hoàn thành sự hình thành của lamina hạt nhân nói trên.

Cuối cùng, sau khi các nhiễm sắc thể được giải mã hoàn toàn, quá trình tổng hợp RNA được tái tạo, hình thành lại nucleoli và hoàn thành sự hình thành các hạt nhân xen kẽ mới của các tế bào con.

Cytokinesis

Cytokinesis được coi là một sự kiện tách biệt với phân chia hạt nhân và thông thường trong các tế bào điển hình, quá trình phân chia tế bào chất đi kèm với mỗi nguyên phân, bắt đầu trong phản vệ. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong một số phôi, nhiều phân chia hạt nhân xảy ra trước khi phân chia tế bào chất.

Quá trình bắt đầu với sự xuất hiện của một rãnh hoặc rãnh được đánh dấu trong mặt phẳng của tấm metaphase, đảm bảo rằng sự phân chia xảy ra giữa các nhóm nhiễm sắc thể. Vị trí của khe hở được chỉ định bởi trục chính phân bào, cụ thể là các vi ống của asters.

Trong khe được đánh dấu là một loạt các vi chất tạo thành một vòng hướng về phía tế bào chất của màng tế bào, bao gồm phần lớn là Actin và myosin. Các protein này tương tác với nhau cho phép sự co lại của vòng quanh rãnh.

Sự co lại này được tạo ra bởi sự trượt của các sợi của các protein này, khi tương tác với nhau, giống như cách chúng làm trong các mô cơ.

Sự co lại của vòng được làm sâu sắc hơn bằng cách tạo ra hiệu ứng "kẹp" cuối cùng phân chia tế bào tiền thân, cho phép tách các tế bào con, với nội dung tế bào chất đang phát triển của chúng.

Cytokinesis trong tế bào thực vật

Tế bào thực vật có thành tế bào, vì vậy quá trình phân chia tế bào chất của chúng khác với quá trình mô tả trước đây và bắt đầu trong telophase.

Sự hình thành của một thành tế bào mới bắt đầu khi các vi ống của trục chính còn lại được lắp ráp, tạo thành màng tế bào. Cấu trúc hình trụ này được hình thành bởi hai bộ vi ống được nối ở hai đầu và các cực dương của chúng được nhúng vào một tấm điện tử trong mặt phẳng xích đạo.

Các túi nhỏ từ bộ máy Golgi, được hoàn thiện với các tiền chất của thành tế bào, di chuyển qua các vi ống của màng tế bào đến vùng xích đạo, kết hợp để tạo thành một tấm tế bào. Nội dung của các túi được tách riêng trong tấm này khi nó phát triển.

Nói tấm phát triển, hợp nhất với màng plasma dọc theo chu vi tế bào. Điều này xảy ra do sự sắp xếp lại liên tục của các vi ống của màng tế bào ở ngoại vi của tấm, cho phép nhiều túi hơn di chuyển về phía mặt phẳng này và làm trống nội dung của chúng.

Theo cách này, sự phân tách tế bào chất của tế bào con xảy ra. Cuối cùng, nội dung của tấm tế bào cùng với các vi sợi cellulose bên trong nó, cho phép hoàn thành sự hình thành của thành tế bào mới.

Chức năng

Nguyên phân là một cơ chế phân chia trong các tế bào và là một phần của một trong các giai đoạn của chu kỳ tế bào ở sinh vật nhân chuẩn. Nói một cách đơn giản, chúng ta có thể nói rằng chức năng chính của quá trình này là tái tạo một tế bào trong hai tế bào con.

Đối với sinh vật đơn bào, phân chia tế bào có nghĩa là tạo ra các cá thể mới, trong khi đối với các sinh vật đa bào, quá trình này là một phần của sự tăng trưởng và hoạt động đúng đắn của toàn bộ sinh vật (phân chia tế bào tạo ra sự phát triển mô và duy trì cấu trúc).

Quá trình nguyên phân được kích hoạt theo yêu cầu của sinh vật. Ở động vật có vú, ví dụ, các tế bào hồng cầu (hồng cầu) bắt đầu phân chia hình thành nhiều tế bào hơn, khi cơ thể cần một sự hấp thụ oxy tốt hơn. Tương tự như vậy, các tế bào bạch cầu (bạch cầu) sinh sản khi cần thiết để chống lại nhiễm trùng.

Ngược lại, một số tế bào động vật chuyên biệt, thực tế thiếu quá trình nguyên phân hoặc rất chậm. Một ví dụ về điều này là các tế bào thần kinh và tế bào cơ).

Nói chung, chúng là những tế bào là một phần của mô liên kết và cấu trúc của sinh vật và chỉ cần sinh sản khi một số tế bào có một số khiếm khuyết hoặc suy giảm và cần phải được thay thế.

Điều tiết tăng trưởng và phân chia tế bào.

Hệ thống kiểm soát sự tăng trưởng và phân chia tế bào phức tạp hơn nhiều ở các sinh vật đa bào so với các sinh vật đơn bào. Về sau, sinh sản về cơ bản bị hạn chế bởi nguồn tài nguyên sẵn có.

Trong các tế bào động vật, sự phân chia bị dừng lại cho đến khi có tín hiệu tích cực kích hoạt quá trình này. Sự kích hoạt này đến dưới dạng tín hiệu hóa học từ các tế bào lân cận. Điều này cho phép ngăn chặn sự phát triển không giới hạn của các mô và sự sinh sản của các tế bào khiếm khuyết, có thể gây tổn hại nghiêm trọng đến sự sống của sinh vật.

Một trong những cơ chế kiểm soát sự nhân lên của tế bào là apoptosis, trong đó một tế bào chết (do sản xuất một số protein kích hoạt sự tự hủy) nếu nó gây ra thiệt hại đáng kể hoặc bị nhiễm virus.

Ngoài ra còn có quy định phát triển tế bào thông qua việc ức chế các yếu tố tăng trưởng (như protein). Do đó, các ô vẫn ở trong giao diện mà không chuyển sang pha M của chu kỳ tế bào.

Các sinh vật mang nó ra

Quá trình nguyên phân được thực hiện ở phần lớn các tế bào nhân chuẩn, từ các sinh vật đơn bào như nấm men, sử dụng nó như một quá trình sinh sản vô tính, đến các sinh vật đa bào phức tạp như thực vật và động vật.

Mặc dù nói chung, chu kỳ tế bào là giống nhau cho tất cả các tế bào nhân chuẩn, nhưng có sự khác biệt đáng chú ý giữa các sinh vật đơn bào và đa bào. Trước đây, sự tăng trưởng và phân chia của các tế bào được ưa chuộng bởi chọn lọc tự nhiên. Ở các sinh vật đa bào, sự tăng sinh bị hạn chế bởi các cơ chế kiểm soát chặt chẽ.

Ở sinh vật đơn bào sinh sản xảy ra theo cách tăng tốc, vì chu trình tế bào hoạt động liên tục và các tế bào con bắt đầu nhanh chóng hướng tới nguyên phân để tiếp tục với chu kỳ này. Trong khi các tế bào của các sinh vật đa bào mất nhiều thời gian hơn để phát triển và phân chia.

Cũng có một số khác biệt giữa các quá trình phân bào của tế bào thực vật và động vật, vì trong một số giai đoạn của quá trình này, tuy nhiên, về nguyên tắc, cơ chế hoạt động theo cách tương tự ở các sinh vật này.

Sự phân chia tế bào trong tế bào nhân sơ

Nói chung, các tế bào nhân sơ phát triển và phân chia với tốc độ nhanh hơn các tế bào nhân chuẩn.

Các sinh vật có tế bào nhân sơ (thường là đơn bào hoặc trong một số trường hợp đa bào) thiếu màng nhân phân lập vật liệu di truyền bên trong nhân, do đó nó được phân tán trong tế bào, trong một khu vực gọi là nucleoid. Những tế bào này có nhiễm sắc thể chính tròn.

Sự phân chia tế bào trong các sinh vật này sau đó trực tiếp hơn nhiều so với các tế bào nhân chuẩn, thiếu cơ chế mô tả (nguyên phân). Trong đó sinh sản được thực hiện bởi một quá trình gọi là phân hạch nhị phân, trong đó quá trình sao chép DNA bắt đầu tại một vị trí cụ thể của nhiễm sắc thể tròn (nguồn gốc của sao chép hoặc OriC).

Hai nguồn gốc sau đó được hình thành di chuyển sang các mặt đối diện của tế bào khi sự sao chép xảy ra và tế bào kéo dài gấp đôi kích thước của nó. Vào cuối quá trình sao chép, màng tế bào phát triển thành tế bào chất, phân chia tế bào tiền thân thành hai con gái có cùng vật liệu di truyền.

Sự tiến hóa của nguyên phân

Sự phát triển của các tế bào nhân chuẩn, mang theo sự gia tăng độ phức tạp trong bộ gen. Điều này liên quan đến sự phát triển của các cơ chế phân chia công phu hơn.

Nguyên nhân giảm thiểu trước?

Có giả thuyết cho rằng sự phân chia vi khuẩn là cơ chế giảm thiểu tiền thân. Một mối quan hệ đã được tìm thấy giữa các protein liên quan đến phân hạch nhị phân (có thể là các protein neo nhiễm sắc thể vào các vị trí cụ thể của màng plasma của con gái) với tubulin và actin của các tế bào nhân chuẩn.

Một số nghiên cứu chỉ ra những đặc thù nhất định trong việc phân chia các sinh vật đơn bào hiện đại. Trong đó, màng nhân vẫn còn nguyên trong quá trình nguyên phân. Các nhiễm sắc thể được sao chép vẫn được neo vào các vị trí nhất định của màng này, tách ra khi nhân bắt đầu căng trong quá trình phân chia tế bào.

Điều này cho thấy một số sự trùng hợp với quá trình phân hạch nhị phân, trong đó các nhiễm sắc thể được sao chép gắn vào một số vị trí nhất định trên màng tế bào. Giả thuyết sau đó nêu rõ rằng những người bảo vệ thể hiện phẩm chất này trong quá trình phân chia tế bào của họ, có thể đã duy trì đặc tính này của một tế bào tổ tiên thuộc loại prokaryotic.

Hiện tại, các giải thích vẫn chưa được phát triển tại sao trong các tế bào nhân chuẩn của các sinh vật đa bào, màng tế bào hạt nhân cần phải phân rã trong quá trình phân chia tế bào.

Tài liệu tham khảo

  1. Albarracín, A., & Telulón, A. A. (1993). Lý thuyết tế bào trong thế kỷ XIX. Phiên bản AKAL.
  2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Sinh học phân tử của tế bào. Tập đoàn khoa học, Taylor và Francis.
  3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Sinh học 7thứ phiên bản, AP.
  4. Griffiths, A.J., Lewstop, R.C., Miller, J.H., & Suzuki, D.T. (1992). Giới thiệu về phân tích di truyền. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Karp, G. (2009). Sinh học tế bào và phân tử: khái niệm và thí nghiệm. John Wiley & Sons.
  6. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P., & Matsudaira, P. (2008). Sinh học tế bào phân tử. Máy xay sinh tố.
  7. Segura-Valdez, M. D. L., Cruz-Gómez, S. D. J., López-Cruz, R., Zavala, G., & Jiménez-García, L F. Hình dung của nguyên phân với kính hiển vi lực nguyên tử. MIPO Tạp chí chuyên ngành khoa học sinh học, 11 (2), 87-90.