การแบ่งเซลล์: ประเภทกระบวนการและความสำคัญ - ชีววิทยา - 2025

การแบ่งเซลล์เป็นกระบวนการที่ทำให้สิ่งมีชีวิตทุกชนิดเติบโตและสืบพันธุ์ได้ ในโปรคาริโอตและยูคาริโอตผลของการแบ่งเซลล์คือเซลล์ลูกสาวที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมเช่นเดียวกับเซลล์เดิม สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากก่อนที่จะแบ่งข้อมูลที่มีอยู่ในดีเอ็นเอซ้ำกัน

ในโปรคาริโอตการแบ่งเกิดขึ้นโดยฟิชชันไบนารี จีโนมของโปรคาริโอตส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลดีเอ็นเอแบบวงกลม แม้ว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะไม่มีนิวเคลียส แต่ดีเอ็นเอก็อยู่ในรูปแบบกะทัดรัดเรียกว่านิวคลีออยด์ซึ่งแตกต่างจากไซโทพลาซึมที่ล้อมรอบ

ที่มา: Retama

ในยูคาริโอตการแบ่งตัวเกิดขึ้นจากไมโทซิสและไมโอซิส จีโนมยูคาริโอตประกอบด้วยดีเอ็นเอจำนวนมากที่จัดอยู่ภายในนิวเคลียส องค์กรนี้ตั้งอยู่บนบรรจุภัณฑ์ของดีเอ็นเอด้วยโปรตีนสร้างโครโมโซมซึ่งประกอบด้วยยีนหลายร้อยหรือหลายพันยีน

ยูคาริโอตที่มีความหลากหลายมากทั้งเซลล์เดียวและเมตาโซอันมีวงจรชีวิตที่สลับระหว่างไมโทซิสและไมโอซิส วัฏจักรเหล่านี้คือ: ก) ไมโอซิส gametic (สัตว์เชื้อราและสาหร่ายบางชนิด) b) ไมโอซิสจากสัตว์ (เชื้อราและโปรโตซัวบางชนิด); และ c) การสลับระหว่างไมโอซิส gametic และ zygotic (พืช)

ประเภท

การแบ่งเซลล์อาจเกิดจากฟิชชันแบบไบนารีไมโทซิสหรือไมโอซิส แต่ละกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์ประเภทนี้มีการอธิบายไว้ด้านล่าง

ฟิชชันไบนารี

โปรคาริโอตฟิชชัน (Prokaryotic fission) ฟิชชันไบนารีเป็นรูปแบบหนึ่งของการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ

ฟิชชันแบบไบนารีประกอบด้วยการแบ่งเซลล์ที่ก่อให้เกิดเซลล์ลูกสาวสองเซลล์โดยแต่ละเซลล์จะมีสำเนาดีเอ็นเอของเซลล์เดิมที่เหมือนกัน

ก่อนการแบ่งตัวของเซลล์โปรคาริโอตการจำลองแบบดีเอ็นเอจะเกิดขึ้นซึ่งเริ่มต้นที่ตำแหน่งเฉพาะบนดีเอ็นเอที่มีเกลียวสองเส้นเรียกว่าจุดกำเนิดของการจำลองแบบ เอนไซม์การจำลองแบบเคลื่อนที่ไปในทั้งสองทิศทางจากจุดกำเนิดสร้างสำเนาของดีเอ็นเอที่มีเกลียวสองเส้นแต่ละเส้น

หลังจากการจำลองแบบดีเอ็นเอเซลล์จะยืดออกและดีเอ็นเอจะถูกแยกออกจากกันภายในเซลล์ ในทันทีเมมเบรนพลาสม่าใหม่จะเริ่มเติบโตขึ้นตรงกลางเซลล์กลายเป็นกะบัง

กระบวนการนี้ได้รับการอำนวยความสะดวกโดยโปรตีน FtsZ ซึ่งได้รับการอนุรักษ์อย่างดีในเชิงวิวัฒนาการในโปรคาริโอตรวมถึง Archaea ในที่สุดเซลล์ก็แบ่งตัว

วัฏจักรของเซลล์และไมโทซิส

ขั้นตอนที่เซลล์ยูคาริโอตผ่านระหว่างเซลล์สองส่วนที่ต่อเนื่องกันเรียกว่าวัฏจักรของเซลล์ ระยะเวลาของวัฏจักรของเซลล์แตกต่างกันไปตั้งแต่ไม่กี่นาทีถึงเดือนขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์

วัฏจักรของเซลล์แบ่งออกเป็นสองขั้นตอนคือเฟส M และส่วนต่อประสาน สองกระบวนการเกิดขึ้นในระยะ M เรียกว่าไมโทซิสและไซโตไคเนซิส ไมโทซิสประกอบด้วยการแบ่งนิวเคลียร์ จำนวนโครโมโซมและประเภทเดียวกันที่มีอยู่ในนิวเคลียสดั้งเดิมพบได้ในนิวเคลียสของลูกสาว เซลล์ร่างกายของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์แบ่งโดยไมโทซิส

Cytokinesis ประกอบด้วยการแบ่งไซโทพลาสซึมเพื่อสร้างเซลล์ลูกสาว

อินเทอร์เฟซมีสามเฟส: 1) G1 เซลล์เติบโตและใช้เวลาส่วนใหญ่ในระยะนี้ 2) S, การทำซ้ำจีโนม; และ 3) G2 การจำลองแบบของไมโทคอนเดรียและออร์แกเนลล์อื่น ๆ การควบแน่นของโครโมโซมและการประกอบไมโครทูบูลท่ามกลางเหตุการณ์อื่น ๆ

ขั้นตอนของไมโทซิส

ไมโทซิสเริ่มต้นด้วยการสิ้นสุดของระยะ G2 และแบ่งออกเป็นห้าขั้นตอน: การพยากรณ์, โพรเมทาเฟส, เมทาเฟส, แอนาเฟสและเทโลเฟส ทั้งหมดเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง

แวะ

แวะ Leomonaci98 จาก Wikimedia Commons

ในขั้นตอนนี้การประกอบแกนหมุนไมโทติกหรืออุปกรณ์ไมโทติกเป็นเหตุการณ์หลัก การพยากรณ์เริ่มต้นด้วยการบดอัดของโครมาตินสร้างโครโมโซม

โครโมโซมแต่ละตัวมีคู่โครมาทิดน้องสาวที่มีดีเอ็นเอเหมือนกันซึ่งผูกมัดแน่นในบริเวณใกล้เคียงกับเซนโตรเมียร์ สารประกอบเชิงซ้อนของโปรตีนที่เรียกว่า cohesins มีส่วนร่วมในสหภาพนี้

แต่ละเซนโทรเมียร์ติดอยู่กับไคเนโตชอร์ซึ่งเป็นโปรตีนเชิงซ้อนที่จับกับไมโครทูบูล microtubules เหล่านี้อนุญาตให้ถ่ายโอนโครโมโซมแต่ละชุดไปยังเซลล์ลูกสาว Microtubules แผ่ออกมาจากปลายแต่ละด้านของเซลล์และสร้างอุปกรณ์ไมโทติก

ในเซลล์สัตว์ก่อนการพยากรณ์จะเกิดการทำซ้ำของเซนโทรโซมซึ่งเป็นศูนย์จัดระเบียบหลักสำหรับไมโครทูบูลและสถานที่ที่เซนทริโอลของแม่และเด็กมาบรรจบกัน เซนโทรโซมแต่ละอันไปถึงขั้วตรงข้ามของเซลล์สร้างสะพานไมโครทูบูลระหว่างกันเรียกว่าอุปกรณ์ไมโทติก

ในพืชที่มีการวิวัฒนาการเมื่อเร็ว ๆ นี้ไม่เหมือนกับเซลล์ของสัตว์ไม่มีเซนโทรโซมและที่มาของ microtubules นั้นไม่ชัดเจน ในเซลล์สังเคราะห์แสงที่มีต้นกำเนิดวิวัฒนาการเก่าเช่นสาหร่ายสีเขียวจะมีเซนโทรโซม

Prometaphase

Leomonaci98

ไมโทซิสจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการแยกโครโมโซมและการกระจายของซองนิวเคลียร์ของนิวเคลียสรูขุมขนที่ซับซ้อนและนิวคลีโอลิ ขึ้นอยู่กับว่าซองนิวเคลียร์ (EN) หายไปหรือไม่และระดับความหนาแน่นของ EN ไมโทซิสมีตั้งแต่ปิดจนถึงเปิดสนิท

ตัวอย่างเช่นใน S. cerevisae ไมโทซิสถูกปิดใน A. nidulans เป็นแบบกึ่งเปิดและในมนุษย์จะเปิดอยู่

ในไมโทซิสแบบปิดจะพบขั้วของแกนหมุนอยู่ภายในซองนิวเคลียร์ซึ่งประกอบด้วยจุดนิวเคลียสของไมโครทิวบ์นิวเคลียร์และไซโทพลาสซึม microtubules ของ cytoplasmic ทำปฏิกิริยากับเปลือกนอกของเซลล์และกับ kinetochores ของโครโมโซม

ในไมโทซิสกึ่งเปิดเนื่องจาก EN ถูกแยกชิ้นส่วนออกบางส่วนพื้นที่นิวเคลียร์จะถูกบุกรุกโดยไมโครทูบิวลานิวคลีเอตจากเซนโตรโซมและผ่านช่องเปิดสองช่องใน EN ทำให้เกิดการรวมกลุ่มที่ล้อมรอบด้วย EN

ในไมโทซิสแบบเปิดจะมีการแยกชิ้นส่วน EN ออกอย่างสมบูรณ์อุปกรณ์ไมโทซิสจะเสร็จสมบูรณ์และโครโมโซมจะเริ่มถูกย้ายไปที่ตรงกลางของเซลล์

metaphase

โครโมโซมอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตรของเซลล์ในระหว่างการแพร่กระจายแบบไมโทติก

ใน metaphase โครโมโซมจะเรียงตัวกันที่เส้นศูนย์สูตรของเซลล์ ระนาบจินตภาพที่ตั้งฉากกับแกนของแกนหมุนผ่านเส้นรอบวงด้านในของเซลล์เรียกว่าแผ่นเมทาเฟส

ในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเครื่องมือไมโทติกจะถูกจัดเป็นแกนหมุนไมโทติกกลางและแอสเตอร์คู่หนึ่ง แกนหมุนแบบไมโทติกประกอบด้วยกลุ่มไมโครทูบูลแบบสมมาตรทวิภาคีซึ่งแบ่งออกที่เส้นศูนย์สูตรของเซลล์โดยมีสองซีกตรงข้ามกัน Asters ประกอบด้วยกลุ่ม microtubules ที่ขั้วแต่ละขั้วของแกนหมุน

ในอุปกรณ์ไมโทติกมี microtubules สามกลุ่ม: 1) แอสทรัลซึ่งรวมตัวกันเป็นแอสเตอร์เริ่มจากเซนโทรโซมและแผ่ไปยังคอร์เทกซ์ของเซลล์ 2) ของ kinetochore ซึ่งติดอยู่กับโครโมโซมผ่าน kinetochore; และ 3) ขั้วซึ่งประสานกับ microtubules จากขั้วตรงข้าม

ใน microtubules ทั้งหมดที่อธิบายไว้ข้างต้นปลาย (-) หันหน้าไปทาง centrosome

ในเซลล์พืชถ้าไม่มีเซนโทรโซมแกนหมุนก็คล้ายกับเซลล์สัตว์ แกนหมุนประกอบด้วยสองซีกที่มีขั้วตรงข้ามกัน ปลาย (+) อยู่บนแผ่นเส้นศูนย์สูตร

anaphase

ที่มา: Leomonaci98 จาก Wikimedia Commons

Anaphase แบ่งออกเป็นตอนต้นและตอนปลาย ในช่วงต้น anaphase การแยกโครมาทิดของน้องสาวจะเกิดขึ้น

การแยกนี้เกิดขึ้นเนื่องจากโปรตีนที่รักษาความเป็นสหภาพถูกแยกออกและเนื่องจากมีการสั้นลงของ microtubules ของ kinetochore เมื่อโครมาทิดของน้องสาวทั้งคู่แยกจากกันจะเรียกว่าโครโมโซม

ในระหว่างการเปลี่ยนโครโมโซมไปทางขั้วไคเนโตชอร์จะเคลื่อนที่ไปตามไมโครทูบูลของไคเนโตชอร์เดียวกันกับการแยกส่วนปลาย (+) ของมัน ด้วยเหตุนี้การเคลื่อนที่ของโครโมโซมระหว่างไมโทซิสจึงเป็นกระบวนการแบบพาสซีฟที่ไม่ต้องการโปรตีนจากมอเตอร์

ในช่วงปลายอนาเฟสจะมีการแยกขั้วกันมากขึ้น โปรตีน KRP ที่ติดอยู่กับปลาย (+) ของโพลาร์ไมโครทูบูลในบริเวณที่มีการทับซ้อนกันจะเคลื่อนที่ไปทางปลาย (+) ของไมโครทูบูลขั้วแอนติพาราคู่ที่อยู่ติดกัน ดังนั้น KRP จะผลักไมโครทูบูลขั้วที่อยู่ติดกันไปทางปลาย (-)

ในเซลล์พืชหลังจากการแยกโครโมโซมช่องว่างที่มี microtubules แบบผสมผสานหรือซ้อนทับกันยังคงอยู่ตรงกลางแกนหมุน โครงสร้างนี้ช่วยให้สามารถเริ่มต้นอุปกรณ์ไซโตไคเนติกที่เรียกว่าแฟรกโมพลาสต์

Telophase

Telophase Leomonaci98

ใน telophase มีเหตุการณ์ต่างๆเกิดขึ้น โครโมโซมไปถึงขั้ว จลนศาสตร์หายไป microtubules ที่ขั้วยังคงยืดออกไปเพื่อเตรียมเซลล์สำหรับ cytokinesis ซองจดหมายนิวเคลียร์ถูกสร้างขึ้นใหม่จากชิ้นส่วนของซองจดหมายแม่ นิวคลีโอลัสปรากฏขึ้นอีกครั้ง โครโมโซมถูกแยกตัวออก

Cytokinesis

Cytokinesis เป็นระยะของวัฏจักรของเซลล์ในระหว่างที่เซลล์แบ่งตัว ในเซลล์สัตว์ cytosinesis เกิดขึ้นโดยการรัดของเส้นใยแอกติน เส้นใยเหล่านี้เลื่อนผ่านกันและกันเส้นผ่านศูนย์กลางของสายรัดจะลดลงและร่องแยกจะก่อตัวรอบเส้นรอบวงของเซลล์

ในขณะที่การหดตัวยังคงดำเนินต่อไปซัลคัสจะลึกขึ้นและมีการสร้างสะพานระหว่างเซลล์ขึ้นซึ่งประกอบด้วยส่วนตรงกลาง ในบริเวณตอนกลางของสะพานระหว่างเซลล์คือกลุ่มของไมโครทูบูลซึ่งถูกปกคลุมด้วยเมทริกซ์อิเล็กโทรดเดนซ์

การสลายตัวของสะพานระหว่างเซลล์ระหว่างเซลล์น้องสาวหลังไมโทติกเกิดขึ้นจากการยกเลิก มีสามประเภทของการยกเลิก: 1) กลไกการสลายทางกล; 2) กลไกการเติมโดยถุงภายใน 3) การหดตัวของเมมเบรนในพลาสมาสำหรับฟิชชัน

ในเซลล์พืชส่วนประกอบของเมมเบรนจะรวมตัวกันและเกิดแผ่นเซลล์ขึ้น คราบจุลินทรีย์นี้จะเจริญเติบโตจนมาถึงผิวของพลาสมาเมมเบรนหลอมรวมกับมันและแบ่งเซลล์ออกเป็นสองส่วน จากนั้นเซลลูโลสจะถูกสะสมบนเยื่อหุ้มพลาสมาใหม่และสร้างผนังเซลล์ใหม่

ไมโอซิส

ไมโอซิสคือการแบ่งเซลล์ชนิดหนึ่งที่ลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่ง ดังนั้นเซลล์ซ้ำแบ่งออกเป็นสี่เซลล์ลูกสาวเดี่ยว ไมโอซิสเกิดขึ้นในเซลล์สืบพันธุ์และก่อให้เกิด gametes

ขั้นตอนของไมโอซิสประกอบด้วยสองส่วนของนิวเคลียสและไซโทพลาสซึม ได้แก่ ไมโอซิส I และไมโอซิส II ระหว่างไมโอซิส I สมาชิกของโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันแต่ละคู่จะแยกจากกัน ในช่วงไมโอซิส II โครมาทิดของน้องสาวจะแยกออกจากกันและสร้างเซลล์ฮาพลอยด์สี่เซลล์

แต่ละขั้นตอนของ mitosis แบ่งออกเป็น prophase, prometaphase, metaphase, anaphase และ telophase

ไมโอซิสฉัน

- คำทำนาย I. โครโมโซมควบแน่นและแกนหมุนเริ่มก่อตัว ดีเอ็นเอเพิ่มขึ้นสองเท่า โครโมโซมแต่ละตัวประกอบด้วยโครมาทิดน้องสาวซึ่งติดอยู่กับเซนโทรเมียร์ โครโมโซมที่คล้ายคลึงกันระหว่างไซแนปส์ทำให้สามารถข้ามไปมาได้ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการสร้าง gametes ที่แตกต่างกัน

- Metaphase I. โครโมโซม homologous ทั้งคู่เรียงตัวกันตามแผ่น metaphase Chiasm ช่วยยึดทั้งคู่ไว้ด้วยกัน Microtubules ของ kinetochore ที่ขั้วแต่ละอันจับกับ centromere ของโครโมโซม homologous

- Anaphase I. microtubules ของ kinetochore จะสั้นลงและคู่ที่คล้ายคลึงกันจะถูกแยกออก โฮโมโลแกรมที่ซ้ำกันหนึ่งอันไปที่ขั้วหนึ่งของเซลล์ในขณะที่โฮโมโลแกรมที่ซ้ำกันอีกอันหนึ่งไปที่อีกด้านหนึ่งของขั้ว

- Telophase I. homologues ที่แยกจากกันสร้างกลุ่มที่ขั้วแต่ละขั้วของเซลล์ ซองจดหมายนิวเคลียร์กลับมาสร้างใหม่ Cytokinesis เกิดขึ้น เซลล์ที่ได้จะมีจำนวนโครโมโซมครึ่งหนึ่งของเซลล์เดิม

ไมโอซิส II

- คำทำนาย II แกนหมุนใหม่ก่อตัวขึ้นในแต่ละเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์จะหายไป

- Metaphase II. การสร้างแกนเสร็จสมบูรณ์ โครโมโซมมีโครมาทิดแบบน้องสาวร่วมอยู่ที่เซนโตรเมียร์โดยเรียงตัวตามแผ่นเมทาเฟส microtubules ของ kinetochore ที่เริ่มจากขั้วตรงข้ามผูกกับ centromeres

- อนาเฟส II. Microtubules สั้นลงแบ่ง centromeres โครมาทิดน้องสาวแยกจากกันและเคลื่อนที่ไปยังขั้วตรงข้าม

- Telophase II. ซองจดหมายนิวเคลียร์ประกอบด้วยโครโมโซมสี่กลุ่ม: เซลล์เดี่ยวสี่เซลล์ถูกสร้างขึ้น

ความสำคัญ

ตัวอย่างบางส่วนแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการแบ่งเซลล์ประเภทต่างๆ

- ไมโทซิส วัฏจักรของเซลล์มีจุดที่ย้อนกลับไม่ได้ (การจำลองแบบดีเอ็นเอการแยกโครมาทิดน้องสาว) และจุดตรวจ (G1 / S) โปรตีน p53 เป็นกุญแจสำคัญในด่าน G1 โปรตีนนี้ตรวจจับความเสียหายของดีเอ็นเอหยุดการแบ่งตัวของเซลล์และกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ที่ซ่อมแซมความเสียหาย

ในมะเร็งของมนุษย์มากกว่า 50% โปรตีน p53 มีการกลายพันธุ์ที่ทำให้ความสามารถในการจับลำดับดีเอ็นเอเฉพาะเป็นโมฆะ การกลายพันธุ์ใน p53 อาจเกิดจากสารก่อมะเร็งเช่นเบนโซพรีนในควันบุหรี่

- ไมโอซิส มันเกี่ยวข้องกับการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ จากมุมมองของวิวัฒนาการเชื่อว่าการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศเกิดขึ้นเป็นกระบวนการซ่อมแซมดีเอ็นเอ ดังนั้นความเสียหายของโครโมโซมสามารถซ่อมแซมได้โดยอาศัยข้อมูลจากโครโมโซมที่เป็นเนื้อเดียวกัน

เชื่อกันว่าสถานะ diploid เป็นสิ่งมีชีวิตในสมัยโบราณ แต่มีความเกี่ยวข้องมากขึ้นเมื่อจีโนมมีขนาดใหญ่ขึ้น ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศมีหน้าที่ในการเสริมสร้างการซ่อมแซมดีเอ็นเอและการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม

อ้างอิง

1. Alberts, B. , Johnson, A. , Lewis, J. , et al. 2550. อณูชีววิทยาของเซลล์. Garland Science, นิวยอร์ก
2. Bernstein, H. , Byers, GS, Michod, RE 1981 วิวัฒนาการของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ: ความสำคัญของการซ่อมแซมดีเอ็นเอการเติมเต็มและการเปลี่ยนแปลง นักธรรมชาติวิทยาชาวอเมริกัน, 117, 537-549
3. Lodish, H. , Berk, A. , Zipurski, SL, Matsudaria, P. , Baltimore, D. , Darnell, J. 2003. เซลล์และอณูชีววิทยา บทความข่าว Medica Panamericana, Buenos Aires
4. Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Singer, SR 2005 ชีววิทยา อุดมศึกษาบอสตัน.
5. Solomon, BM, Berg, LR, Martin, DW 2008. ชีววิทยา. ทอมสันสหรัฐอเมริกา