Introducere în diviziunea celulară
Diviziunea celulară este procesul prin care o celulă vie se înmulțește de la o celulă la două celule. Celulele dinaintea diviziunii se numesc celule mamă, iar noile celule formate după diviziune se numesc celule fiice. În general, ea include două etape: diviziunea nucleară și citochineza. În timpul mitozei, celulele mamă transmit materialul genetic către celulele fiice. La organismele unicelulare, diviziunea celulară reprezintă reproducerea indivizilor. La organismele pluricelulare, diviziunea celulară stă la baza creșterii, dezvoltării și reproducerii individuale. Se cunosc puține lucruri despre diviziunea celulelor procariote și doar câteva cunoștințe specifice se referă la diviziunea câtorva bacterii. Celulele procariote nu au nici o membrană nucleară și nici un nucleol. Doar o moleculă circulară de ADN constituie o regiune nucleară, cunoscută și sub numele de pseudonuclee, care are o funcție asemănătoare celei nucleare. Molecula nucleară a cvasi-nucleului este fie atașată de membrana plasmatică, fie conectată la membrana plasmatică formată prin intruziunea membranei plasmatice. Membrana plasmatică se mai numește și intercorp. ADN-ul replicat a fost, de asemenea, copiat în două. Ulterior, cele două interstiții pleacă treptat datorită creșterii membranei plasmatice între ele, iar cele două molecule de ADN conectate la ele s-au îndepărtat apoi, iar fiecare buclă de ADN este conectată la un intercorp. Membrana celulară crește în centrul dintre cele două bucle de ADN care sunt trase în afară, formând o membrană care în cele din urmă împarte o celulă în două celule. Celulele eucariote pot fi împărțite în mitoză, meioză și amitoză în funcție de starea diviziunii nucleare. Mitoza este forma de bază a diviziunii celulelor eucariote. Meioza este procesul de divizare a cromozomilor în celule germinale.
Procesul diferitelor tipuri de diviziune celulară și reglarea diviziunii celulare
În cele ce urmează o scurtă introducere în metoda comună de diviziune. Deoarece cromozomii nu sunt distribuiți în mod regulat, există problema că materialul genetic nu poate fi distribuit în mod uniform. Este o modalitate anormală de diviziune. Amitoza este cea mai veche metodă de diviziune celulară. În amitoză, nucleolul și membrana nucleară nu dispar, nu apar cromozomi și nu se formează un fus în citoplasmă. Bineînțeles, nu se observă procesul de replicare a cromozomilor și nici măcar distribuția în celulele fiice. Cu toate acestea, celulele suferă amitoză, cromozomii sunt, de asemenea, replicați, iar celulele sunt mărite. Atunci când volumul nucleului se dublează, celulele se divid. În ceea ce privește modul în care ADN-ul din materialul genetic din nucleu este distribuit în celulele fiice, sunt necesare cercetări suplimentare. Amitoza este cel mai simplu mod de divizare. În trecut, se credea că amitoza se găsește în principal în celulele îmbătrânite sau bolnave din organismele inferioare și superioare, dar ulterior s-a constatat că este mai răspândită în țesuturile normale ale animalelor și plantelor. Amitoza a fost observată în țesutul conjunctiv liber epitelial al animalelor, în țesutul muscular și în țesutul hepatic, precum și în punctul de creștere al parenchimului epidermic și în celulele endospermului la plante. Diviziunea asexuată este, de asemenea, o formă comună de diviziune, iar acest tip de reproducere este comun la organismele unicelulare, dar pentru diferite organisme unicelulare, modul în care nucleul se divide în timpul reproducerii este diferit și poate fi grupat în următoarele moduri: amitoza, cunoscută și sub numele de diviziune directă, este una dintre cele mai simple modalități de diviziune celulară. Întregul proces de diviziune nu suferă modificări la nivelul fusului și al cromozomilor. Acest tip de diviziune este cel mai frecvent în diviziunea și reproducerea procariotelor, cum ar fi bacteriile și cianobacteriile. Diviziunea celulelor procariote implică două aspecte: distribuirea ADN-ului celular, permițând celulelor fiice divizate să obțină un set complet de material genetic de la celulele parentale; și citochineza, care împarte celulele în două părți egale. Cele două molecule de ADN care sunt duplicate sunt conectate la membrana plasmatică. Pe măsură ce celulele cresc, cele două molecule de ADN sunt despărțite. Atunci când celulele se divid, peretele celular și membrana plasmatică sunt plisate, iar celulele mamă sunt în cele din urmă împărțite în două celule fiice egale. Procesul de mitoză este mult mai complicat decât amitoza și reprezintă principala modalitate de diviziune a celulelor biologice multicelulare. În partea superioară, membrana nucleară se micșorează spre interior în mijloc pentru a forma o canelură concavă. Citoplasma din jgheab apare ca o structură în formă de fus dispusă în aceeași direcție de către microtubuli, reglează membrana nucleară și cromozomii, se separă în nuclee fiice și, în final, se împarte în două părți. Atunci când lagărul viermilor oculari se împarte prin reproducere, nucleul suferă mitoză. În timpul procesului de diviziune, membrana nucleară nu dispare, iar nucleul se micșorează în două nuclee fiice în mijlocul nucleului. Cel original este flagelat, iar celuilalt îi crește un nou flagel, formând doi viermi oculari. Atunci când amoeba crește până la o anumită dimensiune, ea suferă diviziune și reproducere. Pe măsură ce partea de mijloc a nucleului se contractă, cromozomul este distribuit în nucleul fiicei, iar apoi citoplasma este împărțită în două, divizând celula în doi indivizi progenituri. Cel mai tipic reprezentant al diviziunii și reproducerii asexuate sub formă de amitoză și mitoză nucleară este parameciul, protozoarul ciliat din genul Paramecium. Există două tipuri de nucleu în celulă, și anume nucleul mare și nucleul mic. Nucleul mic este nucleul reproducător, iar nucleul mare este nucleul nutritiv. Atunci când paramecii se înmulțesc pe cale asexuată, nucleul mic suferă mitoză nucleară, în timp ce nucleul mare este scindat fără filamente, iar apoi paramecii sunt împărțiți din mijloc în doi noi indivizi. Mitoza, cunoscută și sub denumirea de diviziune indirectă, este una dintre cele mai frecvente modalități de diviziune. Mitoza este o diviziune continuă care se împarte, în general, în diviziune nucleară și citochineză. Procesul de mitoză include fisiunea nucleară (timp îndelungat), iar fisiunea nucleară este un proces continuu. Pentru comoditatea narațiunii, fisiunea nucleară este împărțită în mod artificial în patru perioade: pre, mijloc, post și sfârșit. Caracteristicile fiecărei etape a mitozei sunt următoarele (luând drept exemplu celulele vegetale). Interval: împărțit în G1, S, G2, în principal pentru replicarea ADN și sinteza proteinelor aferente, membrana nucleară nucleoli dispar treptat. Stadiul timpuriu: cromatina din nucleu se condensează într-un cromozom, dezintegrarea nucleolului dispare complet, membrana nucleară se rupe și începe să se formeze fusul. Stadiul mediu: Termenul mediu este perioada în care cromozomii sunt dispuși pe placa ecuatorială și fusul este complet format. Stadiul tardiv: Stadiul tardiv este perioada în care cele două cromatide ale fiecărui cromozom sunt separate și deplasate de la ecuator la cei doi poli ai celulei sub tracțiunea fusului. Stadiul final: este perioada de formare a celor două subnuclee și de diviziune citoplasmatică. Descompunerea cromozomilor, apare membrana nucleară, poziția ecuatorială a plăcii ecuatoriale formează o placă celulară, iar în viitor se va forma un nou perete celular. Firul fusiform acumulat pe placa ecuatorială se numește corp filmogen. Celulele animale sunt la fel ca celulele vegetale, cu excepția faptului că celulele animale au un corp central care emite o rază stelară pentru a forma un fus, iar celulele vegetale emit direct un fus din două etape. La sfârșitul mitozei, membrana celulară a celulei animale este retrasă spre interior pentru a forma două celule fiice. Celula vegetală formează o placă celulară la nivelul plăcii ecuatoriale (imaginație virtuală) și își împarte celula în două celule fiice. Diviziunea citoplasmatică (timp scurt): În etapa târzie a fisiunii nucleare, diviziunea citoplasmatică începe atunci când cromozomul se apropie de pol. Mai mulți fusi scurți se adaugă la filamentul continuu dintre cei doi nuclei fiice pentru a forma o regiune asemănătoare unui butoi, înțesată dens cu un fus, denumită formator de film. Numărul de microtubuli crește, iar în corpul filmant se găsesc vezicule (inclusiv polizaharide) de la aparatul Golgi și de la reticulul endoplasmatic, care se adună, fuzionează și eliberează substanțe multinucleare de-a lungul direcției microtubulilor pentru a forma o placă celulară. De la mijloc spre periferie, până la conectarea cu peretele celular mamă, aceasta devine stratul intercelular al peretelui primar, iar noua membrană plasmatică este formată de capsula veziculei. După formarea noului perete celular, cele două nuclee nou formate și citoplasma care le înconjoară se separă în două celule fiice. Mitoza poate împărți fiecare celulă mamă în două celule fiice substanțial identice prin diviziune celulară. Numărul, forma și dimensiunea celulelor fiice sunt identice. Informația genetică conținută în fiecare cromatidă este practic aceeași cu cea a celulelor mamă, astfel încât celulele fiice dobândesc aproximativ aceeași informație genetică de la celula mamă. Speciile mențin un cariotip relativ stabil și o stabilitate genetică. Reproducerea sexuată necesită combinarea celulelor germinale amfoterice pentru a forma un zigot, care este apoi dezvoltat într-un nou individ. Numărul de cromozomi din celulele germinale este jumătate din cel din celulele somatice. Deoarece numărul de cromozomi se reduce la jumătate la formarea celulelor germinale, a spermatozoizilor sau a ovulelor, celulele inițiale trebuie să treacă prin meioză.
Funcția diviziunii celulare
Pe lângă proliferarea celulară, diviziunea celulară poate forma și celule specifice. În testicule, multe celule germinale primordiale, și anume spermatogonii, sunt produse prin mitoză. Conform caracteristicilor mitozei, se știe că numărul de cromozomi al spermatogoniilor este același cu numărul de cromozomi al celulelor somatice. În faza de spermatogonie, s-a realizat replicarea cromozomilor. Când animalul mascul este matur din punct de vedere sexual, o parte a spermatogoniilor din testicule începe să fie supusă meiozei. După meioză, se formează spermatozoizii, iar spermatozoizii sunt denaturați pentru a forma celulele germinale masculine, spermatozoizii. Ovocitele se formează în ovar, iar procesul este, în principiu, același cu cel de formare a spermatozoizilor, dar există și diferențe. Celula ovulului, care are un număr de cromozomi care este, de asemenea, redus la jumătate în comparație cu cel al ovulului. Celulele sunt de formă mare, sferică și incapabile să înoate; ele conțin multe gălbenușuri și sunt bogate în substanțe nutritive, asigurând dezvoltarea de noi indivizi după fecundare.
Referință
- Le B S, Le B R. Diviziunea celulelor epiteliale – înmulțirea fără a pierde contactul. Journal of Cell Science. 2014, 127(24):5127-37.
- Heyman J, Cools T, Vandenbussche F, et al. ERF115 Controls Root Quiescent Center Cell Division and Stem Cell Replenishment. Science. 2013, 342(6160):860-863.
- Fukagawa T. Cell Division: A New Role for the Kinetochore in Central Spindle Assembly. Current Biology. 2015, 25(13)R554-R557.
- Coelho M, Tolić I M. Asymmetric damage segregation at cell division via protein aggregate fusion and attachment to organelles. Bioessays. 2015, 37(7):740-747.