在细胞分裂的过程中,让所有生物的生长和繁殖。在原核生物和真核生物中,细胞分裂的结果是子细胞具有与原始细胞相同的遗传信息。发生这种情况的原因是,在分割之前,DNA中包含的信息是重复的。
在原核生物中,分裂是通过二元裂变发生的。大多数原核生物的基因组是环状DNA分子。尽管这些生物没有核,但DNA呈紧密的形式,称为核苷,与周围的细胞质不同。
资料来源:Retama
在真核生物中,分裂通过有丝分裂和减数分裂发生。真核基因组由在核内组织的大量DNA组成。该组织的基础是DNA与蛋白质的包装,形成染色体,其中包含数百或数千个基因。
单细胞和后生的真核生物非常多样化,其生命周期在有丝分裂和减数分裂之间交替。这些周期包括:a)配子减数分裂(动物,某些真菌和藻类),b)合子减数分裂(某些真菌和原生动物);c)配子和合子减数分裂(植物)之间的交替。
种类
细胞分裂可以通过二元裂变,有丝分裂或减数分裂进行。这些类型的细胞分裂所涉及的每个过程如下所述。
二分裂
原核裂变,二元裂变,是无性繁殖的一种形式。
二元裂变由细胞分裂组成,产生两个子细胞,每个子细胞具有原始细胞DNA的相同拷贝。
在原核细胞分裂之前,发生了DNA复制,该复制从双链DNA的特定位点开始,称为复制起点。复制酶从起点向两个方向移动,从而产生双链DNA每条链的一个副本。
DNA复制后,细胞伸长,并且DNA在细胞内分离。立即,新的质膜开始在细胞中间生长,形成隔膜。
FtsZ蛋白促进了这一过程,该蛋白在包括古生菌在内的原核生物中在进化上高度保守。最后,细胞分裂。
细胞周期与有丝分裂
真核细胞从两个连续的细胞分裂之间经历的阶段称为细胞周期。细胞周期的持续时间从几分钟到几个月不等,具体取决于细胞的类型。
细胞周期分为两个阶段,即M期和界面期。M期发生两个过程,称为有丝分裂和胞质分裂。有丝分裂由核分裂组成。在子核中发现原始核中存在的染色体数量和类型相同。多细胞生物的体细胞除以有丝分裂。
细胞分裂由细胞质分裂形成子细胞组成。
该接口分为三个阶段:1)G1,细胞在此阶段生长并花费大部分时间;2)S,基因组重复;3)G2,线粒体和其他细胞器的复制,染色体的凝聚以及微管的组装等。
有丝分裂的阶段
有丝分裂从G2期结束开始,分为五个阶段:前期,前中期,中期,后期和末期。它们都是连续发生的。
前期
前期。Leomonaci98,来自Wikimedia Commons
在这一阶段,有丝分裂纺锤体或有丝分裂器的组装是主要事件。前期始于染色质的压实,形成染色体。
每个染色体都有一对染色单体对,它们具有相同的DNA,并紧密结合在其着丝粒附近。称为粘着蛋白的蛋白质复合物参与该结合。
每个着丝粒都与动粒相连,动粒是结合微管的蛋白质复合物。这些微管允许将染色体的每个副本转移到子细胞。微管从细胞的每个末端放射并形成有丝分裂装置。
在动物细胞中,前期会发生中心体复制,这是微管的主要组织中心,也是父母和孩子的中心体相遇的地方。每个中心体到达细胞的相对极,在它们之间建立微管桥,称为有丝分裂装置。
与动物细胞不同,在最近进化的植物中,没有中心体,微管的起源尚不清楚。在较老的进化起源的光合细胞中,例如绿藻中,存在着中心体。
前中期
莱莫纳西98
有丝分裂必须确保染色体的分离以及核孔复合物和核仁的核被膜分布。取决于核包膜(EN)是否消失以及EN的致密化程度,有丝分裂的范围从封闭到完全开放。
例如,在酿酒酵母中,有丝分裂是封闭的,在构巢曲霉中它是半开放的,而在人类中它是开放的。
在封闭的有丝分裂中,纺锤体的极体位于核被膜内,构成核和细胞质微管的成核点。胞质微管与细胞皮层以及染色体的动植物相互作用。
在半开放式有丝分裂中,由于EN被部分分解,核空间被有核微管从中心体侵入并通过EN中的两个开口,形成被EN包围的束。
在开放性有丝分裂中,发生EN的完全分解,有丝分裂装置完成,并且染色体开始向细胞中间移位。
中期
在有丝分裂中期,染色体排列在细胞的赤道板上
在中期,染色体在细胞的赤道处排列。垂直于心轴轴线穿过细胞内周的假想平面称为中期板。
在哺乳动物细胞中,有丝分裂器被组织成中央有丝分裂纺锤体和一对翠菊。有丝分裂纺锤体由两侧对称的微管束组成,在细胞的赤道处分开,形成两个相对的两半。紫s由纺锤体的每个极点上的一组微管组成。
在有丝分裂装置中,有三组微管:1)星状,形成星状,从中心体开始向细胞皮质辐射;2)线粒体,通过线粒体附着在染色体上;3)极,与相反极的微管相互交叉。
在上述所有微管中,(-)末端面向中心体。
在植物细胞中,如果没有中心体,纺锤体类似于动物细胞的纺锤体。主轴由极性相反的两半组成。两端(+)在赤道板上。
后期
来源:Leomonaci98,来自Wikimedia Commons
后期分为早期和晚期。在后期后期,发生姐妹染色单体的分离。
发生这种分离的原因是,维持该结合的蛋白质被裂解,并且动粒的微管缩短。当一对姐妹染色单体分开时,它们称为染色体。
在染色体的极移过程中,线粒体随着其(+)末端解离而沿着相同线粒体的微管移动。因此,有丝分裂期间染色体的移动是一个被动过程,不需要运动蛋白。
在后期后期,两极之间发生更大的分离。在极性微管的重叠区域中,附着于极性微管(+)端的KRP蛋白向相邻反平行极性微管的(+)端移动。因此,KRP将相邻的极性微管推向(-)端。
在植物细胞中,染色体分离后,纺锤状体中间保留有相互交叉或重叠的微管空间。这种结构允许启动称为脆性塑料的细胞动力学装置。
末期
末期。莱莫纳西98
在末期,发生各种事件。染色体到达极点。线粒体消失了。极性微管继续伸长,为细胞分裂做好准备。核被膜由母被膜的碎片重新形成。核仁重新出现。染色体被缩合。
胞质分裂
细胞分裂是细胞分裂的细胞周期阶段。在动物细胞中,胞嘧啶通过肌动蛋白丝的收缩带发生。这些细丝彼此滑过,带的直径减小,并且在电池的圆周周围形成分裂槽。
随着收缩的继续,沟加深并形成了包含中体的细胞间桥。在细胞间桥的中央区域是微管束,其被电极蛋白基质覆盖。
有丝分裂后姐妹细胞之间的细胞间桥的破坏通过脱落发生。脱落的类型有三种:1)机械击穿机理;2)内部囊泡充盈的机制;3)收缩质膜进行裂变。
在植物细胞中,膜成分在其中组装,并形成细胞板。该斑块一直生长到到达质膜的表面,然后与之融合并将细胞分成两部分。然后,纤维素沉积在新的质膜上并形成新的细胞壁。
减数分裂
减数分裂是一种细胞分裂类型,可将染色体数目减少一半。因此,二倍体细胞分为四个单倍体子细胞。减数分裂发生在生殖细胞中并产生配子。
减数分裂的阶段由细胞核和细胞质的两个部分组成,即减数分裂I和减数分裂II。在减数分裂I期间,每对同源染色体的成员分开。在减数分裂II中,姐妹染色单体分离并产生四个单倍体细胞。
有丝分裂的每个阶段分为前期,前中期,中期,后期和末期。
减数分裂一
-前期I.染色体凝结,纺锤体开始形成。DNA增加了一倍。每个染色体由附着在着丝粒上的姐妹染色单体组成。同源染色体在突触过程中配对,允许交叉,这是产生不同配子的关键。
-中期I。这对同源染色体沿中期板排列。Chiasm帮助将这对搭扣保持在一起。每个极点上的线粒体的微管都与同源染色体的着丝粒结合。
-后期I.短柄线虫的微管被缩短,同源对被分离。一个重复的同系物进入细胞的一个极,而另一个重复的同系物进入细胞的另一侧。
-末期I。单独的同源物在细胞的每个极点形成一个组。核被膜重新形成。细胞分裂发生。产生的细胞具有原始细胞染色体数目的一半。
减数分裂II
-前期II。每个细胞中都形成新的纺锤体,细胞膜消失。
-中期II。主轴成形完成。染色体具有姐妹染色单体,在着丝粒处连接,沿着中期板排列。线粒体的微管从相反的两极开始,与着丝粒结合。
-后期II。微管缩短,着丝粒分裂,姐妹染色单体分离并向相反的两极移动。
-末期II。核被膜围绕四组染色体形成:形成四个单倍体细胞。
重要性
一些例子说明了不同类型的细胞分裂的重要性。
-有丝分裂。细胞周期具有不可逆的点(DNA复制,姐妹染色单体的分离)和检查点(G1 / S)。p53蛋白是G1检查点的关键。该蛋白质检测DNA损伤,停止细胞分裂,并刺激修复损伤的酶的活性。
在超过50%的人类癌症中,p53蛋白的突变使其结合特定DNA序列的能力无效。p53突变可能是由致癌物引起的,例如香烟烟雾中的苯并re。
-减数分裂。它与有性生殖有关。从进化的观点来看,据信有性生殖是作为修复DNA的过程出现的。因此,可以基于来自同源染色体的信息来修复对染色体的损伤。
人们认为二倍体状态在古代生物中是短暂的,但随着基因组变大而变得越来越重要。在这些生物中,有性生殖具有互补,DNA修复和遗传变异的功能。
参考文献
- Alberts,B.,Johnson,A.,Lewis,J。,等。2007。细胞分子生物学。加兰科学,纽约。
- Bernstein,H.,Byers,GS,Michod,RE1981。有性生殖的演变:DNA修复,互补和变异的重要性。美国博物学家,117,537-549。
- Lodish,H.,Berk,A.,Zipurski,SL,Matsudaria,P.,Baltimore,D.,Darnell,J.2003。细胞和分子生物学。社论Medica Panamericana,布宜诺斯艾利斯。
- Raven,PH,Johnson,GB,Losos,JB,Singer,SR 2005 Biology。波士顿高等教育。
- 所罗门,BM,伯格,LR,马丁,DW2008。生物学。美国汤姆森。