Cell Division: Handige notities over celdeling bij dieren (2071 woorden)

Lees dit artikel om meer te weten te komen over het proces van celdeling bij dieren!

Een enkele cel wordt geleidelijk groter en krijgt voeding van de omgeving door diffusie en andere fysisch-chemische processen. Wanneer de cel voldoende is vergroot, wordt de afstand tussen het celmembraan en de kern zodanig vergroot dat de voeding van de cel door diffusie lijdt. Daarom is de verdeling van de cel in twee kleine dochtercellen een biologische noodzaak om de cel een rechtvaardige voeding te geven.

Afbeelding met dank aan: edupic.net/Images/Mitosis/telophase_3D.png

De stimulus voor celdeling is afgeleid van de genen van nucleair DNA die de synthese van eiwitmacromoleculen door het RNA organiseert. Een chemische verbinding bekend als chalone wordt lokaal gedetecteerd in normaal weefsel dat de celdeling in een bepaald stadium remt. Wanneer het weefsel gedeeltelijk is beschadigd, valt het niveau van de kelk af en verdelen de cellen totdat de normale celpopulatie van het weefsel is hersteld.

De celdeling kan direct of indirect zijn.

Directe verdeling (amitosis):

Het proces is erg snel, voltooid binnen een paar minuten. In het begin vernauwt de kern zich in het midden en verdeelt zich vervolgens, gevolgd door deling van het cytoplasma van de cel (Fig. 3-1).

Mogelijk vindt de amitotische deling niet plaats bij zoogdiersoorten, tenzij de cellen pathologisch zijn.

Indirecte divisie:

Het presenteert twee soorten: mitose en meiose. Bij beide typen celdeling zijn twee processen betrokken: karyokinese of nucleaire deling en cytokinese of cytoplasmatische deling.

mitose:

Het is de meest gebruikelijke methode voor celdeling en komt voor in alle somatische cellen en onrijpe kiemcellen. De twee dochtercellen zijn identiek in het aantal chromosomen en in de verdeling van de genen zoals in de moedercel. Vandaar dat mitose homotypisch wordt genoemd of gelijkstelling.

Het proces duurt ongeveer 1 tot 2 _1/2 uur om te voltooien. Mitose kan symmetrisch of asymmetrisch zijn. Bij symmetrische mitose zijn de functionele potentialiteiten van de dochtercellen vergelijkbaar. Bij asymmetrische mitose is een dochtercel echter meer gedifferentieerd dan de andere cel.

Dit is de basis van de celdifferentiatie van onverschillige stamcellen. Voordat de cel zich verdeelt, bestaat er een periode die bekend staat als interfase waarin de individuele chromosomen niet zichtbaar zijn omdat ze worden afgewikkeld in zeer lange, smalle structuren zodat ze onder de limieten liggen van resolutie van lichtmicroscoop. Tijdens de interfase bezit de kern van de cel een nucleaire envelop en bevat een netwerk van chromatinedraden of granules en een nucleolus. Replicatie van DNA vindt plaats in de chromosomen. Buiten de nucleaire envelop bevinden zich twee gepaarde centriolen in het cytofasma.

Mitose omvat vier opeenvolgende processen: profase, metafase, anafase en telofase. (Fig. 3-2)

prophase:

Het wordt gekenmerkt door de volgende kenmerken

(i) De afzonderlijke chromosomen worden eerst onder de microscoop als lange dunne draden gevisualiseerd, omdat ze over de gehele lengte strak opgerold zijn. Elk chromosoom splitst in lengterichting in twee chromatiden behalve in het centromeer.

(ii) De twee gepaarde centriolen worden van elkaar gescheiden door verlenging van de continue microtubuli van de achromatische spil en nemen de tegenovergestelde polen van de kern in. De continue microtubuli worden georganiseerd door de centriolen.

(iii) Vervolgens verdwijnen de kernmembraan en de nucleolus. De chromosomen zijn nu verstrikt in een netwerk van continue microtubuli. Deze fase kan de pro-metafase worden genoemd. De profase duurt ongeveer 1 1/2 uur om te voltooien.

Metaphase:

Ondertussen presenteert het centromere gebied van elk chromosoom een ​​bilaterale schijfachtige kinetochoren. Van de kinetochoren is een set chromosomale microtubules georganiseerd en strekt zich bilateraal uit naar de tegenoverliggende centriolen. De groei van de chromosomale microtubuli maakt het mogelijk dat de centromeren van de individuele chromosomen met hun gepaarde chromatiden het equatoriale vlak van de spil innemen. Dit vertegenwoordigt een klassiek beeld van asterformatie in de metafase. De metafase duurt ongeveer 20 minuten.

Colchicine arresteert de celdeling op metafase, omdat het de vorming van microtubuli van de spil voorkomt en organisch met het tubuline-eiwit combineert. In met colchicine behandelde metafase (C-metafase) blijkt dat de chromosomen zich rond de centriolen verzamelen. Toepassing van colchicine in celcultuur dient als een belangrijk hulpmiddel in karyotype-onderzoeken.

anafase:

Hier morsten de centromeren in lengterichting en de twee chromatiden scheiden zich af om twee nieuwe chromosomen te vormen. Terwijl de spilvezels samentrekken, scheidt elk paar nieuw gevormde chromosomen zich en migreert naar de tegenovergestelde pool van de spil. Uiteindelijk worden er twee identieke en volledige chromosoom-complementen gevormd. Scheiding van de chromatiden tot twee nieuwe chromosomen vindt plaats door de samentrekking van de chromosomale microtubules, die centrifugale krachten uitoefenen op het centromere gebied van de chromosomen van de tegenoverliggende centriolen. Tegelijkertijd bewegen de continue microtubuli van de tegenoverliggende centriolen naar binnen en vormen het middenlichaam in het centrale gebied van de deelcel, waar de splitsingsgroef verschijnt.

telofase:

Dit is een periode van reorganisatie. De dochterchromosomen worden omhuld door nieuw kernmembraan en de nucleolus verschijnt opnieuw. De chromosomen worden ongedraaid en hun individuele identiteit gaat verloren. Uiteindelijk splitst het cytoplasma zich en worden er twee volledige cellen gevormd.

In het proces van cytokinese ontwikkelt de splitsingsplooi zich rond het voormalige equatoriale vlak van de achromatische spil die nu wordt bezet door het middenlichaam. Mogelijk helpt de samentrekking van de fibrillaire componenten van het cytoplasma in uur-glas vernauwing van de splitsing. Soms worden overblijfselen van het middenlichaam gevonden als kleine cytoplasmatische condensatie onder de celmembranen van elke dochtercel na volledige scheiding.

Celcyclus:

Wanneer cellen van dezelfde soort in celkweek worden gekweekt, vermenigvuldigen ze zich continu met herhaalde mitose. Dergelijke cyclische veranderingen van een cel, met interfase en mitose, staat bekend als de celcyclus. De interfase bestaat uit drie fasen (figuur 3-3) -

(a) G ₁ (Gap 1) stadium, waarin de cel onmiddellijk na voltooiing van mitose binnenkomt en metabolisch actief wordt om enzymen, structurele eiwitten en andere organellen te synthetiseren;

(b) S (Synthese) stadium, waarin replicatie van DNA plaatsvindt om alle genetische informatie van de soort door te geven. Dit beslaat een periode van ongeveer 7 uur en resulteert in de vorming van twee chromatiden die elk chromosoom de karakteristieke x-vormige configuratie geven. Zodra een cel het S-stadium binnengaat, is het toegewijd om de mitose te voltooien;

(c) G2 (Gap 2) stadium verschijnt vóór het begin van de volgende mitose. Het spindelapparaat wordt in deze fase gesynthetiseerd.

Sommige van de lichaamscellen verlaten tijdens het differentiatieproces om een ​​gespecialiseerde functie uit te voeren de celcyclus en treden niet het S-stadium binnen. Van dergelijke cellen wordt gezegd dat ze zich in de _GO- fase bevinden.

Categorieën van de lichaamscellen:

De lichaamscellen vallen onder drie algemene categorieën.

Categorie 1:

Het omvat die lichaamscellen die zich niet in het postnatale leven verdelen. De zenuwcellen zijn het klassieke voorbeeld van deze categorie. Naarmate de leeftijd vordert, worden ze geleidelijk kleiner. Daarom gaan de zenuwcellen niet door de celcyclus.

Categorie 2:

Sommige van de gespecialiseerde lichaamscellen, zoals het darmepitheel en de opperhuid van de huid, worden continu van het lichaamsoppervlak verloren door slijtage en celdood. Om het verlies aan te vullen, worden nieuwe cellen van dezelfde soort continu gereproduceerd door mitose van sommige stamcellen of voorlopercellen. Dus in de tweede categorie wordt een stabiele celpopulatie onderhouden door een proces van celomwenteling.

Categorie 3:

Sommige van de lichaamscellen die tot deze categorie behoren, zijn zeer gespecialiseerd en verdelen zich meestal niet. Ze hebben een lange levensduur. De levercellen zijn voorbeelden van deze categorie. Wanneer tweederde van de lever wordt verwijderd, ondergaan de gespecialiseerde levercellen mitose onder veranderde omstandigheden totdat het oorspronkelijke volume van de lever is hersteld.

Meiosis:

Meiose is het proces van celdeling dat haploïde dochtercellen uit een diploïde oudercel oplevert. Het wordt heterotypische deling genoemd en komt alleen in geslachtscellen voor tijdens de rijping van de gameten. Het bestaat uit twee opeenvolgende divisies (Fig. 3-4)

Eerste Meiotische Divisie

prophase:

Het is verlengd en bestaat uit de volgende vijf fasen:

Leptotene:

Individuele chromosomen zijn zichtbaar als lange dunne draden en karakteristieke geparelde chromomeren verschijnen langs hun lengte. Eén uiteinde van elk chromosoom is bevestigd aan het kernmembraan.

Zygotene:

Homologe chromosomen worden in de lengte in paren opgesteld, waarbij een relatie tussen punt en punt wordt vastgesteld. Dit proces staat bekend als synapsis. Een lid van het paar is moeder en het andere lid is vaderlijk van oorsprong.

pachytene:

Elk chromosoom splitst in lengterichting in twee chromatiden behalve in het centromeer. Daarom worden op verschillende plaatsen vier chromatiden geassembleerd. Dit fenomeen staat bekend als de tetrad-formatie. Gedurende het hele profetische proces ondergaan de chromosomen een spiraal
hun lengte; daardoor worden ze geleidelijk verkort en verdikt.

diploteen:

Tijdens deze fase kruisen de niet-zuster-chromatiden van een tetrad elkaar op een of meer punten die het chi- mama vormen. Op het moment van kruising breken de chromatiden met behulp van een enzym endonuclease en verenigen zich met een segment van niet-zuster chromatiden van homologe chromosomen, gekatalyseerd door een ander enzym, ligase. Dit fenomeen staat bekend als de cross-over. De cross-over maakt een voortdurende herverdeling van de genen mogelijk, zodat nieuwe en soms voordelige combinaties kunnen plaatsvinden. Dit vormt de structurele basis van erfelijke diversiteit tussen individuen afkomstig van dezelfde afstammeling.

diakinese:

Nu trekken homologe centromeren uit elkaar en worden de chromosomen gescheiden na het afrollen. Ondertussen verdwijnen het kernmembraan en de nucleolus.

Metafase I:

Na het oversteken liggen de homologe paren chromosomen op één lijn in het equatoriale vlak van de spil.

Anafase I:

Centomeren delen zich niet en de homologe paren chromosomen scheiden zich van elkaar en migreren naar de tegenovergestelde polen van de spil die hun paar chromatiden dragen.

Telophase I:

(i) Elk van de twee dochtercellen presenteert de helft van het oorspronkelijke aantal chromosomen (haploïde). De eerste meiotische deling wordt soms een reductiedeling genoemd;

(ii) Er is herverdeling van het genetische materiaal als gevolg van cross-over.

Tweede Meiotische Divisie:

Elk van de dochtercellen van de eerste divisie komt recht in Metaphase II binnen en de chromosomen komen overeen in de nieuwe equatoriale vlakken van de spil. DNA-replicatie vindt niet plaats tussen de eerste en tweede meiotische deling.

Anaphase II:

De centromeren verdelen zich, en de chromatiden scheiden zich om nieuwe chromosomen te vormen die migreren naar de tegenovergestelde polen van de spil.

Telophase II:

Vier gameten worden gevormd uit de twee cellen van de eerste meiotische deling, elk met een haploïde aantal chromosomen. Dit is geassocieerd met de synthese van één polynucleotidestreng om een ​​typisch dubbel helixmodel van een DNA-molecuul te herstellen. De tweede meiotische deling is een gelijkende deling van de reeds gereduceerde eerste.

Eigenaardigheden in meiose:

(a) In tegenstelling tot mitose, worden het uiterlijk van de chromomeren en het paren van homologe chromosomen in de vorm van de synapsis waargenomen in de vroege profase van de eerste meiotische deling.

(b) Het oversteken van homologe segmenten tussen de vier chromatiden, in de late profase, is een noviteit. Door oversteken is een voortdurende herverdeling van genen mogelijk, zodat nieuwe en soms voordelige combinaties kunnen optreden.

(c) In Anafase I, delen centromeren zich niet, en dit culmineert in reductiedeling van eerste meiose met haploïde aantal chromosomen.

(d) In Anafase II delen centromeren zich en dit handhaaft het haploïde aantal chromosomen. Vier haploïde cellen worden gevormd uit een dipliod grootmoedercel. Deze meiootische producten worden vervolgens getransformeerd in functionele gameten - spermatozoa en eicellen,

(e) Verminderingsverdeling in meiose is een noodzaak, omdat wanneer de eicel wordt bevrucht door het sperma, de resulterende zygoot een diploïde aantal chromosomen presenteert, dat constant is voor de soort.

(f) In de oögenese begint meiose I in de primaire eicel in het intra-uteriene leven en is compleet vlak voor de eisprong. Na de ovulatie voltooit de secundaire oöcyt de Meiose II om een ​​volwassen eicel te vormen, alleen wanneer bemesting plaatsvindt. Dit is alleen beschikbaar in de mensheid waarin de voltooiing van Meiose I ongeveer 15 tot 45 jaar vereist is. Een dergelijke langere periode van meiose bij oudere vrouwen zou een factor van niet-disjunctie kunnen zijn in de gametogenese.

Eén primaire eicel (diploïde) geeft meestal aanleiding tot één volwassen eicel (haploïde) na twee opeenvolgende deling. De andere haploïde dochtercellen van twee of drie polaire lichamen die biologisch inert zijn omdat ze een minimale hoeveelheid cytoplasma bezitten.

(g) Spermatogenese vindt plaats in de puberteit, en één primaire spermatocyt (diploïde) geeft aanleiding tot vier actieve haploïde spermatozoa na twee opeenvolgende meiotische deling.

(h) Hoofdkenmerken van meiose zijn:

ik. Er is geen DNA-replicatie tussen Meiose I en Meiose II.

ii. Uitwisseling van genetische materialen tussen homologe chromosomen vindt plaats in Meiose I.

iii. Het hele proces van meiose kan jaren duren in plaats van uren.