Какво Е Митоза?

{h1}

Митозата е метод на клетъчно деление, при който клетка се дели и създава идентични копия от себе си.

Основният механизъм, чрез който организмите генерират нови клетки, е чрез клетъчно деление. По време на този процес една единствена "родителска" клетка ще се дели и ще произвежда идентични "дъщерни" клетки. По този начин родителската клетка предава своя генетичен материал на всяка от дъщерните си клетки. Първо обаче клетките трябва да дублират своята ДНК. Митозата е процесът, при който клетката сегрегира дублираната си ДНК, в крайна сметка разделя ядрото си на две.

Клетъчното делене е универсален процес сред живите организми. През 1855 г. Рудолф Вирхов, немски изследовател, направи фундаментално наблюдение за всички живи същества: всяка клетка произхожда от друга клетка, или „omnis cellula e cellula,"на оригиналния латински език, както разказва авторът Мирън Шулц в статия от 2008 г. в списанието Emerging Infective Diseases.

Механизмите на клетъчното делене варират между прокариоти и еукариоти. Прокариотите са едноклетъчни организми, като бактерии и археи. Те имат проста вътрешна структура със свободно плаваща ДНК. Те използват клетъчното делене като метод за асексуално възпроизвеждане, при който генетичният състав на родителя и произтичащото от него потомство са еднакви. Един общ механизъм за асексуално възпроизвеждане при прокариоти е бинарното делене. По време на този процес родителската клетка дублира своята ДНК и увеличава обема на своето клетъчно съдържание. В крайна сметка в центъра на клетката се появява фисура, което води до образуването на две еднакви дъщерни клетки.

От друга страна, клетките на еукариоти имат организирано централно отделение, наречено ядро, и други структури, като митохондриите и хлоропластите. Повечето еукариотни клетки се делят и произвеждат идентични копия от себе си, като увеличават своя клетъчен обем и дублират своята ДНК чрез серия от определени фази, известни като клетъчен цикъл. Тъй като тяхната ДНК се съдържа в ядрото, те също претърпяват ядрено деление. „Митозата се дефинира като разделяне на еукариотно ядро“, казва М. Андрю Хойт, професор по биология в университета „Джон Хопкинс“, „[въпреки че] много хора го използват, за да отразят целия клетъчен цикъл, който се използва за дублиране на клетки“.

Подобно на прокариотите, едноклетъчните еукариоти, като амеба и мая, също използват клетъчното делене като метод за асексуално възпроизвеждане. За сложни многоклетъчни еукариоти като растения и животни, клетъчното делене е необходимо за растеж и възстановяване на увредените тъкани. Еукариотичните клетки също могат да претърпят специализирана форма на клетъчно делене, наречена мейоза, която е необходима за производството на репродуктивни клетки като сперматозоиди, яйцеклетки и спори.

Еукариотният клетъчен цикъл

Еукариотичният клетъчен цикъл е серия от добре дефинирани и внимателно отчетени събития, които позволяват на клетката да расте и да се дели. Според Джефъри Купър, автор на „Клетката: Молекулен подход, второ изд.“ (Sinauer Associates, 2000) повечето еукариотни клетъчни цикли имат четири фази:

G1 фаза (първа фаза на празнина): По време на тази фаза клетките, които са предназначени за митоза, растат и извършват различни метаболитни дейности.

S фаза (синтезова фаза): По време на тази фаза клетката дублира своята ДНК. Еукариотичната ДНК се навива около сферични хистонови протеини, за да създаде структура във формата на прът, наречена хромозома. По време на S фазата всяка хромозома генерира своето копие или сестрински хроматид. Двете сестрински хроматиди се сливат заедно в точка, наречена центромер, а комплексът наподобява формата на буквата "X."

G2 фаза (втора фаза на празнина): През тази фаза клетката продължава да расте и генерира протеини, необходими за митоза.

(Фазите G1, S и G2 заедно се наричат ​​"интерфаза.")

M фаза (митоза): Митозата включва сегрегация на сестринските хроматиди. Структура от протеинови нишки, наречена митотично вретено, се прикрепва към центромера и започва да се свива. Това дърпа сестринските хроматиди на разстояние, бавно ги премества към противоположни полюси на клетката. До края на митозата всеки полюс на клетката има пълен набор от хромозоми. Ядрената мембрана се реформира и клетката се разделя наполовина, създавайки две еднакви дъщерни клетки.

Хромозомите, стават силно уплътнени по време на митозата и могат да се видят ясно като плътни структури под микроскоп.

Получените дъщерни клетки могат да влязат отново във фазата на G1, само ако са предназначени да се разделят. Не всички клетки трябва да се делят непрекъснато. Например човешките нервни клетки спират да се делят при възрастни. Клетките на вътрешни органи като черния дроб и бъбреците се разделят само когато е необходимо: за замяна на мъртви или ранени клетки. Такива типове клетки навлизат в фазата на G0 (фаза на спокойствие). Те остават метаболитно активни и преминават във фазата на G1 на клетъчния цикъл, когато получат необходимите молекулярни сигнали, според Купър.

Етапите на митозата

Етапите на митозата

Кредит: ellepigrafica Shutterstock

По-внимателен поглед

Митозата е разделена на четири етапа според учебните материали от Университета на Илинойс в Чикаго. Характерните етапи се наблюдават и през втората половина на мейозата.

профаза: Дублираните хромозоми са уплътнени и могат лесно да се визуализират като сестрински хроматиди. Митотичното вретено, мрежа от протеинови нишки, възниква от структури, наречени центриоли, разположени в двата края на клетката. Митотичното вретено е гъвкаво и е направено от микротрубове, които от своя страна са направени от протеиновата субединица, тубулин.

метафазни: Ядрената мембрана се разтваря и митотичното вретено се прилепва към сестринските хроматиди в центромера. Митотичното вретено сега може да движи хромозомите наоколо в клетката. "Можете да направите аналогия с греда, която държи небостъргач", каза Хойт. "С изключение на гредата може да се сглоби и разглоби много бързо. Те са конструктивни елементи, които са изключително динамични." До края на метафазата всички хромозоми се подравняват в средата на клетката.

Анафаза: Митотичното вретено се свива и раздробява сестринските хроматиди. Те започват да се движат в противоположните краища на клетката.

телофазата: Хромозомите достигат до двата края на клетката. Ядрената мембрана се образува отново и клетъчното тяло се разделя на две (цитокинеза).

В края на митозата една клетка произвежда две генетично идентични дъщерни клетки.

Мощен светлинен микроскоп улавя тази сцена от процеса на митоза.

Мощен светлинен микроскоп улавя тази сцена от процеса на митоза.

Кредит: Джейн Стаут, научен сътрудник в лабораторията на Клер Валчак, Университета в Индиана.

Регулация на клетъчния цикъл и рак

Различните събития от клетъчния цикъл са строго регулирани. Ако на всеки един етап възникнат грешки, клетката може да спре разделянето на клетките да прогресира. Според Купър подобни регулаторни механизми са известни като контролни точки на клетъчния цикъл. Има три контролни точки във фазите G1, G2 и M. Повредената ДНК спира прогресията на клетъчния цикъл във фазата на G1, като гарантира, че аберрантната клетка няма да бъде повторена. Контролната точка на G2 отговаря на неправилно дублирана или повредена ДНК. Той не позволява на клетките да преминат във М фаза, докато ДНК не се репликира правилно или докато повредата не бъде възстановена. М фазовата контролна точка може да спре клетъчния цикъл в метафаза. Той гарантира, че всички сестрински хроматиди са правилно прикачени към митотичното вретено и че сестринските хроматиди се придвижват към противоположните краища на клетката.

"Ако нещата се объркат и не бъдат коригирани, вие се озовавате с някои клетки, които получават допълнителни хромозоми, и такива, които са с дефицит", каза Хойт. "Често тези клетки имат генотип [последователност на ДНК], който не поддържа живота на клетката и клетката ще умре. Това обикновено е добро нещо."

Понякога анормалните клетки успяват не само да оцелеят, но и да се размножават. Най-често тези клетки са замесени в рак. "Тя [клетката] може да има допълнително копие на хромозома, която има онкоген върху нея. И това ще започне да изтласква клетъчния цикъл напред, когато не трябва да се върви напред", каза Хойт. "Това е първа стъпка към развитието на рака." Известно е, че раковите клетки преминават през бурни и нерегулирани клетъчни деления.

Връзката между клетъчния цикъл и рака е довела до разработването на клас ракови лекарства, които са насочени конкретно към раковите клетки по време на митоза. Според анартикул, публикуван през 2012 г. в списанието Cell Death & Disease, „тази стратегия обхваща продължителен арест на клетките в митоза, завършващ с митотична клетъчна смърт“.

Например, отровите от микротрубочки спират митозата чрез насочване на микротубули, основният компонент на митотичното вретено. Увреждането на тези тънки, кухи микроскопични протеинови нишки в крайна сметка предотвратява раздробяването на сестринските хроматиди. Примери за микротрубови отрови са лекарствата паклитаксел (таксол) и винка алкалоиди, които се използват за лечение на редица ракови заболявания, включително някои видове рак на яйчниците и гърдата.

Отровите от микротрубочки обаче не са без техните ограничения. Според статия за преглед през 2018 г., публикувана в списанието EMBO Reports, тези лекарства понякога могат да бъдат токсични за мозъчните клетки или раковите клетки могат да станат резистентни към лекарства и да избегнат да бъдат убивани. В опит да намерят алтернативни решения, изследователите търсят да разработят лекарства, насочени към други аспекти на митозата. През 2016 г. Администрацията по храните и лекарствата (FDA) одобри употребата на новото лекарство Palbociclib в комбинация със съществуващите противоракови лекарства за лечение на някои видове рак на гърдата. Palbociclib работи, като държи раковите клетки замразени във фазата на G1, според статия за преглед от 2017 г., публикувана в списанието Nature Reviews Cancer.

Съединенията, тествани в клинични изпитвания досега, са имали известен успех, но не са били толкова ефективни, колкото отровите от микротрубочки, според EMBO Reports. Независимо от това, насочването към митозата при лечението на рак остава активна област на изследване.

Допълнителни ресурси

  • Проектът по биология (Университет в Аризона): Урок за клетъчния цикъл и митоза
  • Biology4Kids.com: Митоза - Когато клетките се разделят
  • Scitable (природа): Митоза


Видео Добавка: Mitosis | Cells | MCAT | Khan Academy.




Изследване


Какво Е Глутен?
Какво Е Глутен?

Много Родители Не Вземат Деца На Открито Да Играят
Много Родители Не Вземат Деца На Открито Да Играят

Наука Новини


Светещи Милипеди, Случайно Намерени На Алкатраз
Светещи Милипеди, Случайно Намерени На Алкатраз

Земното Магнитно Поле Извива Като Барабан, Но Никой Не Може Да Го Чуе
Земното Магнитно Поле Извива Като Барабан, Но Никой Не Може Да Го Чуе

Разсейване На Мобилни Телефони: Нараняване На Пешеходци
Разсейване На Мобилни Телефони: Нараняване На Пешеходци

Магматичните Кристали Задържат Улики Във Вътрешната Работа На Вулканите
Магматичните Кристали Задържат Улики Във Вътрешната Работа На Вулканите

4 Нови Вида
4 Нови Вида "Плоска Червей": Без Мозък, Без Очи, Няма Проблем


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com