Celledeling - Cell division

For ikke at forveksle med celledifferentiering .
Celledeling i prokaryoter (binær fission) og eukaryoter (mitose og meiose)

Celledeling er den proces, hvorved en forælder -celle deler i to eller flere datterceller. Celledeling sker normalt som en del af en større cellecyklus . I eukaryoter er der to forskellige typer celledeling; en vegetativ division, hvorved hver dattercelle er genetisk identisk med forældercellen ( mitose ), og en reproduktiv celledeling, hvorved antallet af kromosomer i dattercellerne reduceres til det halve for at producere haploide kønsceller ( meiose ). I cellebiologi er mitose ( / maɪˈtoʊsɪs / ) en del af cellecyklussen , hvor replikerede kromosomer adskilles i to nye kerner. Celledeling giver anledning til genetisk identiske celler, hvor det samlede antal kromosomer opretholdes. Generelt foregår mitose (deling af kernen) af S -fasen i interfasen (under hvilken DNA'et replikeres) og efterfølges ofte af telofase og cytokinesis ; som deler cytoplasma , organeller og cellemembran i en celle i to nye celler indeholdende nogenlunde lige store andele af disse cellulære komponenter. De forskellige faser af Mitosis definerer alle sammen den mitotiske ( M ) fase af en dyrecellecyklus - opdelingen af ​​modercellen i to genetisk identiske datterceller. Meiose resulterer i fire haploide datterceller ved at gennemgå en runde med DNA -replikation efterfulgt af to divisioner. Homologe kromosomer adskilles i første division, og søsterkromatider adskilles i anden division. Begge disse celledelingscyklusser bruges i processen med seksuel reproduktion på et eller andet tidspunkt i deres livscyklus. Begge menes at være til stede i den sidste eukaryote fælles forfader.

Prokaryoter ( bakterier og archaea ) gennemgår normalt en vegetativ celledeling kendt som binær fission , hvor deres genetiske materiale er opdelt ligeligt i to datterceller. Selvom binær fission kan være middel til deling med de fleste prokaryoter, er der observeret alternative opdelingsmanier, såsom spirende . Alle celledelinger, uanset organisme, går forud for en enkelt runde med DNA -replikation .

For simple encellede mikroorganismer som amøben svarer én celledeling til reproduktion - en helt ny organisme skabes. I større skala kan mitotisk celledeling skabe afkom fra flercellede organismer, såsom planter, der vokser fra stiklinger. Mitotisk celledeling gør det muligt for seksuelt reproducerende organismer at udvikle sig fra den encellede zygote , som selv blev produceret af meiotisk celledeling fra kønsceller . Efter vækst giver celledeling ved mitose mulighed for kontinuerlig konstruktion og reparation af organismen. Menneskekroppen oplever omkring 10 kvadrillion celledelinger i løbet af livet.

Den primære bekymring ved celledeling er vedligeholdelse af den originale celles genom . Inden division kan forekomme, skal den genomiske information, der er lagret i kromosomer, replikeres, og det duplikerede genom skal adskilles rent mellem celler. En stor del af mobilinfrastrukturen er involveret i at holde genomisk information konsekvent mellem generationer.

Celledeling i bakterier

Divisome og elongasome komplekser ansvarlige for peptidoglycan syntese under lateral cellevægsvækst og division.

Bakteriel celledeling sker gennem binær fission eller spirende. Den divisome er et proteinkompleks i bakterier, der er ansvarlig for celledeling, konstriktion af indre og ydre membraner under deling, og peptidoglycan (PG) syntese ved division site. Et tubulinlignende protein, FtsZ spiller en kritisk rolle i dannelsen af ​​en kontraktil ring til celledelingen.

Celledeling i Eukaryote

Se også: Generationsskifte

Celledeling i eukaryote er meget mere kompliceret end prokaryote. Afhængig af kromosomtal reduceret eller ej; Eukaryote celledelinger kan klassificeres som Mitosis (ligningsdeling) og Meiose (reduktionsdeling). En primitiv form for celledeling findes også, som kaldes amitose . Den amitotiske eller mitotiske celledeling er mere atypisk og forskelligartet i de forskellige grupper af organismer, såsom protister (nemlig kiselalger, dinoflagellater osv.) Og svampe.

Former for mitose (af karyokinesis -trin) i eukaryoter

  • lukket
    intranucleær
    pleuromitosis

  • lukket
    ekstranukleær
    pleuromitose

  • lukket
    ortomitose

  • halvåben
    pleuromitosis

  • halvåben
    orthomitosis

  • åben
    ortomitose

I mitotisk metafase (se nedenfor) blev kromosomerne (hver med 2 søsterkromatid, som de udviklede på grund af replikation i S -fasen af ​​interfase) typisk arrangeret og søsterkromatiderne delt og fordelt mod datterceller.

Ved meiose, typisk i Meiose-I, parres de homologe kromosomer og separeres derefter og fordeles i datterceller. Meiose-II er som mitose, hvor kromatiderne adskilles. Hos mennesker og andre højere dyr og mange andre organismer kaldes meiosen gametisk meiose, det vil sige meiosen giver anledning til kønsceller. Mens der i mange grupper af organismer, især i planter (observeres i lavere planter men resterende fase i højere planter), giver meiosen anledning til den slags sporer, der spirer til haploid vegetativ fase (gametofyt). Denne form for meiose kaldes sporisk meiose.

Faser af eukaryote celledeling

Interfase

Interfase er den proces, hvorigennem en celle skal gå før mitose, meiose og cytokinesis . Interfase består af tre hovedfaser: G 1 , S og G 2 . G 1 er en væksttid for cellen, hvor specialiserede cellulære funktioner forekommer for at forberede cellen til DNA -replikation. Der er kontrolpunkter under interfase, der gør det muligt for cellen enten at gå videre eller standse den videre udvikling. Et af kontrolpunktet er mellem G1 og S, formålet med dette kontrolpunkt er at kontrollere for passende cellestørrelse og enhver DNA -skade. Det andet kontrolpunkt er i G2 -fasen, dette kontrolpunkt kontrollerer også cellestørrelse, men også DNA -replikation. Det sidste kontrolpunkt er placeret på metafasens sted, hvor det kontrollerer, at kromosomerne er korrekt forbundet til de mitotiske spindler. I S -fase replikeres kromosomerne for at det genetiske indhold kan opretholdes. Under G 2 gennemgår cellen de sidste vækststadier, før den går ind i M -fasen, hvor spindler syntetiseres. M -fasen kan enten være mitose eller meiose afhængigt af celletypen. Kønceller eller kønsceller undergår meiose, mens somatiske celler vil gennemgå mitose. Efter at cellen fortsætter med succes gennem M -fasen, kan den derefter undergå celledeling gennem cytokinesis. Kontrollen af ​​hvert kontrolpunkt kontrolleres af cyclin- og cyclinafhængige kinaser . Progressen af ​​interfase er resultatet af den øgede mængde cyclin. Efterhånden som mængden af ​​cyclin stiger, bliver flere og flere cyclinafhængige kinaser knyttet til cyclin, der signalerer cellen videre til interfase. På toppen af ​​cyclin, knyttet til de cyclinafhængige kinaser, skubber dette system cellen ud af interfasen og ind i M -fasen, hvor mitose, meiose og cytokinesis forekommer. Der er tre overgangskontrolpunkter, cellen skal igennem, før den går ind i M -fasen. Det vigtigste er G 1 -S -overgangskontrollen. Hvis cellen ikke passerer dette kontrolpunkt, resulterer det i, at cellen forlader cellecyklussen.

Profetér

Prophase er den første fase af division. Atomhylsteret nedbrydes på dette trin, lange tråde af kromatin kondenserer til at danne kortere mere synlige tråde kaldet kromosomer, nucleolus forsvinder, og mikrotubuli fæstner sig til kromosomerne ved de skiveformede kinetochorer, der er til stede i centromeren. Mikrotubuli forbundet med justering og adskillelse af kromosomer omtales som spindel- og spindelfibrene. Kromosomer vil også være synlige under et mikroskop og vil blive forbundet på centromeren. I løbet af denne kondens- og tilpasningsperiode i meiose undergår de homologe kromosomer et brud i deres dobbeltstrengede DNA på de samme steder, efterfulgt af en rekombination af de nu fragmenterede forældre-DNA-tråde i ikke-forældrekombinationer, kendt som krydsning. Det fremgår, at denne proces i en stor del skyldes det stærkt konserverede Spo11 -protein gennem en mekanisme, der ligner den, der ses med toposomerase ved DNA -replikation og transkription.

Metafase

I metafase , de centromerer af kromosomerne indkalde sig på metafaseplade (eller ækvatorial plade ), en imaginær linje, der er i samme afstand fra de to centrosomreplikation poler og holdt sammen af komplekse komplekser er kendt som cohesins . Kromosomer stiller sig op i midten af ​​cellen ved at mikrotubuli organiserer centre (MTOC'er) skubber og trækker på centromerer af begge kromatider og får derved kromosomet til at bevæge sig til midten. På dette tidspunkt kondenserer kromosomerne stadig og er i øjeblikket et skridt væk fra at være de mest spolede og kondenserede, de vil være, og spindelfibrene har allerede forbundet til kinetochores. I løbet af denne fase er alle mikrotubuli, med undtagelse af kinetochores, i en tilstand af ustabilitet, der fremmer deres progression mod anafase. På dette tidspunkt er kromosomerne klar til at dele sig i modsatte poler i cellen mod spindlen, som de er forbundet til.

Anafase

Anafase er en meget kort fase af cellecyklussen, og den opstår efter kromosomerne flugter med den mitotiske plade. Kinetochores udsender anafase-inhiberingssignaler indtil deres vedhæftning til den mitotiske spindel. Når det sidste kromosom er korrekt justeret og fastgjort, forsvinder det endelige signal og udløser det pludselige skift til anafase. Dette pludselige skift skyldes aktiveringen af ​​det anafasefremmende kompleks og dets funktion til mærkning af nedbrydning af proteiner, der er vigtige i retning af metafase-anafaseovergangen. Et af disse proteiner, der er opdelt er Securin som gennem dets nedbrydningsprodukter frigiver enzymet separase at spalter cohesin ringe holder de søsterchromatider derved fører til kromosomerne adskiller. Efter at kromosomerne står på linje i midten af ​​cellen, vil spindelfibrene trække dem fra hinanden. Kromosomerne splittes fra hinanden, mens søsterkromatiderne bevæger sig til modsatte sider af cellen. Når søsterkromatiderne trækkes fra hinanden, forlænges cellen og plasmaet af ikke-kinetochore mikrotubuli.

Telofase

Telofase er det sidste trin i cellecyklussen, hvor en spaltningsfure deler cellernes cytoplasma (cytokinesis) og kromatin. Dette sker gennem syntesen af ​​en ny kernekonvolutter, der dannes omkring kromatinet, der samles ved hver pol og reformationen af ​​nucleolus, da kromosomerne besluttede deres kromatin tilbage til den løse tilstand, den besad under interfase. Opdelingen af ​​mobilindholdet er ikke altid lige og kan variere efter celletype set med oocytdannelse, hvor en af ​​de fire datterceller besidder størstedelen af ​​cytoplasmaet.

Cytokinesis

Den sidste fase af celledelingsprocessen er cytokinesis . I dette stadie er der en cytoplasmatisk opdeling, der opstår i slutningen af ​​enten mitose eller meiose. På dette stadium er der en resulterende irreversibel adskillelse, der fører til to datterceller. Celledeling spiller en vigtig rolle i bestemmelsen af ​​cellens skæbne. Dette skyldes, at der er mulighed for en asymmetrisk opdeling. Dette fører som følge heraf til, at cytokinesis producerer ulige datterceller, der indeholder helt forskellige mængder eller koncentrationer af skæbnebestemmende molekyler.

Hos dyr ender cytokinesen med dannelse af en kontraktil ring og derefter en spaltning. Men i planter sker det anderledes. Først dannes en celleplade, og derefter udvikles en cellevæg mellem de 2 datterceller.

I Fission gær ( S. pombe ) sker cytokinese i G1 fase

Varianter

Billede af den mitotiske spindel i en menneskelig celle, der viser mikrotubuli i grønt, kromosomer (DNA) i blå, og kinetochores i rødt.

Celler klassificeres stort set i to hovedkategorier: simple ikke-kernede prokaryote celler og komplekse kernede eukaryote celler. På grund af deres strukturelle forskelle deler eukaryote og prokaryote celler sig ikke på samme måde. Også mønsteret for celledeling, der omdanner eukaryote stamceller til kønsceller ( sædceller hos mænd eller ægceller hos hunner), betegnet meiose, er forskelligt fra opdelingen af somatiske celler i kroppen. Billede af den mitotiske spindel i en menneskelig celle, der viser mikrotubuli i grønt, kromosomer (DNA) i blå, og kinetochores i rødt.

Celdeling over 42. Cellerne blev direkte afbildet i cellekulturbeholderen ved hjælp af ikke-invasiv kvantitativ fasekontrast time-lapse-mikroskopi .

Nedbrydning

Multicellulære organismer erstatter slidte celler gennem celledeling. Hos nogle dyr stopper celledelingen dog til sidst. Hos mennesker sker dette i gennemsnit efter 52 divisioner, kendt som Hayflick -grænsen . Cellen kaldes derefter senescent . Med hver division forkortes cellernes telomerer , beskyttende sekvenser af DNA på enden af ​​et kromosom, der forhindrer nedbrydning af det kromosomale DNA . Denne forkortelse er blevet korreleret til negative virkninger såsom aldersrelaterede sygdomme og forkortet levetid hos mennesker. Kræftceller menes derimod ikke at nedbrydes på denne måde, hvis overhovedet. Et enzymkompleks kaldet telomerase , der findes i store mængder i kræftceller, genopbygger telomererne ved syntese af telomere DNA -gentagelser, hvilket tillader division at fortsætte på ubestemt tid.

Historie

Kurt Michel med sit fasekontrastmikroskop

En celledeling under mikroskop blev først opdaget af den tyske botaniker Hugo von Mohl i 1835, da han arbejdede over grønalgen Cladophora glomerata .

I 1943 blev celledeling for første gang filmet af Kurt Michel ved hjælp af et fasekontrastmikroskop .

Se også

Referencer

Yderligere læsning