MITOSIS: ขั้นตอนและลักษณะหน้าที่และสิ่งมีชีวิต - ชีววิทยา

เซลล์เป็นกระบวนการแบ่งเซลล์ที่เซลล์ที่ผลิตเซลล์ลูกสาวเหมือนกันทางพันธุกรรม; "ลูกสาว" สองคนที่มีภาระโครโมโซมเท่ากันจะถูกสร้างขึ้นสำหรับแต่ละเซลล์ การแบ่งตัวนี้เกิดขึ้นในเซลล์ร่างกายของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต

กระบวนการนี้เป็นหนึ่งในขั้นตอนของวัฏจักรเซลล์ของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตซึ่งประกอบด้วย 4 ขั้นตอน: S (การสังเคราะห์ดีเอ็นเอ), M (การแบ่งเซลล์), G1 และ G2 (ขั้นตอนกลางที่สร้าง mRNAs และโปรตีน) . เมื่อรวมกันเฟส G1, G2 และ S ถือเป็นอินเทอร์เฟซ การแบ่งนิวเคลียสและไซโตพลาสซึม (ไมโทซิสและไซโตไคเนซิส) เป็นขั้นตอนสุดท้ายของวงจรเซลล์

ภาพรวมของ mitosis ที่มา: Viswaprabha

ในระดับโมเลกุลไมโทซิสเริ่มต้นโดยการกระตุ้นของไคเนส (โปรตีน) ที่เรียกว่า MPF (Maturation Promoting Factor) และผลจากการฟอสโฟรีเลชันที่เป็นผลมาจากโปรตีนที่เป็นส่วนประกอบของเซลล์จำนวนมาก หลังช่วยให้เซลล์นำเสนอการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาที่จำเป็นในการดำเนินกระบวนการแบ่งตัว

Mitosis เป็นกระบวนการที่ไม่มีเพศสัมพันธ์เนื่องจากเซลล์ต้นกำเนิดและลูกสาวของมันมีข้อมูลทางพันธุกรรมเหมือนกันทุกประการ เซลล์เหล่านี้เรียกว่า diploid เนื่องจากมีภาระโครโมโซมที่สมบูรณ์ (2n)

ในทางกลับกันไมโอซิสเป็นกระบวนการแบ่งเซลล์ที่นำไปสู่การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ในกระบวนการนี้เซลล์ต้นกำเนิดซ้ำจะจำลองโครโมโซมของมันแล้วแบ่งสองครั้งติดต่อกัน (โดยไม่ต้องจำลองข้อมูลทางพันธุกรรม) ในที่สุดเซลล์ลูกสาว 4 เซลล์จะถูกสร้างขึ้นโดยมีปริมาณโครโมโซมเพียงครึ่งหนึ่งซึ่งเรียกว่า haploid (n)

ภาพรวมของ mitosis

ไมโทซิสในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวโดยทั่วไปจะสร้างเซลล์ลูกสาวที่มีลักษณะใกล้เคียงกับบรรพบุรุษของพวกมันมาก ในทางตรงกันข้ามในระหว่างการพัฒนาสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์กระบวนการนี้สามารถก่อให้เกิดเซลล์สองเซลล์ที่มีลักษณะแตกต่างกันบางประการ (แม้ว่าจะมีความเหมือนกันทางพันธุกรรมก็ตาม)

ความแตกต่างของเซลล์นี้ก่อให้เกิดเซลล์ประเภทต่างๆที่ประกอบขึ้นเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

ในช่วงชีวิตของสิ่งมีชีวิตวัฏจักรของเซลล์เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องสร้างเซลล์ใหม่อย่างต่อเนื่องซึ่งจะเติบโตและเตรียมที่จะแบ่งตัวโดยไมโทซิส

การเจริญเติบโตและการแบ่งตัวของเซลล์ถูกควบคุมโดยกลไกเช่นการตายของเซลล์ (การตายของเซลล์ตามโปรแกรม) ซึ่งจะช่วยรักษาสมดุลหลีกเลี่ยงการเติบโตของเนื้อเยื่อส่วนเกิน ด้วยวิธีนี้จึงมั่นใจได้ว่าเซลล์ที่มีข้อบกพร่องจะถูกแทนที่ด้วยเซลล์ใหม่ตามความต้องการและความต้องการของร่างกาย

กระบวนการนี้เกี่ยวข้องอย่างไร?

ความสามารถในการสืบพันธุ์เป็นลักษณะที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด (จากเซลล์เดียวไปจนถึงหลายเซลล์) และของเซลล์ที่ประกอบกัน คุณภาพนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความต่อเนื่องของข้อมูลทางพันธุกรรมของคุณ

การทำความเข้าใจกระบวนการไมโทซิสและไมโอซิสมีบทบาทพื้นฐานในการทำความเข้าใจลักษณะเซลล์ที่น่าสนใจของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่นคุณสมบัติของการรักษาจำนวนโครโมโซมให้คงที่จากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งภายในแต่ละบุคคลและระหว่างบุคคลในสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน

เมื่อเราต้องทนทุกข์ทรมานจากบาดแผลหรือบาดแผลบางประเภทบนผิวหนังของเราเราจะสังเกตว่าภายในไม่กี่วันผิวที่เสียหายจะฟื้นตัว สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากกระบวนการไมโทซิส

ขั้นตอนและลักษณะของพวกเขา

โดยทั่วไปไมโทซิสเป็นไปตามลำดับขั้นตอนของกระบวนการ (เฟส) เดียวกันในเซลล์ยูคาริโอตทั้งหมด ในระยะเหล่านี้การเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาหลายอย่างเกิดขึ้นในเซลล์ ในหมู่พวกเขาการควบแน่นของโครโมโซมการแตกของเยื่อหุ้มเซลล์นิวเคลียร์การแยกเซลล์ออกจากเมทริกซ์นอกเซลล์และเซลล์อื่น ๆ และการแบ่งไซโทพลาสซึม

ในบางกรณีการแบ่งนิวเคลียร์และการแบ่งไซโตพลาสซึมถือเป็นระยะที่แตกต่างกัน (ไมโทซิสและไซโตไคเนซิสตามลำดับ)

เพื่อการศึกษาและทำความเข้าใจกระบวนการที่ดีขึ้นจึงมีการกำหนดขั้นตอนหก (6) ขั้นตอนเรียกว่า: prophase, prometaphase, metaphase, anaphase และ telophase จากนั้น cytokinesis ถือเป็นระยะที่หกซึ่งเริ่มพัฒนาในช่วง anaphase

Telophase เป็นระยะสุดท้ายของไมโทซิส นำมาจาก https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg ผ่าน Wikimedia Commons

ขั้นตอนเหล่านี้ได้รับการศึกษาตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงดังนั้นปัจจุบันจึงสามารถจดจำได้ง่ายตามลักษณะทางสัณฐานวิทยาที่เซลล์นำเสนอเช่นการควบแน่นของโครโมโซมและการก่อตัวของแกนไมโทติก

แวะ

แวะ Leomonaci98 จาก Wikimedia Commons

Prophase เป็นอาการแรกที่มองเห็นได้ของการแบ่งเซลล์ ในระยะนี้ลักษณะของโครโมโซมสามารถมองเห็นได้ในรูปแบบที่แยกแยะได้เนื่องจากการบดอัดของโครมาตินแบบก้าวหน้า การควบแน่นของโครโมโซมนี้เริ่มต้นด้วยการฟอสโฟรีเลชันของโมเลกุลฮิสโตน H1 โดย MPF ไคเนส

กระบวนการควบแน่นประกอบด้วยการหดตัวและดังนั้นการลดขนาดของโครโมโซม สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการขดตัวของเส้นใยโครมาตินทำให้เกิดโครงสร้างที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ง่ายขึ้น (โครโมโซมแบบไมโทติก)

โครโมโซมที่ทำซ้ำก่อนหน้านี้ในช่วง S ของวัฏจักรเซลล์มีลักษณะเป็นเกลียวสองเส้นเรียกว่าโครมาทิดน้องสาวเส้นเหล่านี้จะจับกันผ่านบริเวณที่เรียกว่าเซนโตรเมียร์ ในระยะนี้นิวคลีโอลีก็หายไปด้วย

การสร้างแกนหมุนแบบไมโทติก

โดย Silvia3 จาก Wikimedia Commons

ในระหว่างการพยากรณ์แกนหมุนไมโทติกจะถูกสร้างขึ้นซึ่งประกอบด้วยไมโครทูบูลและโปรตีนที่ประกอบกันเป็นชุดของเส้นใย

ในขณะที่แกนหมุนก่อตัวขึ้น microtubules ของโครงร่างโครงร่างจะถูกแยกชิ้นส่วน (โดยการปิดใช้งานโปรตีนที่รักษาโครงสร้างของมัน) ซึ่งเป็นวัสดุที่จำเป็นสำหรับการสร้างแกนไมโทติกดังกล่าว

เซนโทรโซม (ออร์แกเนลล์ที่ไม่มีเมมเบรนซึ่งทำหน้าที่ในวัฏจักรของเซลล์) ทำซ้ำที่ส่วนต่อประสานทำหน้าที่เป็นหน่วยประกอบของไมโครทิวบ์สปินเดิล ในเซลล์สัตว์เซนโทรโซมมีอยู่ตรงกลางเซนทริโอลคู่หนึ่ง แต่สิ่งเหล่านี้ไม่มีอยู่ในเซลล์พืชส่วนใหญ่

เซนโทรโซมที่ซ้ำกันจะเริ่มแยกออกจากกันในขณะที่ไมโครทูบของแกนหมุนรวมตัวกันในแต่ละอันเริ่มที่จะย้ายไปยังปลายอีกด้านของเซลล์

ในตอนท้ายของการทำนายการแตกของซองนิวเคลียร์จะเริ่มขึ้นโดยเกิดขึ้นในกระบวนการที่แยกจากกัน: การแยกชิ้นส่วนของรูขุมขนนิวเคลียร์แผ่นเคลือบนิวเคลียร์และเยื่อหุ้มนิวเคลียร์ การหยุดพักนี้ช่วยให้แกนหมุน mitotic และโครโมโซมเริ่มมีปฏิสัมพันธ์

Prometaphase

Leomonaci98

ในขั้นตอนนี้ซองนิวเคลียร์ถูกแยกส่วนอย่างสมบูรณ์เพื่อให้ไมโครทูบูลของแกนหมุนบุกเข้ามาในบริเวณนี้โดยมีปฏิสัมพันธ์กับโครโมโซม เซนโทรโซมทั้งสองแยกออกจากกันโดยแต่ละตำแหน่งอยู่ที่ขั้วของแกนหมุนไมโทซิสที่ปลายอีกด้านของเซลล์

ตอนนี้แกนหมุน mitotic ประกอบด้วย microtubules (ซึ่งขยายจากแต่ละเซนโทรโซมไปยังศูนย์กลางของเซลล์) เซนโทรโซมและแอสเตอร์คู่หนึ่ง (โครงสร้างที่มีการกระจายตัวของไมโครทูบสั้นในแนวรัศมีซึ่งแผ่ออกจากแต่ละเซนโทรโซม)

โครมาทิดแต่ละตัวพัฒนาโครงสร้างโปรตีนเฉพาะที่เรียกว่าไคเนโตชอร์ซึ่งอยู่ในเซนโทรเมียร์ Kinetochores เหล่านี้ตั้งอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามและ microtubules บางตัวเรียกว่า kinetochore microtubules เกาะติดอยู่

microtubules เหล่านี้ติดอยู่กับ kinetochore เริ่มเคลื่อนไปยังโครโมโซมจากส่วนปลายที่ขยายออกไป บางส่วนจากขั้วหนึ่งและอีกขั้วหนึ่งจากขั้วตรงข้าม สิ่งนี้จะทำให้เกิดผล "ดึงและหด" ซึ่งเมื่อมีความเสถียรจะทำให้โครโมโซมสิ้นสุดลงซึ่งอยู่ระหว่างปลายเซลล์

metaphase

โครโมโซมอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตรของเซลล์ในระหว่างการแพร่กระจายแบบไมโทติก

ในเมตาเฟสเซนโทรโซมจะอยู่ที่ปลายด้านตรงข้ามของเซลล์ แกนหมุนแสดงโครงสร้างที่ชัดเจนซึ่งอยู่ตรงกลางของโครโมโซม เซนโทรเมียร์ของโครโมโซมเหล่านี้ยึดติดกับเส้นใยและจัดแนวในระนาบจินตภาพที่เรียกว่าแผ่นเมทาเฟส

Chromatid kinetochores ยังคงติดอยู่กับ kinetochore microtubules Microtubules ที่ไม่ยึดติดกับ kinetochores และขยายจากขั้วตรงข้ามของแกนหมุนในขณะนี้มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน เมื่อถึงจุดนี้ microtubules จากแอสเตอร์จะสัมผัสกับเมมเบรนของพลาสมา

การเติบโตและการทำงานร่วมกันของ microtubules นี้ทำให้โครงสร้างของ mitotic spindle สมบูรณ์ทำให้มีลักษณะเป็น "กรงนก"

ในทางสัณฐานวิทยาระยะนี้เป็นระยะที่มีการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุดซึ่งเป็นสาเหตุที่ถือว่าเป็นระยะพัก อย่างไรก็ตามแม้ว่าจะไม่สามารถสังเกตเห็นได้ง่าย แต่กระบวนการที่สำคัญหลายอย่างเกิดขึ้นในนั้นนอกเหนือจากการเป็นไมโทซิสที่ยาวที่สุด

anaphase

ที่มา: Leomonaci98 จาก Wikimedia Commons

ในระหว่างอะนาเฟสโครมาทิดแต่ละคู่จะเริ่มแยกจากกัน (เนื่องจากการหยุดทำงานของโปรตีนที่จับกัน) โครโมโซมที่แยกจากกันจะเคลื่อนที่ไปยังปลายอีกด้านของเซลล์

การเคลื่อนย้ายนี้เกิดจากการที่ microtubules ของ kinetochore สั้นลงทำให้เกิดผล "ดึง" ที่ทำให้โครโมโซมแต่ละตัวเคลื่อนที่จากเซนโทรเมียร์ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของเซนโทรเมียร์บนโครโมโซมอาจมีรูปร่างเฉพาะเช่น V หรือ J

Microtubules ไม่ยึดติดกับ kinetochore เติบโตและยาวขึ้นโดยการยึดเกาะของ tubulin (โปรตีน) และโดยการกระทำของมอเตอร์โปรตีนที่เคลื่อนที่ไปเหนือพวกมันทำให้การติดต่อระหว่างกันหยุดลง ในขณะที่พวกมันเคลื่อนออกจากกันขั้วของแกนหมุนก็จะยืดเซลล์ออกไปเช่นกัน

ในตอนท้ายของระยะนี้กลุ่มของโครโมโซมจะอยู่ที่ปลายด้านตรงข้ามของแกนหมุนไมโทติกโดยปล่อยให้ปลายเซลล์แต่ละด้านมีชุดโครโมโซมที่สมบูรณ์และเทียบเท่ากัน

Telophase

Telophase Leomonaci98

Telophase เป็นระยะสุดท้ายของการแบ่งนิวเคลียร์ microtubules ของ kinetochore แตกตัวในขณะที่ polar microtubules ยืดออกไปอีก

เยื่อหุ้มเซลล์นิวเคลียร์เริ่มก่อตัวขึ้นรอบ ๆ โครโมโซมแต่ละชุดโดยใช้ซองหุ้มนิวเคลียร์ของเซลล์ต้นกำเนิดซึ่งเป็นเหมือนถุงในไซโทพลาสซึม

ในขั้นตอนนี้โครโมโซมที่อยู่ที่ขั้วเซลล์จะถูกแยกตัวออกอย่างสมบูรณ์เนื่องจากการลดทอนฟอสฟอรัสของโมเลกุลฮิสโตน (H1) การก่อตัวขององค์ประกอบของเมมเบรนนิวเคลียร์ถูกควบคุมโดยกลไกหลายประการ

ในช่วง anaphase โปรตีน phosphorylated จำนวนมากในการพยากรณ์เริ่มเปลี่ยนรูปแบบ dephosphorylate สิ่งนี้ช่วยให้ที่จุดเริ่มต้นของเทโลฟาสถุงนิวเคลียร์จะเริ่มรวมตัวกันใหม่โดยเชื่อมโยงกับพื้นผิวของโครโมโซม

ในทางกลับกันรูขุมขนนิวเคลียร์จะประกอบขึ้นใหม่เพื่อให้สามารถสูบฉีดโปรตีนนิวเคลียร์ได้ โปรตีนของลามินานิวเคลียร์นั้นถูกทำให้ปราศจากฟอสฟอรัสทำให้สามารถเชื่อมโยงกันได้อีกครั้งเพื่อให้การสร้างลามินานิวเคลียร์ดังกล่าวเสร็จสมบูรณ์

ในที่สุดหลังจากที่โครโมโซมแยกตัวออกอย่างสมบูรณ์การสังเคราะห์ RNA จะเริ่มต้นใหม่สร้างนิวคลีโอลิอีกครั้งและทำให้การสร้างนิวเคลียสระหว่างเฟสใหม่ของเซลล์ลูกสาวเสร็จสมบูรณ์

Cytokinesis

Cytokinesis ถูกนำมาใช้เป็นเหตุการณ์ที่แยกต่างหากจากการแบ่งนิวเคลียร์และโดยทั่วไปในเซลล์ทั่วไปกระบวนการแบ่งไซโตพลาสซึมจะมาพร้อมกับแต่ละไมโทซิสโดยเริ่มต้นที่แอนาเฟส การศึกษาหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่าในเอ็มบริโอบางตัวการแบ่งนิวเคลียร์หลายหน่วยเกิดขึ้นก่อนการแบ่งไซโตพลาสซึม

กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยลักษณะของร่องหรือรอยแยกที่ถูกทำเครื่องหมายในระนาบของแผ่นเมทาเฟสเพื่อให้แน่ใจว่าการแบ่งเกิดขึ้นระหว่างกลุ่มของโครโมโซม ตำแหน่งของรอยแยกถูกระบุโดยแกนหมุน mitotic โดยเฉพาะ microtubules ของแอสเตอร์

ในช่องที่ถูกทำเครื่องหมายไว้จะพบชุดไมโครฟิลาเมนต์ที่สร้างวงแหวนตรงไปทางด้านไซโทพลาสซึมของเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยแอกตินและไมโอซิน โปรตีนเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันทำให้วงแหวนหดตัวรอบ ๆ ร่อง

การหดตัวนี้เกิดขึ้นจากการเลื่อนของเส้นใยของโปรตีนเหล่านี้เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กันในลักษณะเดียวกับที่ทำในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ

การหดตัวของห่วงยางจะทำให้ลึกขึ้นทำให้เกิดผล "การยึด" ซึ่งในที่สุดก็แบ่งเซลล์ต้นกำเนิดออกจากกันทำให้สามารถแยกเซลล์ลูกสาวออกจากกันโดยมีเนื้อหาของไซโตพลาสซึมที่กำลังพัฒนา

Cytokinesis ในเซลล์พืช

เซลล์พืชมีผนังเซลล์ดังนั้นกระบวนการแบ่งไซโทพลาสซึมจึงแตกต่างจากที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้และเริ่มต้นในเทโลเฟส

การก่อตัวของผนังเซลล์ใหม่จะเริ่มขึ้นเมื่อมีการรวมตัวของไมโครทูบูลของแกนหมุนที่เหลือเข้าด้วยกันซึ่งประกอบไปด้วยแฟรโมโมพลาสต์ โครงสร้างทรงกระบอกนี้ประกอบด้วย microtubules สองชุดที่เชื่อมต่อกันที่ปลายและมีขั้วบวกฝังอยู่ในแผ่นอิเล็กทรอนิกส์ในระนาบเส้นศูนย์สูตร

ถุงเล็ก ๆ จากอุปกรณ์ Golgi ที่เต็มไปด้วยสารตั้งต้นของผนังเซลล์เดินทางผ่าน microtubules ของ Fragmoplast ไปยังบริเวณเส้นศูนย์สูตรรวมกันเป็นแผ่นเซลล์ เนื้อหาของถุงจะถูกหลั่งลงในจานนี้เมื่อมันโตขึ้น

คราบจุลินทรีย์นี้จะเติบโตขึ้นโดยรวมตัวกับเยื่อหุ้มพลาสมาตามปริมณฑลของเซลล์ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการจัดเรียงใหม่อย่างต่อเนื่องของ microtubules ของ Fragmoplast ที่รอบนอกของแผ่นทำให้ถุงมากขึ้นเคลื่อนไปยังระนาบนี้และทำให้เนื้อหาว่างเปล่า

ด้วยวิธีนี้การแยกเซลล์ของลูกสาวของไซโตพลาสซึมจึงเกิดขึ้น ในที่สุดเนื้อหาของแผ่นเซลล์พร้อมกับไมโครไฟเบอร์เซลลูโลสที่อยู่ภายในช่วยให้การสร้างผนังเซลล์ใหม่เสร็จสมบูรณ์

คุณสมบัติ

ไมโทซิสเป็นกลไกของการแบ่งตัวในเซลล์และเป็นส่วนหนึ่งของขั้นตอนหนึ่งของวัฏจักรเซลล์ในยูคาริโอต พูดง่ายๆเราสามารถพูดได้ว่าหน้าที่หลักของกระบวนการนี้คือการสืบพันธุ์ของเซลล์ในเซลล์ลูกสาวสองเซลล์

สำหรับสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวการแบ่งเซลล์หมายถึงการสร้างบุคคลใหม่ในขณะที่สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์กระบวนการนี้เป็นส่วนหนึ่งของการเจริญเติบโตและการทำงานที่ถูกต้องของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด (การแบ่งเซลล์ทำให้เกิดการพัฒนาเนื้อเยื่อและการบำรุงรักษาโครงสร้าง)

กระบวนการไมโทซิสเปิดใช้งานตามความต้องการของร่างกาย ตัวอย่างเช่นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเซลล์เม็ดเลือดแดง (เม็ดเลือดแดง) เริ่มแบ่งตัวสร้างเซลล์มากขึ้นเมื่อร่างกายต้องการการดูดซึมออกซิเจนที่ดีขึ้น ในทำนองเดียวกันเซลล์เม็ดเลือดขาว (เม็ดเลือดขาว) จะทำซ้ำเมื่อจำเป็นต้องต่อสู้กับการติดเชื้อ

ในทางตรงกันข้ามเซลล์สัตว์เฉพาะทางบางชนิดแทบจะไม่มีกระบวนการไมโทซิสหรือช้ามาก ตัวอย่างเช่นเซลล์ประสาทและเซลล์กล้ามเนื้อ)

โดยทั่วไปเซลล์เหล่านี้เป็นเซลล์ที่เป็นส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันและโครงสร้างของร่างกายและมีความจำเป็นในการสืบพันธุ์ก็ต่อเมื่อเซลล์มีข้อบกพร่องหรือเสื่อมสภาพและจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่

การควบคุมการเจริญเติบโตและการแบ่งตัวของเซลล์

ระบบควบคุมการแบ่งเซลล์และการเจริญเติบโตมีความซับซ้อนในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์มากกว่าในเซลล์เดียว ในช่วงหลังการแพร่พันธุ์โดยพื้นฐานแล้วถูก จำกัด ด้วยความพร้อมของทรัพยากร

ในเซลล์สัตว์การแบ่งตัวจะถูกจับจนกว่าจะมีสัญญาณเชิงบวกเพื่อกระตุ้นกระบวนการนี้ การกระตุ้นนี้มาในรูปของสัญญาณทางเคมีจากเซลล์ข้างเคียง สิ่งนี้ช่วยป้องกันการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่ออย่างไม่ จำกัด และการสืบพันธุ์ของเซลล์ที่บกพร่องซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อชีวิตของสิ่งมีชีวิต

กลไกอย่างหนึ่งที่ควบคุมการเพิ่มจำนวนของเซลล์คือการตายของเซลล์ (apoptosis) ซึ่งเซลล์จะตาย (เนื่องจากการผลิตโปรตีนบางชนิดที่กระตุ้นการทำลายตัวเอง) หากสร้างความเสียหายอย่างมากหรือติดเชื้อไวรัส

นอกจากนี้ยังมีการควบคุมการพัฒนาเซลล์โดยการยับยั้งปัจจัยการเจริญเติบโต (เช่นโปรตีน) ดังนั้นเซลล์จึงยังคงอยู่ที่ส่วนต่อประสานโดยไม่ต้องไปที่เฟส M ของวัฏจักรเซลล์

สิ่งมีชีวิตที่ดำเนินการ

กระบวนการไมโทซิสเกิดขึ้นในเซลล์ยูคาริโอตส่วนใหญ่ตั้งแต่สิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวเช่นยีสต์ซึ่งใช้เป็นกระบวนการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศไปจนถึงสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่ซับซ้อนเช่นพืชและสัตว์

แม้ว่าโดยทั่วไปแล้ววัฏจักรของเซลล์จะเหมือนกันสำหรับเซลล์ยูคาริโอตทั้งหมด แต่ก็มีความแตกต่างที่น่าสังเกตระหว่างสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวและหลายเซลล์ ในอดีตการเจริญเติบโตและการแบ่งตัวของเซลล์เป็นที่ชื่นชอบโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์การแพร่กระจายถูก จำกัด โดยกลไกการควบคุมที่เข้มงวด

ในสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวการสืบพันธุ์เกิดขึ้นในลักษณะเร่งเนื่องจากวัฏจักรของเซลล์ทำงานอย่างต่อเนื่องและเซลล์ลูกสาวเริ่มดำเนินการแบบไมโทซิสอย่างรวดเร็วเพื่อดำเนินการต่อในวัฏจักรนี้ ในขณะที่เซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ใช้เวลานานกว่ามากในการเติบโตและแบ่งตัว

นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างบางประการระหว่างกระบวนการไมโทซิสของเซลล์พืชและเซลล์สัตว์เนื่องจากในบางขั้นตอนของกระบวนการนี้โดยหลักการแล้วกลไกดังกล่าวทำงานในลักษณะที่คล้ายคลึงกันในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้

การแบ่งเซลล์ในเซลล์โปรคาริโอต

เซลล์โปรคาริโอต

โดยทั่วไปเซลล์โปรคาริโอตจะเติบโตและแบ่งตัวในอัตราที่เร็วกว่าเซลล์ยูคาริโอต

สิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์โปรคาริโอต (โดยทั่วไปเป็นเซลล์เดียวหรือในบางกรณีหลายเซลล์) ไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียสที่แยกสารพันธุกรรมภายในนิวเคลียสดังนั้นจึงกระจายไปในเซลล์ในบริเวณที่เรียกว่านิวคลีออยด์ เซลล์เหล่านี้มีโครโมโซมหลักเป็นวงกลม

การแบ่งเซลล์ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้จึงตรงกว่าเซลล์ยูคาริโอตมากโดยขาดกลไกที่อธิบายไว้ (ไมโทซิส) ในพวกเขาการสืบพันธุ์จะดำเนินการโดยกระบวนการที่เรียกว่าฟิชชันแบบไบนารีซึ่งการจำลองแบบดีเอ็นเอเริ่มต้นที่ไซต์เฉพาะบนโครโมโซมแบบวงกลม (ที่มาของการจำลองแบบหรือ OriC)

จากนั้นจะเกิดต้นกำเนิดสองต้นที่ย้ายไปยังด้านตรงข้ามของเซลล์เมื่อเกิดการจำลองแบบและเซลล์จะถูกยืดออกเป็นสองเท่า ในตอนท้ายของการจำลองแบบเยื่อหุ้มเซลล์จะเติบโตเป็นไซโทพลาสซึมโดยแบ่งเซลล์ต้นกำเนิดออกเป็นลูกสาวสองคนด้วยสารพันธุกรรมเดียวกัน

วิวัฒนาการของไมโทซิส

วิวัฒนาการของเซลล์ยูคาริโอตทำให้จีโนมมีความซับซ้อนเพิ่มขึ้น สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการพัฒนากลไกการแบ่งที่ซับซ้อนมากขึ้น

mitosis ก่อนหน้านี้คืออะไร?

มีสมมติฐานที่เสนอว่าการแบ่งตัวของแบคทีเรียเป็นกลไกก่อนหน้าของไมโทซิส พบความสัมพันธ์บางอย่างระหว่างโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับฟิชชันแบบไบนารี (ซึ่งอาจเป็นโปรตีนที่ยึดโครโมโซมไปยังตำแหน่งเฉพาะบนเยื่อหุ้มพลาสมาของลูกสาว) กับทูบูลินและแอกตินในเซลล์ยูคาริโอต

การศึกษาบางชิ้นชี้ให้เห็นถึงลักษณะเฉพาะบางประการในการแบ่งโพรทิสต์เซลล์เดียวที่ทันสมัย เยื่อหุ้มนิวเคลียสยังคงอยู่ในสภาพสมบูรณ์ โครโมโซมจำลองยังคงยึดติดกับบางไซต์บนเมมเบรนนี้โดยแยกออกเมื่อนิวเคลียสเริ่มยืดตัวระหว่างการแบ่งเซลล์

สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความบังเอิญบางอย่างกับกระบวนการของฟิชชันแบบไบนารีโดยที่โครโมโซมจำลองจะยึดติดกับที่บางแห่งบนเยื่อหุ้มเซลล์ จากนั้นสมมติฐานก็ชี้ให้เห็นว่าโพรทิสต์ที่นำเสนอคุณภาพนี้ในระหว่างการแบ่งเซลล์ของพวกมันสามารถรักษาลักษณะของเซลล์โปรคาริโอตของบรรพบุรุษได้

ในปัจจุบันยังไม่มีการพัฒนาคำอธิบายว่าเหตุใดในเซลล์ยูคาริโอตของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จึงจำเป็นที่เยื่อหุ้มนิวเคลียร์จะสลายตัวในระหว่างกระบวนการแบ่งเซลล์

อ้างอิง

Albarracín, A. , & Telulón, AA (1993) ทฤษฎีเซลล์ในศตวรรษที่ 19 รุ่น AKAL
Alberts, B. , Johnson, A. , Lewis, J. , Raff, M. , Roberth, K. , & Walter, P. (2008). อณูชีววิทยาของเซลล์. Garland Science กลุ่ม Taylor และ Francis
Campbell, N. , & Reece, J. (2005). Biology 7 ^th edition, AP.
Griffiths, AJ, Lewontin, RC, Miller, JH และ Suzuki, DT (1992) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการวิเคราะห์ทางพันธุกรรม. McGraw-Hill Interamericana
Karp, G. (2552). ชีววิทยาระดับเซลล์และโมเลกุล: แนวคิดและการทดลอง John Wiley & Sons
Lodish, H. , Darnell, JE, Berk, A. , Kaiser, CA, Krieger, M. , Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008) ชีววิทยาของเซลล์โมเลกุล. Macmillan
Segura-Valdez, MDL, Cruz-Gómez, SDJ, López-Cruz, R. , Zavala, G. , & Jiménez-García, LF (2008) การแสดงภาพไมโทซิสด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม เคล็ดลับ นิตยสารเฉพาะทางด้านวิทยาศาสตร์เคมี - ชีววิทยา, 11 (2), 87-90

MITOSIS: ขั้นตอนและลักษณะหน้าที่และสิ่งมีชีวิต - ชีววิทยา - 2026