MITOSIS: FASA DAN CIRI, FUNGSI, DAN ORGANISMA MEREKA - BIOLOGI - 2024

The mitosis adalah proses pembahagian sel, di mana sel menghasilkan sel anak genetik yang serupa; dua "anak perempuan" dengan beban kromosom yang sama dihasilkan untuk setiap sel. Pembahagian ini berlaku dalam sel-sel somatik organisma eukariotik.

Proses ini adalah salah satu peringkat kitaran sel organisma eukariotik, yang terdiri daripada 4 fasa: S (sintesis DNA), M (pembahagian sel), G1 dan G2 (fasa pertengahan di mana mRNA dan protein dihasilkan) . Bersama-sama, fasa G1, G2, dan S dianggap sebagai antara muka. Pembahagian nuklear dan sitoplasma (mitosis dan sitokinesis) membentuk peringkat terakhir kitaran sel.

Gambaran keseluruhan mitosis. Sumber: Viswaprabha

Pada tahap molekul, mitosis dimulakan dengan pengaktifan kinase (protein) yang disebut MPF (Maturasi Mempromosikan Faktor) dan fosforilasi akibat sejumlah protein komponen sel. Yang terakhir ini membolehkan sel menunjukkan perubahan morfologi yang diperlukan untuk menjalankan proses pembahagian.

Mitosis adalah proses aseksual, kerana sel keturunan dan anak perempuannya mempunyai maklumat genetik yang sama. Sel-sel ini dikenali sebagai diploid kerana membawa beban kromosom yang lengkap (2n).

Meiosis, sebaliknya, adalah proses pembelahan sel yang membawa kepada pembiakan seksual. Dalam proses ini, sel induk diploid mereplikasi kromosomnya dan kemudian membahagi dua kali berturut-turut (tanpa meniru maklumat genetiknya). Akhirnya, 4 sel anak dihasilkan dengan hanya separuh beban kromosom, yang disebut haploid (n).

Gambaran keseluruhan mitosis

Mitosis pada organisma sel tunggal secara amnya menghasilkan sel anak yang sangat serupa dengan keturunannya. Sebaliknya, semasa pengembangan makhluk multiselular, proses ini dapat menimbulkan dua sel dengan beberapa ciri yang berbeza (walaupun identik secara genetik).

Pembezaan sel ini menimbulkan pelbagai jenis sel yang membentuk organisma multisel.

Semasa hidup organisma, kitaran sel berlaku secara berterusan, sentiasa membentuk sel-sel baru yang seterusnya tumbuh dan bersiap untuk membelah melalui mitosis.

Pertumbuhan dan pembelahan sel diatur oleh mekanisme, seperti apoptosis (kematian sel yang diprogramkan), yang memungkinkan menjaga keseimbangan, menghindari pertumbuhan jaringan yang berlebihan. Dengan cara ini, dipastikan sel-sel yang rosak digantikan oleh sel-sel baru, sesuai dengan kehendak dan keperluan tubuh.

Sejauh manakah proses ini relevan?

Keupayaan untuk membiak adalah salah satu ciri terpenting dari semua organisma (dari uniselular hingga multiselular) dan sel yang menyusunnya. Kualiti ini memastikan kesinambungan maklumat genetik anda.

Memahami proses mitosis dan meiosis telah memainkan peranan penting dalam memahami ciri-ciri sel organisma yang menarik. Sebagai contoh, sifat menjaga bilangan kromosom tetap dari satu sel ke sel yang lain dalam satu individu, dan antara individu dengan spesies yang sama.

Apabila kita mengalami beberapa jenis luka atau luka pada kulit kita, kita melihat bagaimana dalam beberapa hari kulit yang rosak pulih. Ini berlaku berkat proses mitosis.

Fasa dan ciri-cirinya

Secara umum, mitosis mengikuti urutan proses yang sama (fasa) di semua sel eukariotik. Dalam fasa ini banyak perubahan morfologi berlaku di dalam sel. Antaranya pemeluwapan kromosom, pecahnya membran nuklear, pemisahan sel dari matriks ekstraselular dan sel lain, dan pembahagian sitoplasma.

Dalam beberapa kes, pembahagian nuklear dan pembahagian sitoplasma dianggap sebagai fasa yang berbeza (masing-masing mitosis dan sitokinesis).

Untuk kajian dan pemahaman proses yang lebih baik, enam (6) fasa telah ditentukan, disebut: profilis, prometaphase, metafasa, anafase dan telofasa, kemudian sitokinesis dianggap sebagai fasa keenam, yang mulai berkembang selama anafase.

Telofase adalah fasa terakhir mitosis. Diambil dari https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg. Melalui Wikimedia Commons

Fasa-fasa ini telah dipelajari sejak abad ke-19 melalui mikroskop cahaya, sehingga hari ini mereka mudah dikenali menurut ciri-ciri morfologi yang ditunjukkan oleh sel, seperti pemeluwapan kromosom, dan pembentukan gelendong mitotik.

Ramalkan

Ramalkan. Leomonaci98, dari Wikimedia Commons

Prophase adalah manifestasi pembahagian sel pertama yang dapat dilihat. Pada fasa ini, penampilan kromosom dapat dilihat sebagai bentuk yang dapat dibezakan, kerana pemadatan kromatin progresif. Pemeluwapan kromosom ini bermula dengan fosforilasi molekul Histone H1 oleh MPF kinase.

Proses pemeluwapan terdiri daripada pengecutan dan oleh itu pengurangan magnitud kromosom. Ini berlaku kerana penggelapan gentian kromatin, menghasilkan struktur yang lebih mudah diganti (kromosom mitotik).

Kromosom yang sebelumnya digandakan selama tempoh S kitaran sel, memperoleh penampilan untai dua, yang disebut kromatid saudari, helai ini dipegang bersama melalui wilayah yang disebut sentromer. Pada fasa ini nukleoli juga hilang.

Pembentukan gelendong mitotik

Oleh Silvia3, dari Wikimedia Commons

Semasa profilase, spindle mitotik terbentuk, terdiri dari mikrotubulus dan protein yang membentuk satu set serat.

Semasa gelendong terbentuk, mikrotubulus sitoskeleton dibongkar (dengan menyahaktifkan protein yang mengekalkan strukturnya), menyediakan bahan yang diperlukan untuk pembentukan gelendong mitotik tersebut.

Sentrosom (organel tanpa membran, berfungsi dalam kitaran sel), diduplikasi di antara muka, bertindak sebagai unit pemasangan mikrotubulus gelendong. Dalam sel haiwan, sentrosom mempunyai di pusat, sepasang sentriol; tetapi ini tidak terdapat di kebanyakan sel tumbuhan.

Sentrosom pendua mula terpisah antara satu sama lain sementara mikrotubulus gelendong berkumpul di masing-masing daripadanya, mula berpindah ke hujung sel yang bertentangan.

Pada akhir profil, pecah sampul nuklear bermula, berlaku dalam proses yang berasingan: pembongkaran liang nuklear, lamina nuklear dan membran nuklear. Istirahat ini membolehkan spindle mitotik dan kromosom mula berinteraksi.

Prometaphase

Leomonaci98

Pada tahap ini, sampul nuklear telah dipecah sepenuhnya, sehingga mikrotubulus gelendong menyerang kawasan ini, berinteraksi dengan kromosom. Kedua-dua sentrosom telah terpisah, masing-masing terletak di kutub spindle mitotik, di hujung sel yang bertentangan.

Sekarang, gelendong mitotik terdiri daripada mikrotubulus (yang memanjang dari setiap sentrosom menuju pusat sel), sentrosom, dan sepasang aster (struktur dengan sebaran radial mikrotubulus pendek, yang terbentang dari setiap sentrosom).

Setiap kromatid mengembangkan struktur protein khusus, yang disebut kinetochore, yang terletak di pusat. Kinetochores ini terletak di arah yang bertentangan dan beberapa mikrotubulus, yang disebut mikrotubulus kinetochore, mematuhinya.

Mikrotubulus ini, yang melekat pada kinetochore, mula bergerak ke kromosom dari hujungnya memanjang; beberapa dari satu tiang dan yang lain dari tiang yang bertentangan. Ini menimbulkan kesan "tarikan dan pengecutan" yang, apabila distabilkan, memungkinkan kromosom berakhir terletak di antara hujung sel.

Metafasa

Kromosom diselaraskan dalam plat khatulistiwa sel semasa metafasa mitotik

Dalam metafasa, sentrosom terletak di hujung sel yang bertentangan. Gelendong menunjukkan struktur yang jelas, di tengah-tengah kromosom berada. Sentromer kromosom ini dilekatkan pada serat dan diselaraskan dalam satah khayalan yang disebut plat metafasa.

Kinetochores kromatid tetap melekat pada mikrotubulus kinetochore. Microtubules yang tidak melekat pada kinetochores dan memanjang dari kutub gelendong bertentangan kini berinteraksi antara satu sama lain. Pada titik ini mikrotubulus dari aster bersentuhan dengan membran plasma.

Pertumbuhan dan interaksi mikrotubulus ini melengkapkan struktur gelendong mitotik, memberikan penampilan "sangkar burung".

Secara morfologi, fasa ini adalah fasa dengan perubahan paling sedikit, itulah sebabnya ia dianggap sebagai fasa rehat. Walau bagaimanapun, walaupun tidak mudah dilihat, banyak proses penting terjadi di dalamnya, selain merupakan tahap mitosis terpanjang.

Anafase

Sumber: Leomonaci98, dari Wikimedia Commons

Semasa anafase, setiap pasangan kromatid mula terpisah (disebabkan oleh ketidakaktifan protein yang menyatukannya). Kromosom yang dipisahkan bergerak ke hujung sel yang bertentangan.

Pergerakan migrasi ini disebabkan oleh pemendekan mikrotubulus kinetochore, menghasilkan kesan "tarikan" yang menyebabkan setiap kromosom bergerak dari sentromernya. Bergantung pada lokasi sentromer pada kromosom, ia mungkin mengambil bentuk tertentu seperti V atau J.

Mikrotubulus yang tidak melekat pada kinetochore, tumbuh dan memanjang oleh lekatan tubulin (protein) dan oleh tindakan protein motor yang bergerak di atasnya, yang memungkinkan hubungan antara mereka berhenti. Ketika mereka menjauh antara satu sama lain, kutub gelendong juga, memanjangkan sel.

Pada akhir fasa ini, kumpulan kromosom terletak di hujung bertentangan spindle mitotik, meninggalkan setiap hujung sel dengan satu set kromosom yang lengkap dan setara.

Telofasa

Telofasa. Leomonaci98

Telofase adalah fasa terakhir pembahagian nuklear. Mikrotubulus kinetochore hancur sementara mikrotubulus polar memanjang.

Membran nuklear mula terbentuk di sekitar setiap set kromosom, menggunakan sampul nuklear sel progenitor, yang seperti vesikel di sitoplasma.

Pada tahap ini, kromosom yang berada di kutub sel benar-benar terurai disebabkan oleh depososforilasi molekul histon (H1). Pembentukan unsur membran nuklear diarahkan oleh beberapa mekanisme.

Semasa anafase, banyak protein yang terfosforilasi dalam profilase mula mendeposforilat. Ini memungkinkan pada permulaan telofasa, vesikel nuklear mulai berkumpul kembali, berkait dengan permukaan kromosom.

Sebaliknya, liang nuklear dipasang kembali yang memungkinkan pemompaan protein nuklear. Protein lamina nuklear dideposforilasi, membolehkan mereka bergabung kembali, untuk menyelesaikan pembentukan lamina nuklear tersebut.

Akhirnya, setelah kromosom sepenuhnya dipadatkan, sintesis RNA dimulakan semula, membentuk nukleoli sekali lagi dan dengan itu menyelesaikan pembentukan inti sel interfasa baru dari anak perempuan.

Sitokinesis

Sitokinesis diambil sebagai peristiwa terpisah dari pembelahan nuklear, dan biasanya pada sel khas, proses pembelahan sitoplasma menyertai setiap mitosis, dimulai pada anafase. Beberapa kajian menunjukkan bahawa pada beberapa embrio, beberapa pembelahan nuklear berlaku sebelum pembahagian sitoplasma.

Prosesnya bermula dengan munculnya alur atau celah yang ditandakan pada satah plat metafasa, memastikan bahawa pembahagian berlaku antara kumpulan kromosom. Tapak celah ditunjukkan oleh gelendong mitotik khususnya, mikrotubulus aster.

Di celah yang ditandai, serangkaian mikrofilamen dijumpai membentuk cincin yang diarahkan ke sisi sitoplasma membran sel, yang sebahagian besarnya terdiri daripada aktin dan myosin. Protein ini saling berinteraksi membolehkan cincin menguncup di sekitar alur.

Pengecutan ini dihasilkan oleh gelongsor filamen protein ini, ketika berinteraksi antara satu sama lain, dengan cara yang sama seperti yang mereka lakukan, misalnya, pada tisu otot.

Pengecutan anulus semakin mendalam, memberikan kesan "penjepitan" yang akhirnya membahagi sel progenitor, memungkinkan pemisahan sel anak, dengan kandungan sitoplasma mereka yang berkembang.

Sitokinesis pada sel tumbuhan

Sel tumbuhan mempunyai dinding sel, jadi proses pembelahan sitoplasma mereka berbeza dari yang dijelaskan sebelumnya dan bermula di telofase.

Pembentukan dinding sel baru bermula apabila mikrotubulus sisa gelendong dipasang, membentuk fragmoplast. Struktur silinder ini terdiri dari dua set mikrotubulus yang dihubungkan di hujungnya, dan yang kutub positifnya tertanam dalam plat elektronik di bidang khatulistiwa.

Vesikel kecil dari alat Golgi, yang dipenuhi dengan prekursor dinding sel, bergerak melalui mikrotubulus fragmoplast ke kawasan khatulistiwa, bergabung untuk membentuk plat sel. Kandungan vesikel dirembeskan ke dalam piring ini semasa ia tumbuh.

Plak ini tumbuh, bergabung dengan membran plasma di sepanjang perimeter sel. Ini berlaku kerana penyusunan semula mikrotubulus fragmoplast yang berterusan di pinggir plat, yang membolehkan lebih banyak vesikel bergerak ke arah satah ini dan mengosongkan kandungannya.

Dengan cara ini, pemisahan sitoplasma sel anak perempuan berlaku. Akhirnya, kandungan plat sel, bersama dengan mikrofiber selulosa di dalamnya, memungkinkan pembentukan dinding sel baru selesai.

ciri-ciri

Mitosis adalah mekanisme pembelahan dalam sel, dan merupakan sebahagian daripada salah satu fasa kitaran sel di eukariota. Dengan cara yang mudah, kita dapat mengatakan bahawa fungsi utama proses ini adalah pembiakan sel dalam dua sel anak.

Untuk organisma uniselular, pembahagian sel bermaksud generasi individu baru, sementara untuk organisma multisel proses ini adalah sebahagian daripada pertumbuhan dan fungsi keseluruhan organisma yang betul (pembelahan sel menghasilkan pengembangan tisu dan pemeliharaan struktur).

Proses mitosis diaktifkan mengikut keperluan badan. Pada mamalia, misalnya, sel darah merah (eritrosit) mulai membelah, membentuk lebih banyak sel, ketika tubuh memerlukan pengambilan oksigen yang lebih baik. Begitu juga, sel darah putih (leukosit) membiak apabila diperlukan untuk melawan jangkitan.

Sebaliknya, sebilangan sel haiwan khusus tidak mempunyai proses mitosis atau lambat. Contohnya ialah sel saraf dan sel otot).

Secara umum, mereka adalah sel yang merupakan sebahagian daripada tisu penghubung dan struktur badan dan pembiakannya hanya diperlukan apabila sel mengalami kecacatan atau kemerosotan dan perlu diganti.

Peraturan pertumbuhan dan pembahagian sel.

Pembahagian sel dan sistem kawalan pertumbuhan jauh lebih kompleks pada organisma multisel berbanding dengan organisel uniselular. Pada yang terakhir, pembiakan pada dasarnya dibatasi oleh ketersediaan sumber.

Dalam sel haiwan, pembahagian ditangkap sehingga ada isyarat positif untuk mengaktifkan proses ini. Pengaktifan ini datang dalam bentuk isyarat kimia dari sel yang berdekatan. Ini memungkinkan untuk mencegah pertumbuhan tisu yang tidak terhad, dan pembiakan semula sel-sel yang cacat, yang boleh membahayakan nyawa organisma dengan serius.

Salah satu mekanisme yang mengawal pendaraban sel adalah apoptosis, di mana sel mati (disebabkan oleh penghasilan protein tertentu yang mengaktifkan pemusnahan diri) jika terdapat kerosakan yang besar atau dijangkiti virus.

Terdapat juga pengaturan pengembangan sel melalui penghambatan faktor pertumbuhan (seperti protein). Oleh itu sel tetap berada di antara muka, tanpa meneruskan fasa M kitaran sel.

Organisma yang melaksanakannya

Proses mitosis berlaku di sebilangan besar sel eukariotik, dari organisme uniselular seperti ragi, yang menggunakannya sebagai proses pembiakan aseksual, hingga organisma multiselular kompleks seperti tumbuhan dan haiwan.

Walaupun secara umum kitaran sel adalah sama untuk semua sel eukariotik, terdapat perbezaan yang ketara antara organisma uniselular dan multiselular. Yang pertama, pertumbuhan dan pembelahan sel disukai oleh pemilihan semula jadi. Dalam organisma multiselular, percambahan dibatasi oleh mekanisme kawalan yang ketat.

Dalam organisma uniselular, pembiakan berlaku dengan cara yang dipercepat, kerana kitaran sel beroperasi terus-menerus dan sel anak dengan cepat memulakan mitosis untuk meneruskan kitaran ini. Manakala sel-sel organisma multisel memerlukan masa lebih lama untuk tumbuh dan membahagi.

Terdapat juga beberapa perbezaan antara proses mitosis sel tumbuhan dan haiwan, seperti dalam beberapa fasa proses ini, namun pada prinsipnya, mekanisme ini beroperasi dengan cara yang serupa pada organisme ini.

Pembahagian sel dalam sel prokariotik

Sel prokariotik

Sel prokariotik secara amnya tumbuh dan membahagi pada kadar yang lebih cepat daripada sel eukariotik.

Organisma dengan sel prokariotik (umumnya uniselular atau dalam beberapa kes multiselular) kekurangan membran nuklear yang mengasingkan bahan genetik dalam nukleus, sehingga tersebar di dalam sel, di kawasan yang disebut nukleoid. Sel-sel ini mempunyai kromosom utama yang bulat.

Oleh itu, pembahagian sel dalam organisma ini jauh lebih langsung daripada sel eukariotik, kekurangan mekanisme yang dijelaskan (mitosis). Di dalamnya, pembiakan dilakukan oleh proses yang disebut pembelahan binari, di mana replikasi DNA bermula di laman web tertentu pada kromosom bulat (asal replikasi atau OriC).

Dua asal kemudian dibentuk yang berpindah ke sisi sel yang berlawanan ketika replikasi berlaku, dan sel diregangkan hingga dua kali ukurannya. Pada akhir replikasi, membran sel tumbuh ke sitoplasma, membahagi sel progenitor menjadi dua anak perempuan dengan bahan genetik yang sama.

Evolusi mitosis

Evolusi sel eukariotik membawa peningkatan kerumitan dalam genom. Ini melibatkan pengembangan mekanisme pembahagian yang lebih terperinci.

Apa yang berlaku sebelum mitosis?

Terdapat hipotesis bahawa pembahagian bakteria adalah mekanisme mitosis pendahulu. Hubungan tertentu telah dijumpai antara protein yang berkaitan dengan pembelahan binari (yang mungkin merupakan kromosom yang berlabuh ke laman web tertentu pada membran plasma anak perempuan) dengan tubulin dan aktin dalam sel eukariotik.

Beberapa kajian menunjukkan keunikan tertentu dalam pembahagian protista uniselular moden. Di dalamnya membran nuklear tetap utuh semasa mitosis. Kromosom yang direplikasi tetap berlabuh ke lokasi tertentu pada membran ini, memisahkan ketika inti mula meregang semasa pembelahan sel.

Ini menunjukkan beberapa kebetulan dengan proses pembelahan binari, di mana kromosom replikasi melekat pada tempat-tempat tertentu pada membran sel. Hipotesis kemudian menunjukkan bahawa protista yang menunjukkan kualiti ini semasa pembelahan sel mereka dapat mengekalkan ciri sel prokariotik leluhur ini.

Pada masa ini, penjelasan belum dikembangkan mengapa dalam sel eukariotik organisma multiselular perlu untuk membran nuklear hancur semasa proses pembelahan sel.

Rujukan

1. Albarracín, A., & Telulón, AA (1993). Teori Sel pada abad ke-19. Edisi AKAL.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Biologi Molekul Sel. Garland Science, Taylor dan Francis Group.
3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Biologi edisi ^ke- 7 , AP.
4. Griffiths, AJ, Lewontin, RC, Miller, JH, & Suzuki, DT (1992). Pengenalan kepada analisis genetik. McGraw-Hill Interamericana.
5. Karp, G. (2009). Biologi sel dan molekul: konsep dan eksperimen. John Wiley & Anak.
6. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekular. Macmillan.
7. Segura-Valdez, MDL, Cruz-Gómez, SDJ, López-Cruz, R., Zavala, G., & Jiménez-García, LF (2008). Visualisasi mitosis dengan mikroskop daya atom. TIP. Jurnal khusus dalam sains kimia-biologi, 11 (2), 87-90.