SOLUJEN JAKAUTUMINEN: TYYPIT, PROSESSIT JA MERKITYS - BIOLOGIA - 2026

Solunjakautumisen on prosessi, jonka avulla kaikki elävät organismit kasvamaan ja lisääntymään. Prokaryooteissa ja eukaryooteissa solujakautumisen tuloksena on tytärisolut, joilla on sama geneettinen informaatio kuin alkuperäisellä solulla. Näin tapahtuu, koska ennen jakamista DNA: n sisältämät tiedot ovat päällekkäisiä.

Prokaryooteissa jako tapahtuu binaarifission avulla. Useimpien prokaryoottien genomi on pyöreä DNA-molekyyli. Vaikka näillä organismeilla ei ole ydintä, DNA on kompaktaisessa muodossa, jota kutsutaan nukleoidiksi, joka eroaa sitä ympäröivästä sytoplasmasta.

Lähde: Retama

Eukaryooteissa jako tapahtuu mitoosin ja meioosin kautta. Eukaryoottinen genomi koostuu suurista määristä DNA: ta, joka on järjestetty ytimeen. Tämä organisaatio perustuu DNA: n pakkaamiseen proteiineilla, jotka muodostavat kromosomeja, jotka sisältävät satoja tai tuhansia geenejä.

Hyvin monimuotoisilla eukaryooteilla, sekä yksisoluisilla että metatsoaaneilla, on elinkaari, joka vuorottelee mitoosin ja meioosin välillä. Nämä jaksot ovat sellaisia, joissa: a) gameettinen meioosi (eläimet, jotkut sienet ja levät), b) zygotic meiosis (jotkut sienet ja alkueläimet); ja c) vaihde gameettisen ja sikotaattisen meioosin (kasvit) välillä.

Tyypit

Solujen jakautuminen voi tapahtua binaarifissiolla, mitoosilla tai meioosilla. Jokainen prosessi, joka liittyy tämän tyyppiseen solujakautumiseen, kuvataan alla.

Binaarifissio

Prokaryoottinen fissio, binaarifissio, on eräs aseksuaalisen lisääntymisen muoto.

Binaarifissio koostuu solun jakautumisesta, joka synnyttää kaksi tytärsolua, jokaisella on identtinen kopio alkuperäisen solun DNA: sta.

Ennen prokaryoottisen solun jakautumista tapahtuu DNA-replikaatio, joka alkaa tietystä kohdasta kaksijuosteisessa DNA: ssa, jota kutsutaan replikaation aloituskohdaksi. Replikaatioentsyymit liikkuvat molemmissa suunnissa alkuperästä, tuottaen yhden kopion jokaisesta kaksijuosteisen DNA: n juosteesta.

DNA: n replikaation jälkeen solu pidentää ja DNA erotetaan solun sisällä. Uusi plasmamembraani alkaa kasvaa heti solun keskellä muodostaen väliseinän.

Tätä prosessia helpottaa FtsZ-proteiini, joka on evoluuttisesti erittäin konservoitunut prokaryooteissa, mukaan lukien Archaea. Lopuksi solu jakaa.

Solusykli ja mitoosi

Vaiheet, jolloin eukaryoottinen solu käy läpi kahden peräkkäisen solujakauman, kutsutaan solusykliksi. Solusyklin kesto vaihtelee muutamasta minuutista kuukauteen solutyypistä riippuen.

Solusykli on jaettu kahteen vaiheeseen, nimittäin M-vaiheeseen ja rajapintaan. M-vaiheessa tapahtuu kaksi prosessia, joita kutsutaan mitoosiksi ja sytokiineiksi. Mitoosi koostuu ydinjaosta. Alkuperäisessä ytimessä läsnä sama määrä ja tyyppejä kromosomeja löytyy tytärytimistä. Monisoluisten organismien somaattiset solut jakautuvat mitoosin avulla.

Sytokiineesi koostuu sytoplasman jakautumisesta tytärsolujen muodostamiseksi.

Rajapinnalla on kolme vaihetta: 1) G1, solut kasvavat ja viettävät suurimman osan ajastaan ​​tässä vaiheessa; 2) S, genomin kopiointi; ja 3) G2, mitokondrioiden ja muiden organelien replikaatio, kromosomien kondensaatio ja mikrotubulusten kokoonpano muun muassa.

Vaiheen mitoosi

Mitoosi alkaa G2-vaiheen lopulla ja on jaettu viiteen vaiheeseen: profaasi, prometafaasi, metafaasi, anafaasi ja teofaasi. Ne kaikki tapahtuvat jatkuvasti.

prophase

Prophase. Leomonaci98, Wikimedia Commonsista

Tässä vaiheessa mitoottisen kara tai mitoottisen laitteen kokoonpano on päätapahtuma. Profaasi alkaa kromatiinin tiivistymisellä muodostaen kromosomit.

Jokaisessa kromosomissa on sisarkromatiidipari, jolla on identtinen DNA, joka on tiukasti sitoutuneena sentromeeriensä läheisyyteen. Kohesiineiksi kutsuttujen proteiinikompleksien osallistuminen tähän liittoon.

Jokainen sentromeeri on kiinnittynyt kinetokoriin, joka on proteiinikompleksi, joka sitoutuu mikrotubuluksiin. Nämä mikrotubulukset sallivat jokaisen kromosomikopion siirtämisen tytärsoluihin. Mikrotubulukset säteilevät solun molemmista päistä ja muodostavat mitoottisen laitteen.

Eläinsoluissa ennen profaasia tapahtuu centrosomien päällekkäisyys, joka on mikrotubulusten tärkein järjestämiskeskus ja paikka, jossa emo- ja lapsensentrioolit tapaavat. Jokainen centrosomi saavuttaa solun vastakkaisen navan, muodostaen mikrotubulusten sillan, jota kutsutaan mitoottiseksi laitteeksi.

Äskettäin kehittyneissä kasveissa, toisin kuin eläinsoluissa, ei ole sentrosomeja ja mikrotubulusten alkuperä on epäselvä. Vanhemmista evoluutioperäisistä fotosynteettisistä soluista, kuten vihreistä lehdistä, on sentriosomeja.

prometafaasin

Leomonaci98

Mitoosin on varmistettava kromosomien erottelu ja ydinhuokoskompleksin ja nukleolien ydinvaipan jakautuminen. Sen mukaan, häviääkö ydinvaippa (EN) vai ei, ja EN: n tiheyden integroitumisasteesta mitoosi vaihtelee suljetusta täysin avoimeen.

Esimerkiksi S. cerevisaessa mitoosi on suljettu, A. nidulansissa se on osittain avoin ja ihmisillä avoin.

Suljetussa mitoosissa karan polaariset rungot löytyvät ydinkuoresta, muodostaen ydin- ja sytoplasmisten mikrotubulusten ydinpisteitä. Sytoplasmiset mikrotubulukset ovat vuorovaikutuksessa solukuoren ja kromosomien kinetokorien kanssa.

Koska puoli-avoimessa mitoosissa EN on osittain purettu, ydintilaan tunkeutuvat ytimessä olevat mikrotubulit, jotka ovat peräisin centrosomeista ja kahden EN: n aukon kautta, muodostaen kimppuja, joita EN ympäröi.

Avoimessa mitoosissa tapahtuu EN: n täydellinen purkaminen, mitoottinen laite on valmis ja kromosomit alkavat siirtyä kohti solun keskustaa.

Metaphase

Kromosomit kohdistuvat solun päiväntasaajan levyyn mitoottisen metafaasin aikana

Metafaasissa kromosomit rinnastuvat solun päiväntasaajaan. Karan akseliin nähden kohtisuoraa kuvitteellista tasoa, joka kulkee kennon sisäkehän läpi, kutsutaan metafaasilevyksi.

Nisäkässoluissa mitoottinen laite on järjestetty keski- seen mitoottiseen karaan ja asteripariin. Mitoottinen kara koostuu kahdenvälisestä symmetrisestä nipusta mikrotubuluksista, joka on jaettu solun päiväntasaajalle muodostaen kaksi vastakkaista puolikkaata. Asterit koostuvat ryhmästä mikrotubuluksia karan jokaisessa navassa.

Mitoottisessa laitteistossa on kolme mikrotubulusryhmää: 1) astraalit, jotka muodostavat asterin, alkavat sen keskeltä ja säteilevät kohti solukortortta; 2) kinetokorista, jotka kiinnittyvät kromosomeihin kinetohoronin kautta; ja 3) polaarinen, joka interdigitoituu vastakkaisesta navasta tulevien mikrotubulusten kanssa.

Kaikissa yllä kuvatuissa mikroputkissa (-) päät ovat kohti centrosomia.

Kasvisoluissa, ellei siinä ole centrosomia, kara on samanlainen kuin eläinsoluissa. Kara koostuu kahdesta puoliskosta, joilla on vastakkaiset polariteetit. Päät (+) ovat päiväntasaajan levyllä.

Anaphase

Lähde: Leomonaci98, Wikimedia Commonsista

Anaphase jaetaan varhaiseen ja myöhäiseen. Varhaisessa anafaasissa tapahtuu sisarkromatidien erottuminen.

Tämä erottelu tapahtuu, koska liitosta ylläpitävät proteiinit pilkotaan ja koska kinetokorin mikrotubulukset lyhenevät. Kun sisarkromatidien pari erottuu, niitä kutsutaan kromosomeiksi.

Kromosomien napavaiheen aikana kinetokori liikkuu saman kinetokorin mikrotubulusta pitkin, kun sen (+) pää dissosioituu. Tämän vuoksi kromosomien liikkuminen mitoosin aikana on passiivinen prosessi, joka ei vaadi motorisia proteiineja.

Myöhäisessä anafasissa tapahtuu napojen suurempi erottelu. Polaaristen mikrotubulusten (+) päähän kiinnittynyt KRP-proteiini, joka on saman päällekkäisyyden alueella, kulkee vierekkäisen vastaparallisen polaarisen mikrotubullin (+) päätä kohti. Siten KRP työntää vierekkäistä polaarista mikroputkea kohti (-) päätä.

Kasvisoluissa, kromosomien erottamisen jälkeen, karan keskelle jää tilaa, jossa on limittyneitä tai päällekkäisiä mikrotubuluksia. Tämä rakenne mahdollistaa sytokineettisen laitteen, nimeltään fragmoplasti, käynnistymisen.

Telophase

Telophase. Leomonaci98

Teofaasissa tapahtuu erilaisia ​​tapahtumia. Kromosomit saavuttavat navat. Kinetochore katoaa. Polaariset mikrotubulukset jatkavat jatkumistaan ​​valmistaen solua sytokiinille. Ydinkuori muodostetaan uudelleen emäkuoren fragmenteista. Nukleooli ilmestyy uudestaan. Kromosomit ovat kondensoitumattomia.

sytokineesiin

Sytokiineesi on solusyklin vaihe, jonka aikana solu jakautuu. Eläinsoluissa sytosineesi tapahtuu aktiinfilamenttien supistushihnan avulla. Nämä filamentit liukuvat toistensa ohitse, hihnan halkaisija pienenee ja solun kehän ympärille muodostuu katkaisuura.

Supistumisen jatkuessa sulcus syventyy ja muodostuu solujen välinen silta, joka sisältää keskikappaleen. Solunvälisen sillan keskialueella ovat mikrotubulusten niput, jotka peitetään elektrodenssimatriisilla.

Post-mitoottisten sisarisolujen välinen solujenvälinen silta hajoaa absission kautta. Poistumista on kolme tyyppiä: 1) mekaaninen hajoamismekanismi; 2) täyttömekanismi sisäisillä vesikkeleillä; 3) plasmakalvon kutistuminen halkeamiseen.

Kasvisoluissa membraanikomponentit kokoontuvat niihin ja solulevy muodostuu. Tämä plakki kasvaa, kunnes se saavuttaa plasmakalvon pinnan, sulautuen sen kanssa ja jakaen solun kahteen. Sitten selluloosa kerrostuu uudelle plasmakalvolle ja muodostaa uuden soluseinämän.

meioosi

Meioosi on tyyppi solunjaosta, joka vähentää kromosomien lukumäärää puoleen. Siten diploidi solu jakaantuu neljään haploidiseen tytärsoluun. Meioosi esiintyy sukusoluissa ja aiheuttaa sukusoluja.

Meioosin vaiheet koostuvat kahdesta ytimen ja sytoplasman jakautumisesta, nimittäin meioosista I ja meioosista II. Meioosin I aikana kunkin homologisen kromosomiparin jäsenet erottuvat. Meioosin II aikana sisar kromatidii erottuu ja syntyy neljä haploidista solua.

Jokainen mitoosivaihe jaetaan profaasiin, prometafaasiin, metafaasiin, anafaasiin ja teofaasiin.

Meioosi I

- Profaasi I. Kromosomit tiivistyvät ja kara alkaa muodostua. DNA on kaksinkertaistunut. Jokainen kromosomi koostuu sisarkromatideista, jotka on kiinnitetty sentromeeriin. Homologiset kromosomit muodostuvat pariksi synapsin aikana, mikä mahdollistaa niiden ylittymisen, mikä on avain erilaisten sukusolujen tuottamiseksi.

- Metafaasi I. Homologisten kromosomien pari rinnastuu metafaasilevyä pitkin. Kiasmi auttaa pitämään parin yhdessä. Kinetokorin mikrotubulukset kullakin navalla sitoutuvat homologisen kromosomin sentrometriin.

- Anaphase I. Kinetokorin mikrotubulleja lyhennetään ja homologiset parit erotetaan. Yksi kaksoiskappaleen homologi menee solun toiseen napaan, kun taas toinen kopioitu homologi menee navan toiselle puolelle.

- Telofaasi I. Erilliset homologit muodostavat ryhmän solun jokaisessa navassa. Ydinvaippa muodostuu uudelleen. Sytokiineesi tapahtuu. Tuloksena olevilla soluilla on puoli alkuperäisen solun kromosomimäärästä.

Meioosi II

- Profaasi II. Jokaiseen soluun muodostuu uusi kara ja solukalvo katoaa.

- Metafaasi II. Karan muodostaminen on valmis. Kromosomeissa on sisarkromatideja, jotka on liitetty sentromeeriin ja kohdistettu metafaasilevyä pitkin. Kinetokorin mikrotubulukset, jotka alkavat vastakkaisista napoista, sitoutuvat sentromereihin.

- Anaphase II. Mikrotubulukset lyhenevät, sentromeerit jakautuvat, sisarkromatidit erottuvat ja liikkuvat kohti vastakkaisia ​​napoja.

- Telofaasi II. Ydinverho muodostuu neljän kromosomiryhmän ympärille: muodostuu neljä haploidista solua.

Merkitys

Jotkut esimerkit kuvaavat erityyppisten solujakautumisen tärkeyttä.

- Mitoosi. Solusyklissä on palautumattomia pisteitä (DNA-replikaatio, sisarkromatidien erottaminen) ja tarkistuspisteitä (G1 / S). P53-proteiini on avain G1-tarkistuspisteeseen. Tämä proteiini havaitsee DNA-vaurion, pysäyttää solunjakautumisen ja stimuloi vaurioita korjaavien entsyymien toimintaa.

Yli 50 prosentilla ihmisen syövistä p53-proteiinilla on mutaatioita, jotka mitätöivät sen kyvyn sitoa spesifisiä DNA-sekvenssejä. P53: n mutaatiot voivat johtua karsinogeeneistä, kuten savukkeen savun bentsopyreenistä.

- Meioosi. Se liittyy seksuaaliseen lisääntymiseen. Evolutionaarisesta näkökulmasta uskotaan, että sukupuolinen lisääntyminen syntyi prosessina DNA: n korjaamiseksi. Siten kromosomin vauriot voidaan korjata homologisesta kromosomista saatujen tietojen perusteella.

Diploiditilan uskotaan olleen ohimeneviä muinaisissa organismeissa, mutta siitä tuli merkityksellisempää genomin kasvaessa. Näissä organismeissa seksuaalisella lisääntymisellä on komplementaation, DNA: n korjaamisen ja geneettisen muuntelun tehtävä.

Viitteet

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et ai. 2007. Solun molekyylibiologia. Garland Science, New York.
2. Bernstein, H., Byers, GS, Michod, RE 1981. Seksuaalisen lisääntymisen evoluutio: DNA: n korjaamisen, komplementaation ja variaation merkitys. American Naturalist, 117, 537-549.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Solu- ja molekyylibiologia. Toimituksellinen Medica Panamericana, Buenos Aires.
4. Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Singer, SR 2005 Biology. Korkeakoulutus, Boston.
5. Solomon, BM, Berg, LR, Martin, DW 2008. Biologia. Thomson, USA.