DIVIZIUNEA CELULARĂ: TIPURI, PROCESE ȘI IMPORTANȚĂ - BIOLOGIE - 2025

Diviziunea celulara este procesul care permite tuturor organismelor vii cresc și se reproduc. În procariote și eucariote, rezultatul diviziunii celulare este celulele fiice care posedă aceeași informație genetică ca celula inițială. Acest lucru se întâmplă deoarece, înainte de divizare, informațiile conținute în ADN sunt duplicate.

În procariote, diviziunea are loc prin fisiune binară. Genomul majorității procariotelor este o moleculă circulară de ADN. Deși aceste organisme nu au un nucleu, ADN-ul este într-o formă compactă numită nucleoid, care diferă de citoplasma care îl înconjoară.

Sursa: Retama

În eucariote, diviziunea apare prin mitoză și meioză. Genomul eucariotic este format din cantități mari de ADN organizate în nucleu. Această organizație se bazează pe ambalarea ADN-ului cu proteine, formând cromozomi, care conțin sute sau mii de gene.

Eucariotele foarte diverse, atât unicelulare cât și metazoane, au cicluri de viață care alternează între mitoză și meioză. Aceste cicluri sunt cele cu: a) meioză gametică (animale, niște ciuperci și alge), b) meioză zigotică (unele fungi și protozoare); și c) alternanța dintre meioza gametică și zigotică (plante).

Tipuri

Diviziunea celulară poate fi prin fisiune binară, mitoză sau meioză. Fiecare dintre procesele implicate în aceste tipuri de diviziune celulară este descris mai jos.

Fisiune binară

Fisiunea procariotă, fisiunea binară, este o formă de reproducere asexuală.

Fisiunea binară constă în divizarea celulei care dă naștere a două celule fiice, fiecare având o copie identică a ADN-ului celulei originale.

Înainte de divizarea celulelor procariote are loc replicarea ADN-ului, începând de la un loc specific pe ADN-ul cu două cateni, numit originea replicării. Enzimele de replicare se deplasează în ambele direcții de la origine, producând o copie a fiecăreia dintre firele de ADN cu două fire.

După replicarea ADN-ului, celula se alungește și ADN-ul este separat în interiorul celulei. Imediat, o nouă membrană plasmatică începe să crească în mijlocul celulei, formând un sept.

Acest proces este facilitat de proteina FtsZ, care este extrem de bine conservată în procariote, inclusiv Archaea. În cele din urmă, celula se divide.

Ciclul celular și mitoza

Etapele prin care trece o celulă eucariotă între două divizii celulare succesive este cunoscută sub numele de ciclu celular. Durata ciclului celular variază de la câteva minute la luni, în funcție de tipul de celulă.

Ciclul celular este împărțit în două etape, și anume faza M și interfața. Două procese apar în faza M, numite mitoză și citokineză. Mitoza constă în diviziunea nucleară. Același număr și tipuri de cromozomi prezenți în nucleul original se găsesc în nucleele fiice. Celulele somatice ale organismelor multicelulare se divid prin mitoză.

Citokineza constă în divizarea citoplasmei pentru a forma celule fiice.

Interfața are trei faze: 1) G1, celulele cresc și își petrec cea mai mare parte a timpului în această fază; 2) S, duplicarea genomului; și 3) G2, replicarea mitocondriilor și a altor organule, condensarea cromozomilor și asamblarea microtubulilor, printre alte evenimente.

Etapele mitozei

Mitoza începe cu sfârșitul fazei G2 și este împărțită în cinci faze: faza, prometafază, metafază, anafază și telofază. Toate se întâmplă continuu.

prophase

Profaza. Leomonaci98, de la Wikimedia Commons

În această etapă, asamblarea fusului mitotic, sau a aparatului mitotic, este evenimentul principal. Faza începe cu compactarea cromatinei, formând cromozomii.

Fiecare cromozom are o pereche de cromatide surori, cu ADN identic, care sunt strâns legate în apropierea centromelor lor. Complexele proteice numite coezine participă la această unire.

Fiecare centromere este atașat de un kinetochore, care este un complex de proteine ​​care se leagă de microtubuli. Aceste microtubuli permit ca fiecare copie a cromozomilor să fie transferată celulelor fiice. Microtubulele radiază de la fiecare capăt al celulei și formează aparatul mitotic.

În celulele animale, înainte de faza, apare duplicarea centrosomului, care este principalul centru de organizare a microtubulilor și locul unde se întâlnesc centriolii părinți și copii. Fiecare centrosom ajunge la polul opus al celulei, stabilind o punte de microtubuli între ele numit aparat mitotic.

La plantele mai recent evoluate, spre deosebire de celulele animale, nu există centrezomi, iar originea microtubulilor nu este clară. În celulele fotosintetice de origine evolutivă mai veche, cum ar fi algele verzi, există centrosomi.

prometafaza

Leomonaci98

Mitoza trebuie să asigure segregarea cromozomilor și distribuția învelișului nuclear al complexului de pori și nucleoli nucleari. În funcție de dacă anvelopa nucleară (EN) dispare sau nu și de gradul de integrare a EN, mitoza variază de la închis la complet deschis.

De exemplu, în S. cerevisae mitoza este închisă, la A. nidulans este semi-deschisă, iar la oameni este deschisă.

În mitoza închisă, corpurile polare ale fusului se găsesc în învelișul nuclear, constituind punctele de nucleare ale microtubulelor nucleare și citoplasmatice. Microtubulii citoplasmatici interacționează cu cortexul celular și cu kinetochorii cromozomilor.

În mitoza semi-deschisă, deoarece EN este dezasamblat parțial, spațiul nuclear este invadat de microtubuli nucleați din centrosomi și prin două deschideri în EN, formând fascicule înconjurate de EN.

În mitoza deschisă, se realizează dezasamblarea completă a EN, aparatul mitotic este completat, iar cromozomii încep să fie deplasați spre mijlocul celulei.

metafază

Cromozomii aliniați în placa ecuatorială a celulei în timpul metafazei mitotice

În metafază, cromozomii se aliniază la ecuatorul celulei. Planul imaginar perpendicular pe axa fusului, care trece prin circumferința interioară a celulei, se numește placă metafazică.

În celulele mamifere, aparatul mitotic este organizat într-un fus mitotic central și o pereche de asteri. Fusul mitotic este format dintr-un pachet bilateral simetric de microtubuli care este împărțit la ecuatorul celulei, formând două jumătăți opuse. Asterii sunt alcătuiți dintr-un grup de microtubuli la fiecare pol al fusului.

În aparatul mitotic există trei grupe de microtubuli: 1) astrale, care formează asterul, pornesc de la centrozom și radiază spre cortexul celular; 2) kinetochore, care se leagă de cromozomi prin intermediul cinetocorei; și 3) polare, care interdigitează cu microtubuli de la polul opus.

În toate microtubulele descrise mai sus, capetele (-) se confruntă cu centrul de centru.

În celulele vegetale, dacă nu există centrosom, fusul este similar cu cel al celulelor animale. Arborele este format din două jumătăți cu polaritate opusă. Capetele (+) sunt pe placa ecuatorială.

anafaza

Sursa: Leomonaci98, de la Wikimedia Commons

Anafaza este împărțită în timpuriu și târziu. În anafază timpurie are loc separarea cromatidelor surori.

Această separare are loc pentru că proteinele care mențin uniunea sunt scindate și pentru că există o scurtare a microtubulilor kinetochorei. Când perechea de cromatide surori se separă, ele sunt numite cromozomi.

În timpul deplasării poleward a cromozomilor, kinetochorele se deplasează de-a lungul microtubulului aceluiași cinetochore, pe măsură ce capătul său (+) se disociază. Din această cauză, mișcarea cromozomilor în timpul mitozei este un proces pasiv care nu necesită proteine ​​motorii.

În anafază târzie, are loc o separare mai mare a poli. O proteină KRP, atașată la capătul (+) al microtubulilor polari, în regiunea suprapunerii acestora, se deplasează spre capătul (+) al unui microtubul polar antiparalel adiacent. Astfel, KRP împinge microtubulul polar adiacent spre capătul (-).

În celulele vegetale, după separarea cromozomilor, în mijlocul fusului rămâne un spațiu cu microtubuli interdigitați sau suprapuse. Această structură permite inițierea aparatului citokinetic, numit fragmoplast.

telofază

Telofaza. Leomonaci98

În telofază se întâmplă diverse evenimente. Cromozomii ajung la poli. Cinetocorul dispare. Microtubulii polari continuă să se alungească, pregătind celula pentru citokineză. Plicul nuclear este re-format din fragmente din plicul mamă. Reapare nucleul. Cromozomii sunt decondensati.

cytokinesis

Citokineza este faza ciclului celular în care celula se împarte. În celulele animale, citozineza apare cu ajutorul unei centuri de constricție a filamentelor de actină. Aceste filamente alunecă una peste alta, diametrul curelei scade și se formează o canelură de clivaj în jurul circumferinței celulei.

Pe măsură ce constricția continuă, sulcul se adâncește și se formează o punte intercelulară, care conține partea mijlocie. În regiunea centrală a podului intercelular se află pachetele de microtubuli, care sunt acoperite de o matrice electrodensă.

Defalcarea punții intercelulare între celulele surori post-mitotice are loc prin absciere. Există trei tipuri de absciere: 1) mecanism de defecțiune mecanică; 2) mecanism de umplere prin vezicule interne; 3) constricția membranei plasmatice pentru fisiune.

În celulele plantelor, componentele membranei se adună în interiorul lor și se formează placa celulară. Această placă crește până ajunge la suprafața membranei plasmatice, fuzionând cu ea și împărțind celula în două. Apoi, celuloza este depusă pe noua membrană plasmatică și formează noul perete celular.

Meioză

Meioza este un tip de diviziune celulară care reduce numărul de cromozomi în jumătate. Astfel, o celulă diploidă se împarte în patru celule fiice haploide. Mioza apare în celulele germinale și dă naștere la gameți.

Etapele meiozei constau din două diviziuni ale nucleului și citoplasmei, respectiv meioza I și meioza II. În timpul meiozei I, membrii fiecărei perechi de cromozomi omologi se separă. În timpul meiozei II, cromatidele surori se separă și se produc patru celule haploide.

Fiecare etapă a mitozei este împărțită în faza, prometafază, metafază, anafază și telofază.

Meioza I

- Faza I. Cromozomii se condensează și începe să se formeze fusul. ADN-ul s-a dublat. Fiecare cromozom este format din cromatide surori, atașate centromerului. Cromozomii homologi se împerechează în timpul sinapsei, permițând traversarea, ceea ce este esențial pentru producerea de gameți diferiți.

- Metafază I. Perechea de cromozomi omologi se aliniază de-a lungul plăcii metafazei. Chiasma ajută la menținerea perechilor împreună. Microtubulii kinetochorei la fiecare pol se leagă la un centromer al unui cromozom omolog.

- Anafază I. Microtubulele kinetochorei sunt scurtate și perechile omologe sunt separate. Un omolog duplicat se duce la un pol al celulei, în timp ce celălalt omolog duplicat se duce la cealaltă parte a polului.

- Telofază I. Omologi separati formează un grup la fiecare pol al celulei. Se formează plicul nuclear. Citokineza se întâmplă. Celulele rezultate au jumătate din numărul de cromozomi ai celulei originale.

Meiosis II

- Faza II. În fiecare celulă se formează un fus nou și membrana celulară dispare.

- Metafază II. Formarea axului este finalizată. Cromozomii au cromatide surori, unite la centromer, aliniate de-a lungul plăcii metafazei. Microtubulele kinetochorei care pornesc de la poli opuși se leagă de centromi.

- Anafază II. Microtubulii scurtează, centromerii se împart, cromatidele surori se separă și se deplasează spre poli opuși.

- Telofază II. Plicul nuclear se formează în jurul a patru grupuri de cromozomi: se formează patru celule haploide.

Importanţă

Câteva exemple ilustrează importanța diferitelor tipuri de diviziune celulară.

- Mitoză. Ciclul celular are puncte ireversibile (replicarea ADN-ului, separarea cromatidelor surori) și punctele de control (G1 / S). Proteina p53 este cheia punctului de control G1. Această proteină detectează deteriorarea ADN-ului, oprește diviziunea celulară și stimulează activitatea enzimelor care reparează deteriorarea.

În mai mult de 50% din cancerele umane, proteina p53 are mutații care anulează capacitatea sa de a lega secvențe de ADN specifice. Mutațiile din p53 pot fi cauzate de cancerigeni, cum ar fi benzopirenul în fumul de țigară.

- Mioză. Este asociat cu reproducerea sexuală. Din punct de vedere evolutiv, se crede că reproducerea sexuală a apărut ca un proces de reparare a ADN-ului. Astfel, deteriorarea unui cromozom poate fi reparată pe baza informațiilor din cromozomul omolog.

Se crede că starea diploidă a fost tranzitorie în organismele antice, dar a devenit mai relevantă pe măsură ce genomul a devenit mai mare. În aceste organisme, reproducerea sexuală are funcția de completare, reparare a ADN-ului și variație genetică.

Referințe

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., și colab. 2007. Biologia moleculară a celulei. Garland Science, New York.
2. Bernstein, H., Byers, GS, Michod, RE 1981. Evoluția reproducerii sexuale: importanța reparației, completării și variației ADN-ului. Naturalist american, 117, 537-549.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Biologie celulară și moleculară. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires.
4. Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Singer, SR 2005 Biologie. Învățământ superior, Boston.
5. Solomon, BM, Berg, LR, Martin, DW 2008. Biologie. Thomson, SUA.