Hvad Er Mitose?

{h1}

Mitose er en metode til celledeling, hvor en celle deler og producerer identiske kopier af sig selv.

Den primære mekanisme, hvormed organismer producerer nye celler, er gennem celledeling. Under denne proces vil en enkelt "forælder" -celle opdele og producere identiske "datter" -celler. På denne måde passerer modercellen på sit genetiske materiale til hver af dets datterceller. For det første skal cellerne imidlertid duplikere deres DNA. Mitose er den proces, hvormed en celle adskiller sin duplikeret DNA, i sidste ende deler sin kerne i to.

Celleopdeling er en universel proces blandt levende organismer. I 1855 lavede Rudolf Virchow, en tysk forsker, en grundlæggende observation om alle levende væsener: hver celle stammer fra en anden celle eller "omnis cellula e cellula,"i det oprindelige latin, som forfatter Myron Shultz fortæller i en artikel i 2008 i tidsskriftet Emerging Infectious Diseases.

Celleinddelingens mekanismer varierer mellem prokaryoter og eukaryoter. Prokaryoter er enkeltcellede organismer, såsom bakterier og archaea. De har en simpel indre struktur med fritflydende DNA. De bruger celledeling som en metode til aseksuel reproduktion, hvor den genetiske sminke af forældrene og resulterende afkom er de samme. En fælles mekanisme for aseksuel reproduktion i prokaryoter er binær fission. Under denne proces duplikerer modercellen dets DNA og forøger volumenet af dets celleindhold. Til sidst kommer et spræng i midten af ​​cellen, hvilket fører til dannelsen af ​​to identiske datterceller.

Eukaryoternes celler har derimod et organiseret centralrum, kaldet kernen og andre strukturer, såsom mitokondrier og chloroplaster. De fleste eukaryote celler deler og producerer identiske kopier af sig selv ved at øge deres cellevolumen og duplikere deres DNA gennem en række definerede faser kendt som cellecyklussen. Da deres DNA er indeholdt i kernen, undergår de også atomafdeling. "Mitose er defineret som opdeling af en eukaryotisk kerne," siger M. Andrew Hoyt, professor i biologi ved Johns Hopkins University, "men mange bruger det til at reflektere hele cellecyklussen, der bruges til celleduplikation."

Ligesom prokaryoter bruger single-celled eukaryoter, såsom amoeb og gær, også celledeling som en metode til aseksuel reproduktion. For komplekse multicellulære eukaryoter som planter og dyr er celledeling nødvendig for vækst og reparation af beskadigede væv. Eukaryote celler kan også gennemgå en specialiseret form for celledeling, kaldet meiosis, hvilket er nødvendigt for at producere reproduktive celler som sædceller, ægceller og sporer.

Den eukaryote cellecyklus

Den eukaryote cellecyklus er en række veldefinerede og omhyggeligt tidsbegrænsede hændelser, der gør det muligt for en celle at vokse og opdele. Ifølge Geoffery Cooper, forfatter af "The Cell: A Molecular Approach, 2nd Ed." (Sinauer Associates, 2000) har de fleste eukaryotiske cellecyklusser fire faser:

G1 fase (første mellemrumsfase): I disse fasefaser, der er beregnet til mitose, dyrkes og udføres forskellige metaboliske aktiviteter.

S fase (syntesefase): I denne fase duplikerer cellen sin DNA. Eukaryotisk DNA spoles rundt sfæriske histonproteiner for at skabe en stangformet struktur kaldet kromosomet. Under S-fasen genererer hvert kromosom sin kopi eller søsterchromatid. De to søsterkromatider smelter sammen på et punkt kaldet centromeren, og komplekset ligner formen af ​​bogstavet "X."

G2 fase (anden mellemrumsfase): Under denne fase fortsætter cellen med at vokse og genererer proteiner, der er nødvendige for mitose.

(G1, S og G2 faser kaldes kollektivt som "interphase.")

M fase (mitose): Mitose indebærer adskillelse af søsterkromatiderne. En struktur af proteinfilamenter kalder de mitotiske spindel kroge på centromeren og begynder at indgå kontrakt. Dette trækker søster kromatider fra hinanden, langsomt flytter dem til modsatte poler af cellen. Ved afslutningen af ​​mitosis har hver pol i cellen et komplet sæt af kromosomer. Kernemembranreformerne, og cellen deler sig i halvt, skaber to identiske datterceller.

Kromosomer bliver stærkt kompakterede under mitose og kan tydeligt ses som tætte strukturer under mikroskopet.

De resulterende datterceller kan kun indtaste G1-fasen, hvis de er bestemt til at opdele. Ikke alle celler skal opdele kontinuerligt. For eksempel stopper menneskelige nerveceller opdeling hos voksne. Cellerne i indre organer som lever og nyrer deler kun efter behov: at erstatte døde eller skadede celler. Sådanne typer af celler indtaster G0-fasen (hvilende fase). De forbliver metabolisk aktive og går kun ind i G1-fasen af ​​cellecyklussen, når de modtager de nødvendige molekylære signaler, ifølge Cooper.

Stadierne af mitose

Stadierne af mitose

Kredit: Ellepigrafica Shutterstock

Et nærmere kig

Mitose er opdelt i fire faser, ifølge kursusmaterialer fra University of Illinois i Chicago. De karakteristiske stadier ses også i anden halvdel af meiose.

profase: De duplikerede kromosomer komprimeres og kan let visualiseres som søsterkromatider. Den mitotiske spindel, et netværk af proteinfilamenter, kommer frem fra strukturer kaldet centrioler, placeret i hver ende af cellen. Den mitotiske spindel er fleksibel og er lavet af mikrotubuli, som igen er fremstillet af proteinunderenheden, tubulin.

metafase: Kernemembranen opløses, og den mitotiske spindel låses til søsterkromatiderne ved centromeren.Den mitotiske spindel kan nu bevæge kromosomerne rundt i cellen. "Du kan lave en analogi med en bjælke, der holder op med en skyskraber," sagde Hoyt. "Bortset fra at bjælken kan samle og demontere meget hurtigt. De er strukturelle elementer, der er ekstremt dynamiske." Ved afslutningen af ​​metafasen er alle kromosomerne justeret midt i cellen.

anaphase: Den mitotiske spindel samler og trækker søsterkromatiderne fra hinanden. De begynder at flytte til modsatte ender af cellen.

telofase: Kromosomerne når hver ende af cellen. Den nukleare membran danner igen og cellelegemet opdeles i to (cytokinesis).

Ved afslutningen af ​​mitose producerer en celle to genetisk identiske datterceller.

Et kraftigt lysmikroskop fanger denne scene fra mitoseprocessen.

Et kraftigt lysmikroskop fanger denne scene fra mitoseprocessen.

Kredit: Jane Stout, forskningsassistent i laboratoriet af Claire Walczak, Indiana University.

Cyklusregulering og kræft

De forskellige begivenheder i cellecyklussen er tæt reguleret. Hvis der opstår fejl på et tidspunkt, kan cellen stoppe celledeling fra at skride frem. Sådanne reguleringsmekanismer er kendt som cellecykluscheckpunkter, ifølge Cooper. Der er tre kontrolpunkter inden for G1, G2 og M faser. Beskadiget DNA stopper cellecyklusprogressionen i G1-fasen og sikrer, at en afvigende celle ikke vil blive replikeret. G2 kontrolpunktet reagerer på forkert dupliceret eller beskadiget DNA. Det forhindrer celler i at flytte ind i M-fasen, indtil DNA'et er korrekt kopieret, eller indtil skaden er repareret. M-fase kontrolpunktet kan standse cellecyklussen i metafase. Det sikrer, at alle søsterkromatiderne er ordentligt tilsluttet til mitotisk spindel, og at søsterkromatider bevæger sig mod modsatte ender af cellen.

"Hvis tingene går galt og ikke bliver rettet, slutter du med nogle celler, der får ekstra kromosomer og nogle, der er mangelfulde," sagde Hoyt. "Ofte har disse celler en genotype [DNA-sekvens], der ikke understøtter cellens liv, og vilcellen dør. Det er normalt en god ting."

Nogle gange lykkes unormale celler ikke kun at overleve, men også at sprede sig. Oftest er disse celler impliceret i kræft. "Det [cellen] kan have en ekstra kopi af et kromosom, der har en onkogen på det. Og det vil begynde at skubbe cellecyklussen fremad, når det ikke skal gå fremad," sagde Hoyt. "Det er et første skridt i retning af kræftprogression." Kræftceller er kendt for at gå gennem voldsomme og uregulerede celleafdelinger.

Forholdet mellem cellecyklus og kræft har ført til udviklingen af ​​en klasse af kræftmedikamenter, der specifikt målretter kræftceller under mitose. Ifølge anarticle udgivet i 2012 i journalen Cell Death & Disease, omfatter denne strategi en langvarig arrestation af celler i mitose, der kulminerer i mitotisk celledød. "

For eksempel stopper mikrotubulære giftstoffer mitosis ved at målrette mikrotubuli, hovedkomponenten i den mitotiske spindel. At beskadige disse tynde, hule mikroskopiske proteinfilamenter forhindrer i sidste ende søsterschromatider fra at blive trukket fra hinanden. Eksempler på mikrotubulære giftstoffer er lægemidlerne paclitaxel (Taxol) og vinca alkaloider, som bruges til at behandle en række kræftformer, herunder visse æggestokke og brystkræft.

Imidlertid er mikrotubulære giftstoffer ikke uden deres begrænsninger. Ifølge en 2018 reviewartikel, der er offentliggjort i tidsskriftet EMBO Reports, kan disse stoffer undertiden være toksiske for hjerneceller, eller kræftceller kan blive stofresistente og undgå at blive dræbt. I et forsøg på at finde alternative løsninger søger forskere at udvikle lægemidler, der retter sig mod andre aspekter af mitose. I 2016 godkendte Food and Drug Administration (FDA) brugen af ​​det nye lægemiddel Palbociclib i kombination med eksisterende anti-cancer-lægemidler til behandling af visse brystkræftformer. Palbociclib virker ved at holde kræftceller frosset i G1-fasen, ifølge en 2017 reviewartikel, der er offentliggjort i tidsskriftet Nature Reviews Cancer.

Forbindelserne testet i kliniske forsøg hidtil har haft en vis succes, men har ikke været så effektive som mikrotubulære giftstoffer, ifølge EMBO Reports. Ikke desto mindre er målet om mitose ved behandling af kræft et aktivt forskningsområde.

Yderligere ressourcer

  • Biologiprojektet (University of Arizona): Cellcyklus & Mitosis Tutorial
  • Biology4Kids.com: Mitose - Når cellerne skilles adskilt
  • Scitable (Nature): Mitose


Video Supplement: Mitose og Meiose Celledeling Kort gennemgang.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com