MITOZ: FAZLAR VE ÖZELLIKLERI, IŞLEVLERI VE ORGANIZMALARI - BIYOLOJI - 2024

Mitoz bir hücre, aynı kız hücreler üreten bir hücre bölünmesi işlemi, olduğu; Her hücre için aynı kromozomal yüke sahip iki "kız" üretilir. Bu bölünme, ökaryotik organizmaların somatik hücrelerinde gerçekleşir.

Bu süreç, 4 aşamadan oluşan ökaryotik organizmaların hücre döngüsünün aşamalarından biridir: S (DNA sentezi), M (hücre bölünmesi), G1 ve G2 (mRNA'ların ve proteinlerin üretildiği ara aşamalar) . G1, G2 ve S fazları birlikte bir arayüz olarak kabul edilir. Nükleer ve sitoplazmik bölünme (mitoz ve sitokinez), hücre döngüsünün son aşamasını oluşturur.

Mitoza genel bakış. Kaynak: Viswaprabha

Moleküler seviyede mitoz, MPF (Olgunlaşma Teşvik Faktörü) adı verilen bir kinazın (protein) aktivasyonu ve bunun sonucunda hücrenin önemli sayıda bileşen proteininin fosforilasyonu ile başlatılır. İkincisi, hücrenin bölünme sürecini gerçekleştirmek için gerekli morfolojik değişiklikleri sunmasına izin verir.

Mitoz, aseksüel bir süreçtir, çünkü progenitör hücre ve kızları tam olarak aynı genetik bilgiye sahiptir. Bu hücreler, tam kromozomal yükü (2n) taşıdıkları için diploid olarak bilinir.

Öte yandan mayoz, cinsel üremeye yol açan hücre bölünmesi sürecidir. Bu süreçte, diploid bir kök hücre, kromozomlarını kopyalar ve ardından arka arkaya iki kez bölünür (genetik bilgisini kopyalamadan). Son olarak, haploid (n) olarak adlandırılan kromozomal yükün sadece yarısı ile 4 yavru hücre üretilir.

Mitoza genel bakış

Tek hücreli organizmalardaki mitoz, genellikle atalarına çok benzeyen yavru hücreler üretir. Aksine, çok hücreli varlıkların gelişimi sırasında, bu süreç bazı farklı özelliklere sahip (genetik olarak aynı olmasına rağmen) iki hücreye yol açabilir.

Bu hücre farklılaşması, çok hücreli organizmaları oluşturan farklı hücre tiplerine yol açar.

Bir organizmanın yaşamı boyunca, hücre döngüsü sürekli olarak meydana gelir, sürekli olarak yeni hücreler oluşturur ve bu hücreler de büyüyerek mitoz yoluyla bölünmeye hazırlanır.

Hücre büyümesi ve bölünmesi, aşırı doku büyümesinden kaçınarak dengeyi korumaya izin veren apoptoz (programlanmış hücre ölümü) gibi mekanizmalarla düzenlenir. Böylelikle vücudun ihtiyacına ve ihtiyacına göre kusurlu hücrelerin yeni hücrelerle değiştirilmesi sağlanır.

Bu süreç ne kadar alakalı?

Üreme yeteneği, tüm organizmaların (tek hücreliden çok hücreliye kadar) ve onu oluşturan hücrelerin en önemli özelliklerinden biridir. Bu kalite, genetik bilgilerinizin sürekliliğini sağlar.

Mitoz ve mayoz süreçlerini anlamak, organizmaların ilgi çekici hücresel özelliklerini anlamada temel bir rol oynamıştır. Örneğin, bir bireyde ve aynı türden bireyler arasında bir hücreden diğerine kromozom sayısını sabit tutma özelliği.

Cildimizde bir tür kesik veya yara yaşadığımızda, hasarlı cildin birkaç gün içinde nasıl iyileştiğini gözlemleriz. Bu, mitoz süreci sayesinde gerçekleşir.

Aşamalar ve özellikleri

Genel olarak mitoz, tüm ökaryotik hücrelerde aynı süreçleri (fazlar) izler. Bu aşamalarda hücrede birçok morfolojik değişiklik meydana gelir. Bunlar arasında kromozomların yoğunlaşması, nükleer zarın yırtılması, hücrenin hücre dışı matriksten ve diğer hücrelerden ayrılması ve sitoplazmanın bölünmesi.

Bazı durumlarda, nükleer bölünme ve sitoplazmik bölünme, ayrı fazlar olarak kabul edilir (sırasıyla mitoz ve sitokinez).

Sürecin daha iyi incelenmesi ve anlaşılması için altı (6) aşama belirlenmiştir: prophase, prometaphase, metafaz, anafaz ve telofaz, ardından sitokinez, anafaz sırasında gelişmeye başlayan altıncı bir aşama olarak kabul edilir.

Telofaz, mitozun son aşamasıdır. Https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg adresinden alınmıştır. Wikimedia Commons aracılığıyla

Bu fazlar, 19. yüzyıldan beri ışık mikroskobu aracılığıyla incelenmiştir, bu nedenle bugün, kromozomal yoğunlaşma ve mitotik milin oluşumu gibi hücrenin sunduğu morfolojik özelliklere göre kolayca tanınabilirler.

Profaz

Profaz. Leomonaci98, Wikimedia Commons'tan

Faz, hücre bölünmesinin ilk görünür tezahürüdür. Bu aşamada, kromatinin aşamalı olarak sıkışması nedeniyle kromozomların görünümü ayırt edilebilir formlar olarak görülebilir. Kromozomların bu yoğunlaşması, Histon H1 moleküllerinin MPF ​​kinaz tarafından fosforilasyonuyla başlar.

Yoğunlaşma süreci, büzülmeden ve dolayısıyla kromozomların büyüklüğünün azalmasından oluşur. Bu, kromatin liflerinin sarılması nedeniyle oluşur ve daha kolay yer değiştirebilir yapılar (mitotik kromozomlar) üretir.

Daha önce hücre döngüsünün S döneminde kopyalanan kromozomlar, kardeş kromatitler adı verilen çift sarmallı bir görünüm kazanır, bu iplikler sentromer adı verilen bir bölge boyunca bir arada tutulur. Bu aşamada nükleoller de kaybolur.

Mitotik iğ oluşumu

Silvia3, Wikimedia Commons'tan

Aşama sırasında, bir dizi lif oluşturan mikrotübüllerden ve proteinlerden oluşan mitotik mil oluşur.

Mil oluştukça, hücre iskeletinin mikrotübülleri demonte edilir (yapılarını koruyan proteinleri devre dışı bırakarak), söz konusu mitotik milin oluşumu için gerekli materyali sağlar.

Arayüzde çoğaltılan sentrozom (hücre döngüsünde işlevsel olan zarsız bir organel), mil mikrotübüllerinin montaj birimi olarak işlev görür. Hayvan hücrelerinde, sentrozomun merkezinde bir çift merkezcil vardır; ancak bunlar çoğu bitki hücresinde yoktur.

Çoğaltılmış sentrozomlar birbirinden ayrılmaya başlarken, iğ mikrotübülleri her birinde birleşerek hücrenin zıt uçlarına doğru hareket etmeye başlar.

Evrenin sonunda, nükleer zarfın kırılması başlar ve ayrı süreçlerde gerçekleşir: nükleer gözenek, nükleer tabaka ve nükleer membranların sökülmesi. Bu kırılma, mitotik mil ve kromozomların etkileşime girmeye başlamasına izin verir.

prometafaz

Leomonaci98

Bu aşamada, nükleer zarf tamamen parçalandı, böylece milin mikrotübülleri, kromozomlarla etkileşime girerek bu alanı istila eder. İki sentrozom ayrıldı, her biri mitotik milin kutuplarında, hücrelerin zıt uçlarında bulunur.

Şimdi, mitotik mil, mikrotübülleri (her sentrozomdan hücrenin merkezine doğru uzanan), sentrozomları ve bir çift asterden (her sentrozomdan açılan kısa mikrotübüllerin radyal dağılımına sahip yapılar) içerir.

Kromatidlerin her biri, merkezde bulunan kinetochore adı verilen özel bir protein yapısı geliştirdi. Bu kinetokorlar zıt yönlerde bulunur ve kinetokor mikrotübülleri adı verilen bazı mikrotübüller bunlara yapışır.

Kinetokora bağlı olan bu mikrotübüller uzandıkları uçtan kromozoma doğru hareket etmeye başlarlar; bazıları bir kutuptan ve diğerleri karşı kutuptan. Bu, stabilize edildiğinde kromozomun hücrenin uçları arasında yer almasına izin veren bir "çekme ve küçültme" etkisi yaratır.

Metafaz

Mitotik metafaz sırasında hücrenin ekvator plakasında hizalanan kromozomlar

Metafazda sentrozomlar, hücrelerin zıt uçlarında bulunur. Mil, merkezinde kromozomların bulunduğu net bir yapı gösterir. Bu kromozomların sentromerleri, liflere bağlanır ve metafaz plakası adı verilen hayali bir düzlemde hizalanır.

Kromatid kinetokorlar, kinetokor mikrotübüllerine bağlı kalır. Kinetokorlara yapışmayan ve milin zıt kutuplarından uzanan mikrotübüller artık birbirleriyle etkileşime giriyor. Bu noktada asterlerden gelen mikrotübüller plazma zarı ile temas halindedir.

Mikrotübüllerin bu büyümesi ve etkileşimi, mitotik milin yapısını tamamlayarak ona "kuş kafesi" görünümü verir.

Morfolojik olarak, bu aşama en az değişikliğe sahip olandır, bu yüzden bir dinlenme aşaması olarak kabul edildi. Ancak kolayca fark edilmeseler de, mitozun en uzun aşaması olmasının yanı sıra içinde birçok önemli süreç meydana gelir.

anafaz

Kaynak: Leomonaci98, Wikimedia Commons'tan

Anafaz sırasında, her bir kromatit çifti ayrılmaya başlar (onları bir arada tutan proteinlerin inaktivasyonu nedeniyle). Ayrılmış kromozomlar, hücrenin zıt uçlarına hareket eder.

Bu göç hareketinin nedeni, kinetokorun mikrotübüllerinin kısalması ve her bir kromozomun sentromerinden hareket etmesine neden olan bir "çekme" etkisi yaratmasıdır. Sentromerin kromozom üzerindeki konumuna bağlı olarak, V veya J gibi belirli bir şekle bürünebilir.

Kinetokora yapışmayan mikrotübüller, tübülinin (protein) yapışması ve üzerlerinde hareket eden motor proteinlerin etkisiyle büyür ve uzar ve aralarındaki temasın durmasına izin verir. Birbirlerinden uzaklaştıkça, milin kutupları da hücreyi uzatır.

Bu aşamanın sonunda, kromozom grupları, mitotik milin zıt uçlarında yer alır ve hücrenin her bir ucunda tam ve eşdeğer bir kromozom seti bırakır.

telofaz

Telofaz. Leomonaci98

Telofaz, nükleer bölünmenin son aşamasıdır. Kinetokorun mikrotübülleri, polar mikrotübüller daha da uzarken parçalanır.

Nükleer membran, sitoplazmadaki veziküller gibi olan progenitör hücrenin nükleer zarflarını kullanarak her bir kromozom setinin etrafında oluşmaya başlar.

Bu aşamada, histon moleküllerinin (H1) defosforilasyonundan dolayı hücre kutuplarında bulunan kromozomlar tamamen çözülür. Nükleer zarın elemanlarının oluşumu birkaç mekanizma tarafından yönlendirilir.

Anafaz sırasında, fazdaki fosforile proteinlerin çoğu defosforile olmaya başladı. Bu, telofazın başlangıcında, nükleer veziküller kromozomların yüzeyiyle birleşerek yeniden birleşmeye başlar.

Öte yandan nükleer gözenek, nükleer proteinlerin pompalanmasına izin verecek şekilde yeniden birleştirilir. Nükleer tabakanın proteinleri defosforillenir ve söz konusu nükleer tabakanın oluşumunu tamamlamak için tekrar birleşmelerine izin verir.

Son olarak, kromozomlar tamamen çözüldükten sonra, RNA sentezi yeniden başlatılır, nükleolleri tekrar oluşturur ve böylece yavru hücrelerin yeni fazlar arası çekirdeklerinin oluşumunu tamamlar.

sitokinez

Sitokinez, nükleer bölünmeden ayrı bir olay olarak alınır ve genellikle tipik hücrelerde, sitoplazmik bölünme süreci anafazdan başlayarak her mitoza eşlik eder. Birkaç çalışma, bazı embriyolarda sitoplazmik bölünmeden önce çok sayıda nükleer bölünmenin meydana geldiğini göstermiştir.

Süreç, metafaz plakasının düzleminde işaretlenmiş bir oluk veya yarık görünümü ile başlar ve bölünmenin kromozom grupları arasında gerçekleşmesini sağlar. Yarık bölgesi, özellikle mitotik iğ, asterlerin mikrotübülleri ile gösterilir.

İşaretli yarıkta, hücre zarının sitoplazmik tarafına yönelik, büyük ölçüde aktin ve miyozinden oluşan bir halka oluşturan bir dizi mikrofilament bulunur. Bu proteinler birbirleriyle etkileşime girerek halkanın oluk etrafında büzülmesini sağlar.

Bu kasılma, bu proteinlerin liflerinin, örneğin kas dokularında olduğu gibi birbirleriyle etkileşime girdiklerinde kaymasıyla oluşur.

Halkanın kasılması derinleşir, sonunda progenitör hücreyi bölen bir "kenetleme" etkisi uygulayarak, gelişen sitoplazmik içerikleri ile yavru hücrelerin ayrılmasına izin verir.

Bitki hücrelerinde sitokinez

Bitki hücrelerinin bir hücre duvarı vardır, bu nedenle sitoplazmik bölünme süreci daha önce tarif edilenden farklıdır ve telofazda başlar.

Yeni bir hücre duvarının oluşumu, artık milin mikrotübüllerinin birleştirilmesiyle başlar ve fragmoplastı oluşturur. Bu silindirik yapı, uçlarına bağlanan ve pozitif kutupları ekvator düzleminde bir elektronik plakaya gömülü olan iki set mikrotübülden oluşur.

Hücre duvarı öncüleriyle paketlenmiş Golgi cihazından küçük veziküller, fragmoplastın mikrotübüllerinden ekvator bölgesine geçerek bir hücre plakası oluşturmak üzere birleşir. Veziküllerin içeriği büyüdükçe bu plakaya salgılanır.

Bu plak, hücre çevresi boyunca plazma zarı ile birleşerek büyür. Bu, plakanın çevresinde fragmoplast mikrotübüllerinin sürekli yeniden düzenlenmesi nedeniyle meydana gelir ve bu, daha fazla vezikülün bu düzleme doğru hareket etmesine ve içeriklerini boşaltmasına izin verir.

Bu şekilde yavru hücrelerin sitoplazmik ayrılması gerçekleşir. Son olarak hücre plakasının içeriği, içindeki selüloz mikroelyaflarla birlikte yeni hücre duvarının oluşumunun tamamlanmasını sağlar.

Özellikleri

Mitoz, hücrelerde bölünme mekanizmasıdır ve ökaryotlardaki hücre döngüsünün aşamalarından birinin parçasıdır. Basit bir anlatımla, bu sürecin temel işlevinin bir hücrenin iki yavru hücrede yeniden üretilmesi olduğunu söyleyebiliriz.

Tek hücreli organizmalar için hücre bölünmesi, yeni bireylerin üretimi anlamına gelirken, çok hücreli organizmalar için bu süreç, tüm organizmanın büyümesinin ve doğru işleyişinin bir parçasıdır (hücre bölünmesi, dokuların gelişimini ve yapıların korunmasını sağlar).

Mitoz süreci vücudun ihtiyacına göre aktive edilir. Örneğin memelilerde, vücut daha iyi oksijen alımına ihtiyaç duyduğunda kırmızı kan hücreleri (eritrositler) bölünmeye başlar ve daha fazla hücre oluşturur. Benzer şekilde, beyaz kan hücreleri (lökositler) bir enfeksiyonla savaşmak gerektiğinde çoğalırlar.

Buna karşılık, bazı özel hayvan hücreleri pratikte mitoz sürecinden yoksundur veya çok yavaştır. Bunun örnekleri sinir hücreleri ve kas hücreleridir).

Genel olarak, vücudun bağ ve yapısal dokusunun bir parçası olan ve çoğalması ancak bir hücrede bir kusur veya bozulma olduğunda ve değiştirilmesi gerektiğinde gerekli olan hücrelerdir.

Hücre büyümesinin ve bölünmesinin düzenlenmesi.

Hücre bölünmesi ve büyüme kontrol sistemi, çok hücreli organizmalarda tek hücreli organizmalardan çok daha karmaşıktır. İkincisinde, yeniden üretim temelde kaynakların mevcudiyeti ile sınırlıdır.

Hayvan hücrelerinde, bu süreci harekete geçirmek için pozitif bir sinyal gelene kadar bölünme durdurulur. Bu aktivasyon, komşu hücrelerden kimyasal sinyaller şeklinde gelir. Bu, organizmanın yaşamına ciddi şekilde zarar verebilecek dokuların sınırsız büyümesini ve kusurlu hücrelerin çoğalmasını önlemeye izin verir.

Hücre çoğalmasını kontrol eden mekanizmalardan biri apoptozdur; burada bir hücre, önemli ölçüde hasar verirse veya bir virüs tarafından enfekte olursa (kendi kendini yok etmeyi etkinleştiren belirli proteinlerin üretimi nedeniyle) öldü.

Büyüme faktörlerinin (proteinler gibi) inhibisyonu yoluyla hücre gelişiminin düzenlenmesi de vardır. Böylece hücreler, hücre döngüsünün M fazına geçmeden arayüzde kalır.

Bunu gerçekleştiren organizmalar

Mitoz süreci, ökaryotik hücrelerin büyük çoğunluğunda, onu eşeysiz üreme süreci olarak kullanan maya gibi tek hücreli organizmalardan bitkiler ve hayvanlar gibi karmaşık çok hücreli organizmalara kadar gerçekleşir.

Genel olarak, hücre döngüsü tüm ökaryotik hücreler için aynı olsa da, tek hücreli ve çok hücreli organizmalar arasında dikkate değer farklılıklar vardır. İlkinde, hücrelerin büyümesi ve bölünmesi doğal seçilim tarafından tercih edilir. Çok hücreli organizmalarda, proliferasyon katı kontrol mekanizmalarıyla sınırlıdır.

Tek hücreli organizmalarda üreme hızlandırılmış bir şekilde gerçekleşir, çünkü hücre döngüsü sürekli çalışır ve yavru hücreler bu döngüye devam etmek için hızla mitoza başlar. Oysa çok hücreli organizmaların hücrelerinin büyümesi ve bölünmesi çok daha uzun sürer.

Bu sürecin bazı aşamalarında olduğu gibi bitki ve hayvan hücrelerinin mitotik süreçleri arasında da bazı farklılıklar vardır, ancak prensip olarak mekanizma bu organizmalarda benzer şekilde çalışır.

Prokaryotik hücrelerde hücre bölünmesi

Prokaryotik hücre

Prokaryotik hücreler genellikle ökaryotik hücrelere göre daha hızlı büyür ve bölünür.

Prokaryotik hücrelere sahip organizmalar (genellikle tek hücreli veya bazı durumlarda çok hücreli), genetik materyali bir çekirdek içinde izole eden bir nükleer zardan yoksundur, bu nedenle hücre içinde nükleoid adı verilen bir alanda dağılır. Bu hücrelerin dairesel bir ana kromozomu vardır.

Bu organizmalardaki hücre bölünmesi bu nedenle ökaryotik hücrelere göre çok daha doğrudandır ve açıklanan mekanizmadan (mitoz) yoksundur. Onlarda, DNA replikasyonunun dairesel kromozomda (replikasyonun kökeni veya OriC) belirli bir bölgede başladığı ikili fisyon adı verilen bir süreçle üreme gerçekleştirilir.

Daha sonra, replikasyon meydana geldikçe hücrenin zıt taraflarına göç eden iki başlangıç ​​oluşur ve hücre, boyutunun iki katına gerilir. Çoğalmanın sonunda, hücre zarı sitoplazmaya doğru büyür ve progenitör hücreyi aynı genetik materyale sahip iki kıza böler.

Mitozun evrimi

Ökaryotik hücrelerin evrimi, genomdaki karmaşıklıkta bir artış getirdi. Bu, daha ayrıntılı bölme mekanizmalarının geliştirilmesini içeriyordu.

Mitozdan önce ne vardı?

Bakteri bölünmesinin mitozun öncül mekanizması olduğunu öne süren hipotezler var. Ökaryotik hücrelerdeki tübülin ve aktin ile ikili fisyonla ilişkili proteinler (bunlar, kromozomları kızların plazma zarındaki belirli bölgelere tutturanlar olabilir) arasında belirli bir ilişki bulunmuştur.

Bazı çalışmalar, modern tek hücreli protistlerin bölünmesinde belirli özelliklere işaret ediyor. İçlerinde nükleer membran, mitoz sırasında bozulmadan kalır. Çoğaltılan kromozomlar, hücre bölünmesi sırasında çekirdek gerilmeye başladığında ayrılır ve bu zardaki belirli bölgelere sabitlenir.

Bu, çoğaltılmış kromozomların hücre zarı üzerindeki belirli yerlere bağlandığı ikili bölünme süreciyle bir miktar tesadüf olduğunu gösterir. Hipotez, daha sonra, hücre bölünmeleri sırasında bu niteliği sergileyen protistlerin, atalara ait bir prokaryotik hücrenin bu özelliğini koruyabileceklerini ileri sürer.

Şu anda, çok hücreli organizmaların ökaryotik hücrelerinde, hücre bölünmesi sürecinde nükleer zarın parçalanmasının neden gerekli olduğuna dair açıklamalar henüz geliştirilmemiştir.

Referanslar

1. Albarracín, A. ve Telulón, AA (1993). 19. yüzyılda Hücre Teorisi. AKAL sürümleri.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Hücrenin moleküler biyolojisi. Garland Science, Taylor ve Francis Group.
3. Campbell, N. ve Reece, J. (2005). Biyoloji 7 ^inci baskı, AP.
4. Griffiths, AJ, Lewontin, RC, Miller, JH ve Suzuki, DT (1992). Genetik analize giriş. McGraw-Hill Interamericana.
5. Karp, G. (2009). Hücre ve moleküler biyoloji: kavramlar ve deneyler. John Wiley & Sons.
6. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP ve Matsudaira, P. (2008). Moleküler hücre biyolojisi. Macmillan.
7. Segura-Valdez, MDL, Cruz-Gómez, SDJ, López-Cruz, R., Zavala, G. ve Jiménez-García, LF (2008). Mitozun atomik kuvvet mikroskobu ile görselleştirilmesi. İPUCU. Kimyasal-biyolojik bilimlerde uzmanlaşmış dergi, 11 (2), 87-90.