Hücre bölünmesi - Cell division

Hücresel farklılaşma ile karıştırılmamalıdır .
Prokaryotlarda (ikili fisyon) ve ökaryotlarda (mitoz ve mayoz) hücre bölünmesi

Hücre bölünmesi , bir ana hücrenin iki veya daha fazla yavru hücreye bölündüğü süreçtir . Hücre bölünmesi genellikle daha büyük bir hücre döngüsünün parçası olarak gerçekleşir . Gelen ökaryotlar , hücre bölünmesi iki farklı tipi vardır; her yavru hücrenin genetik olarak ana hücreyle aynı olduğu bir vejetatif bölünme ( mitoz ) ve yavru hücrelerdeki kromozom sayısının yarı yarıya azaltılarak haploid gamet ( mayoz ) meydana getirdiği üreme hücresi bölünmesi . Olarak , hücre biyolojisi , mitoz ( / maɪtoʊsɪs / ) bir parçası olan hücre döngüsü olup, burada, çoğaltılmış kromozomlar iki yeni çekirdek içine ayrılır. Hücre bölünmesi, toplam kromozom sayısının korunduğu genetik olarak özdeş hücrelere yol açar. Genel olarak, mitozdan (çekirdeğin bölünmesi) önce interfazın (DNA'nın kopyalandığı) S aşaması gelir ve genellikle bunu telofaz ve sitokinez takip eder ; ki bölen sitoplazma , organeller ve hücre zarını iki yeni içine bir hücrenin hücreler bu hücre bileşenlerinin kabaca eşit pay ihtiva etmektedir. Mitozun farklı aşamaları hep birlikte bir hayvan hücre döngüsünün mitotik ( M ) aşamasını tanımlar - ana hücrenin genetik olarak özdeş iki yavru hücreye bölünmesi. Mayoz, bir tur DNA replikasyonu ve ardından iki bölünme geçirerek dört haploid yavru hücre ile sonuçlanır. Birinci bölümde homolog kromozomlar , ikinci bölümde kardeş kromatitler ayrılır. Bu hücre bölünme döngülerinin her ikisi de yaşam döngülerinin bir noktasında cinsel üreme sürecinde kullanılır. Her ikisinin de son ökaryotik ortak atada mevcut olduğuna inanılıyor.

Prokaryotlar ( bakteriler ve arkeler ) genellikle ikili fisyon olarak bilinen ve genetik materyallerinin eşit olarak iki yavru hücreye ayrıldığı vejetatif bir hücre bölünmesinden geçer . İkili fisyon çoğu prokaryot tarafından bölünme aracı olsa da, gözlemlenen tomurcuklanma gibi alternatif bölünme biçimleri vardır . Organizmadan bağımsız olarak tüm hücre bölünmeleri, tek bir DNA replikasyonu turundan önce gelir .

Amip gibi basit tek hücreli mikroorganizmalar için , bir hücre bölünmesi üremeye eşdeğerdir - yepyeni bir organizma yaratılır. Daha büyük bir ölçekte, mitotik hücre bölünmesi, kesimlerden büyüyen bitkiler gibi çok hücreli organizmalardan nesiller yaratabilir . Mitotik hücre bölünmesi, eşeyli üreyen organizmaların , gametlerden mayotik hücre bölünmesiyle üretilen tek hücreli zigottan gelişmesini sağlar . Büyümeden sonra, mitozla hücre bölünmesi organizmanın sürekli inşasına ve onarımına izin verir. İnsan vücudu bir ömür boyunca yaklaşık 10 katrilyon hücre bölünmesi yaşar .

Hücre bölünmesinin birincil kaygısı, orijinal hücrenin genomunun korunmasıdır . Bölünme meydana gelmeden önce, kromozomlarda depolanan genomik bilgilerin kopyalanması ve kopyalanan genomun hücreler arasında temiz bir şekilde ayrılması gerekir. Genomik bilgiyi nesiller arasında tutarlı tutmak için çok sayıda hücresel altyapı yer alır.

Bakterilerde hücre bölünmesi

Yanal hücre duvarı büyümesi ve bölünmesi sırasında peptidoglikan sentezinden sorumlu diizom ve uzama kompleksleri.

Bakteriyel hücre bölünmesi, ikili fisyon veya tomurcuklanma yoluyla gerçekleşir. Divisome bölünme sahasında hücre bölünmesi, bölme sırasında iç ve dış zarının daralma ve peptidoglikan (PG) sentezinin sorumlu olan bakteri karmaşık bir proteindir. Tübülin benzeri bir protein olan FtsZ , hücre bölünmesi için kasılma halkasının oluşumunda kritik bir rol oynar.

Ökaryotta Hücre Bölünmesi

Ayrıca bakınız: Kuşakların değişimi

Ökaryotta hücre bölünmesi prokaryottan çok daha karmaşıktır. Kromozom sayısının azalıp azalmasına bağlı olarak; Ökaryotik hücre bölünmeleri, Mitoz (denklem bölünmesi) ve Mayoz (indirgeme bölünmesi) olarak sınıflandırılabilir . Amitoz adı verilen ilkel bir hücre bölünmesi formu da bulunur . Amitotik veya mitotik hücre bölünmesi, protistler (yani diatomlar, dinoflagellatlar vb.) ve mantarlar gibi çeşitli organizma gruplarında daha atipik ve çeşitlidir.

Ökaryotlarda mitoz formları (karyokinesis basamağı)

  • kapalı
    intranükleer
    plöromitoz

  • kapalı
    ekstranükleer
    plöromitoz

  • kapalı
    ortomitoz

  • yarı açık
    plöromitoz

  • yarı açık
    ortomitoz

  • açık
    ortomitoz

Mitotik metafazda (aşağıya bakınız), tipik olarak kromozomlar (her biri interfazın S fazındaki replikasyon nedeniyle geliştirdikleri 2 kardeş kromatit ile) düzenlenir ve kardeş kromatitler bölünür ve yavru hücrelere doğru dağıtılır.

Mayozda, tipik olarak Mayoz-I'de homolog kromozomlar eşleştirilir ve daha sonra ayrılır ve yavru hücrelere dağıtılır. Mayoz-II, kromatitlerin ayrıldığı mitoz gibidir. İnsanlarda ve diğer yüksek hayvanlarda ve diğer birçok organizmada mayoz bölünmeye gametik mayoz denir, yani mayoz gametlere yol açar. Birçok organizma grubunda, özellikle bitkilerde (alt bitkilerde gözlemlenebilir, ancak yüksek bitkilerde körelme aşaması), mayoz, haploid vejetatif faza (gametofit) filizlenen spor türlerine yol açar. Bu tür mayoz bölünmeye sporik mayoz denir.

Ökaryotik hücre bölünmesinin aşamaları

interfaz

İnterfaz , bir hücrenin mitoz, mayoz ve sitokinezden önce geçmesi gereken süreçtir . Ara faz üç ana aşamadan oluşur: G 1 , S ve G 2 . G 1 , hücreyi DNA Replikasyonuna hazırlamak için özel hücresel fonksiyonların meydana geldiği hücre için bir büyüme zamanıdır. İnterfaz sırasında, hücrenin daha fazla gelişmeyi ilerletmesine veya durdurmasına izin veren kontrol noktaları vardır. Kontrol noktalarından biri G1 ve S arasındadır, bu kontrol noktasının amacı uygun hücre boyutu ve herhangi bir DNA hasarı olup olmadığını kontrol etmektir. İkinci kontrol noktası G2 aşamasındadır, bu kontrol noktası aynı zamanda hücre boyutunu ve aynı zamanda DNA replikasyonunu kontrol eder. Son kontrol noktası, kromozomların mitotik iğlere doğru şekilde bağlanıp bağlanmadığını kontrol ettiği metafaz bölgesinde bulunur. S fazında, genetik içeriğin korunması için kromozomlar çoğaltılır. G sırasında 2 bu M fazı girmeden önce, hücre büyümesi son aşamaya maruz iğ sentezlenir. M fazı, hücre tipine bağlı olarak mitoz veya mayoz olabilir. Germ hücreleri veya gametler mayoz bölünme geçirirken somatik hücreler mitoz geçirir. Hücre M fazından başarıyla geçtikten sonra sitokinez yoluyla hücre bölünmesine uğrayabilir. Her kontrol noktasının kontrolü, siklin ve sikline bağımlı kinazlar tarafından kontrol edilir . Ara fazın ilerlemesi, artan siklin miktarının sonucudur. Siklin miktarı arttıkça, daha fazla sikline bağımlı kinaz, hücreye interfaz sinyalini veren sikline bağlanır. Siklin zirvesinde, sikline bağımlı kinazlara bağlı bu sistem hücreyi interfazın dışına ve mitoz, mayoz ve sitokinezin meydana geldiği M fazına iter. M aşamasına girmeden önce hücrenin geçmesi gereken üç geçiş kontrol noktası vardır. En önemli konu G 1 S geçiş kapısı. Hücre bu kontrol noktasını geçemezse, hücrenin hücre döngüsünden çıkmasıyla sonuçlanır.

Profaz

Profaz , bölünmenin ilk aşamasıdır. Nükleer zarf bu aşamada parçalanır, uzun kromatin iplikleri yoğunlaşarak kromozom adı verilen daha kısa ve daha görünür iplikler oluşturur, çekirdekçik kaybolur ve mikrotübüller sentromerde bulunan disk şeklindeki kinetokordlarda kromozomlara bağlanır . Kromozomların hizalanması ve ayrılması ile ilişkili mikrotübüller, iğ ve iğ lifleri olarak adlandırılır. Kromozomlar ayrıca mikroskop altında görünecek ve sentromerde bağlanacaktır. Mayoz bölünmedeki bu yoğunlaşma ve hizalanma periyodu sırasında, homolog kromozomlar, aynı lokasyonlarda çift sarmallı DNA'larında bir kırılmaya uğrarlar, ardından, şimdi parçalanmış ebeveyn DNA zincirlerinin, çaprazlama olarak bilinen ebeveyn olmayan kombinasyonlar halinde yeniden birleştirilmesi izler. Bu sürecin, büyük ölçüde , DNA replikasyonu ve transkripsiyonunda topozomeraz ile görülene benzer bir mekanizma yoluyla yüksek oranda korunmuş Spo11 proteininden kaynaklandığı kanıtlanmıştır .

metafaz

Gelen metafaz , sentromer kromozom kendilerini araya metafaz levha (ya da ekvatoral plaka ), iki eşit uzaklıklarda olan hayali bir çizgi sentrozom direkleri ve benzeri gibi bilinen kompleks kompleksleri ile bir arada tutulan cohesins . Kromozomlar , her iki kromatidin sentromerlerini iten ve çeken mikrotübül düzenleme merkezleri (MTOC'ler) tarafından hücrenin ortasında sıralanır ve böylece kromozomun merkeze hareket etmesine neden olur. Bu noktada kromozomlar hala yoğunlaşmaktadır ve şu anda olabilecekleri en sarmal ve yoğun olmaktan bir adım uzaktadır ve iğ lifleri zaten kinetokora bağlanmıştır. Bu faz sırasında, kinetokorlar hariç tüm mikrotübüller, anafaza doğru ilerlemelerini destekleyen bir kararsızlık durumundadır. Bu noktada kromozomlar bağlı oldukları iş miline doğru hücrenin zıt kutuplarına ayrılmaya hazırdır.

anafaz

Anafaz , hücre döngüsünün çok kısa bir aşamasıdır ve kromozomların mitotik plakada hizalanmasından sonra meydana gelir. Kinetokorlar, mitotik iş miline bağlanana kadar anafaz inhibisyon sinyalleri yayar. Son kromozom düzgün bir şekilde hizalandığında ve eklendiğinde, son sinyal dağılır ve anafaza ani geçişi tetikler. Bu ani kaymaya, anafaz-teşvik edici kompleksin aktivasyonu ve metafaz-anafaz geçişi için önemli olan proteinlerin parçalanmasını etiketleme işlevi neden olur. Parçalanan bu proteinlerden biri, parçalanması yoluyla kardeş kromatitleri bir arada tutan kohezin halkalarını parçalayan ve böylece kromozomların ayrılmasına yol açan enzim separatını serbest bırakan güvenliktir . Kromozomlar hücrenin ortasında sıralandıktan sonra iğ iplikleri onları birbirinden ayıracaktır. Kardeş kromatitler hücrenin zıt taraflarına hareket ederken kromozomlar ayrılır. Kardeş kromatitler birbirinden ayrılırken, hücre ve plazma kinetokor olmayan mikrotübüller tarafından uzar.

telofaz

Telofaz , bir bölünme oluğunun hücre sitoplazmasını (sitokinez) ve kromatini böldüğü hücre döngüsünün son aşamasıdır. Bu, her bir kutupta toplanan kromatinin etrafında oluşan yeni nükleer zarfların sentezi ve kromozomlar, interfaz sırasında sahip olduğu gevşek duruma kromatinlerini geri döndürmeye karar verdiğinde nükleolusun reformasyonu yoluyla gerçekleşir. Hücre içeriğinin bölünmesi her zaman eşit değildir ve dört yavru hücreden birinin sitoplazmanın çoğunluğuna sahip olduğu oosit oluşumunda görüldüğü gibi hücre tipine göre değişebilir.

sitokinez

Hücre bölünme sürecinin son aşaması sitokinezdir . Bu aşamada, mitoz veya mayozun sonunda meydana gelen bir sitoplazmik bölünme vardır. Bu aşamada, iki yavru hücreye yol açan geri dönüşü olmayan bir ayrılma meydana gelir. Hücre bölünmesi, hücrenin kaderini belirlemede önemli bir rol oynar. Bunun nedeni, asimetrik bir bölünme olasılığının olmasıdır. Sonuç olarak bu, tamamen farklı miktarlarda veya konsantrasyonlarda kaderi belirleyen moleküller içeren eşit olmayan yavru hücreler üreten sitokineze yol açar.

Hayvanlarda sitokinez, bir kasılma halkasının oluşumu ve ardından bir bölünme ile sona erer. Ancak bitkilerde bu farklı şekilde gerçekleşir. İlk önce bir hücre plakası oluşur ve daha sonra 2 yavru hücre arasında bir hücre duvarı gelişir.

Fisyon mayasında ( S. pombe ) sitokinez G1 fazında gerçekleşir.

Varyantlar

Mikrotübülleri yeşil, kromozomları (DNA) mavi ve kinetokorları kırmızı olarak gösteren bir insan hücresindeki mitotik iğ görüntüsü .

Hücreler genel olarak iki ana kategoriye ayrılır: basit çekirdeksiz prokaryotik hücreler ve karmaşık çekirdekli ökaryotik hücreler. Ökaryotik ve prokaryotik hücreler yapısal farklılıkları nedeniyle aynı şekilde bölünmezler. Ayrıca, ökaryotik kök hücreleri gametlere ( erkeklerde sperm hücreleri veya dişilerde yumurta hücreleri) dönüştüren hücre bölünmesi modeli, mayoz olarak adlandırılan , vücuttaki somatik hücrelerin bölünmesinden farklıdır . Mikrotübülleri yeşil, kromozomları (DNA) mavi ve kinetokorları kırmızı olarak gösteren bir insan hücresindeki mitotik iğ görüntüsü .

42'nin üzerinde hücre bölünmesi. Hücreler, istilacı olmayan kantitatif faz kontrast hızlandırılmış mikroskopi kullanılarak hücre kültürü kabında doğrudan görüntülendi .

bozulma

Çok hücreli organizmalar, hücre bölünmesi yoluyla yıpranmış hücrelerin yerini alır. Ancak bazı hayvanlarda hücre bölünmesi sonunda durur. Olarak insanlarda bu şekilde bilinmektedir 52 bölümden sonra, ortalama olarak, meydana Hayflick sınırı . Hücre daha sonra yaşlanmış olarak adlandırılır . Her bölünme ile hücreler telomerler , kromozomal DNA'nın bozulmasını önleyen bir kromozomun ucundaki koruyucu DNA dizileri kısalır . Bu kısalma, yaşa bağlı hastalıklar ve insanlarda kısalan yaşam süreleri gibi olumsuz etkilerle ilişkilendirilmiştir. Öte yandan kanser hücrelerinin bu şekilde bozulduğu düşünülmemektedir. Kanserli hücrelerde büyük miktarlarda bulunan telomeraz adı verilen bir enzim kompleksi , telomerik DNA tekrarlarının sentezi yoluyla telomerleri yeniden oluşturur ve bölünmenin süresiz olarak devam etmesine izin verir.

Tarih

Kurt Michel, faz kontrast mikroskobu ile

Mikroskop altında bir hücre bölünmesi ilk olarak Alman botanikçi Hugo von Mohl tarafından 1835'te yeşil alg Cladophora glomerata üzerinde çalışırken keşfedildi .

1943'te hücre bölünmesi ilk kez Kurt Michel tarafından bir faz kontrast mikroskobu kullanılarak filme alındı .

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma