Fase mitosis dan karakteristik, fungsi, dan organisme mereka



itu mitosis itu adalah proses pembelahan sel, di mana sel menghasilkan sel anak yang identik secara genetis; untuk setiap sel, dua "anak perempuan" dengan muatan kromosom yang sama dihasilkan. Pembelahan ini terjadi di sel somatik organisme eukariotik.

Proses ini adalah salah satu tahapan dari siklus sel organisme eukariotik, yang terdiri dari 4 fase: S (sintesis DNA), M (pembelahan sel), G1 dan G2 (fase perantara di mana mRNA dan protein diproduksi) . Bersama-sama, fase G1, G2, dan S, dianggap sebagai antarmuka. Pembelahan nuklir dan sitoplasma (mitosis dan sitokinesis) membentuk tahap terakhir dari siklus sel.

Pada tingkat molekuler, mitosis diawali dengan aktivasi suatu kinase (protein) yang disebut MPF (Maturation Promoting Factor) dan akibatnya fosforilasi sejumlah besar komponen protein sel. Yang terakhir memungkinkan sel untuk menyajikan perubahan morfologis yang diperlukan untuk melakukan proses pembelahan.

Mitosis adalah proses aseksual, karena sel nenek moyang dan anak perempuannya memiliki informasi genetik yang persis sama. Sel-sel ini dikenal sebagai diploid karena mereka membawa muatan kromosom lengkap (2n).

Meiosis, di sisi lain, adalah proses pembelahan sel yang menimbulkan reproduksi seksual. Dalam proses ini, sel induk diploid mereplikasi kromosomnya dan kemudian membelah dua kali berturut-turut (tanpa mereplikasi informasi genetiknya). Akhirnya, 4 sel anak dihasilkan dengan hanya setengah muatan kromosom, yang disebut haploid (n).

Indeks

  • 1 Generalitas mitosis
  • 2 Apa relevansi proses ini?
  • 3 Fase dan karakteristiknya
    • 3.1 Keuntungan
    • 3.2 Prometaphase
    • 3.3 Metafase
    • 3.4 Anafase
    • 3,5 Telophase
    • 3,6 Sitokinesis
    • 3,7 Sitokinesis dalam sel tumbuhan
  • 4 fungsi
  • 5 Pengaturan pertumbuhan dan pembelahan sel.
  • 6 Organisasi yang melaksanakannya
  • 7 Pembelahan sel dalam sel prokariotik
  • 8 Evolusi mitosis
    • 8.1 Apa yang mendahului mitosis?
  • 9 Referensi

Generalitas mitosis

Mitosis pada organisme uniseluler biasanya menghasilkan sel anak yang sangat mirip dengan nenek moyang mereka. Sebaliknya, selama perkembangan makhluk multiseluler, proses ini dapat berasal dua sel dengan beberapa karakteristik yang berbeda (meskipun secara genetik identik).

Diferensiasi sel ini memunculkan berbagai tipe sel yang membentuk organisme multiseluler.

Selama kehidupan suatu organisme, siklus sel terjadi terus menerus, secara konstan membentuk sel-sel baru yang, pada gilirannya, tumbuh dan bersiap untuk membelah diri melalui mitosis.

Pertumbuhan dan pembelahan sel diatur oleh mekanisme, seperti apoptosis (kematian sel terprogram), yang memungkinkan menjaga keseimbangan, mencegah pertumbuhan berlebihan jaringan. Dengan cara ini dipastikan bahwa sel-sel yang rusak diganti oleh sel-sel baru, sesuai dengan persyaratan dan kebutuhan organisme.

Apa relevansi proses ini?

Kemampuan untuk bereproduksi adalah salah satu karakteristik terpenting dari semua organisme (dari uniseluler menjadi multiseluler) dan sel-sel yang menyusunnya. Kualitas ini memungkinkan Anda memastikan kelangsungan informasi genetik Anda.

Pemahaman tentang proses mitosis dan meiosis telah memainkan peran mendasar dalam memahami karakteristik seluler organisme yang menarik. Sebagai contoh, sifat menjaga jumlah kromosom konstan dari satu sel ke sel yang lain dalam satu individu, dan antara individu dari spesies yang sama.

Ketika kita menderita beberapa jenis luka atau luka di kulit kita, kita mengamati bagaimana dalam beberapa hari kulit yang rusak pulih. Ini terjadi berkat proses mitosis.

Fase dan karakteristiknya

Secara umum, mitosis mengikuti urutan proses (fase) yang sama pada semua sel eukariotik. Dalam fase-fase ini, banyak perubahan morfologis terjadi di dalam sel. Diantaranya kondensasi kromosom, pecahnya membran nuklir, pemisahan sel dari matriks ekstraseluler dan dari sel-sel lain, dan pembagian sitoplasma..

Dalam beberapa kasus, pembelahan nuklir dan pembelahan sitoplasma dianggap sebagai fase yang berbeda (mitosis dan sitokinesis, masing-masing).

Untuk studi yang lebih baik dan pemahaman proses, enam (6) fase telah ditunjuk, disebut: profase, prometafase, metafase, anafase dan telofase, sitokinesis dianggap sebagai fase keenam, yang mulai berkembang selama anafase..

Fase-fase ini telah dipelajari sejak abad kesembilan belas melalui mikroskop cahaya, sehingga saat ini mereka mudah dikenali sesuai dengan karakteristik morfologis sel, seperti kondensasi kromosom, dan pembentukan gelendong mitosis..

Profase

Profase adalah manifestasi pertama yang terlihat dari pembelahan sel. Pada fase ini Anda dapat melihat penampilan kromosom sebagai bentuk yang dapat dibedakan, karena pemadatan kromatin yang progresif. Kondensasi kromosom ini dimulai dengan fosforilasi molekul histone H1 oleh MPF kinase.

Proses kondensasi terdiri dari kontraksi dan oleh karena itu pengurangan besarnya kromosom. Ini terjadi karena gulungan serat kromatin, menghasilkan struktur yang lebih mudah dipindahkan (kromosom mitosis).

Kromosom yang sebelumnya diduplikasi selama periode S dari siklus sel, memperoleh penampilan filamen ganda, yang disebut sister chromatid, mengatakan filamen disatukan melalui suatu daerah yang disebut centromere. Pada fase ini juga nukleolus menghilang.

Pembentukan gelendong mitosis

Selama profase, gelendong mitosis terbentuk, terdiri dari mikrotubulus dan protein yang membentuk satu set serat.

Ketika spindel terbentuk, mikrotubulus sitoskeleton dibongkar (dengan menonaktifkan protein yang mempertahankan strukturnya), menyediakan bahan yang diperlukan untuk pembentukan spindel mitosis mitosis tersebut..

Centrosome (organel tanpa membran, fungsional dalam siklus sel), diduplikasi pada antarmuka, bertindak sebagai unit perakitan mikrotubulus gelendong. Dalam sel hewan, centrosome memiliki sepasang sentriol di tengahnya; tetapi ini tidak ada di sebagian besar sel tanaman.

Centrosom duplikat mulai terpisah satu sama lain sementara mikrotubulus gelendong berkumpul di masing-masing, mulai bermigrasi ke arah ujung sel yang berlawanan..

Pada akhir profase, pecahnya amplop nuklir dimulai, terjadi dalam proses terpisah: pembongkaran pori nuklir, lamina nuklir dan membran nuklir. Pemutusan ini memungkinkan gelendong mitosis dan kromosom untuk mulai berinteraksi.

Prometaphase

Pada tahap ini, amplop nuklir telah sepenuhnya terfragmentasi, sehingga mikrotubulus spindel menyerang daerah ini, berinteraksi dengan kromosom. Kedua centrosoma telah terpisah, masing-masing terletak di kutub spindel mitosis, di ujung sel yang berseberangan.

Sekarang, gelendong mitosis terdiri dari mikrotubulus (yang membentang dari setiap sentrosom ke pusat sel), sentrosom, dan sepasang aster (struktur dengan distribusi radial mikrotubulus pendek, yang dibuka dari setiap sentrosom).

Kromatid mengembangkan masing-masing, struktur protein khusus, yang disebut kinetokor, yang terletak di sentromer. Kinetokor ini terletak di arah yang berlawanan dan beberapa mikrotubulus, yang disebut mikrotubulus kinetokor, melekat padanya..

Mikrotubulus yang melekat pada kinetokor ini mulai bergerak ke kromosom dari ujung mana mereka memanjang; beberapa dari satu kutub dan lainnya dari kutub yang berlawanan. Ini menciptakan efek "tarik dan susut" yang, ketika distabilkan, memungkinkan kromosom berakhir di antara ujung-ujung sel.

Metafase

Dalam metafase, centrosom terletak di ujung sel yang berlawanan. Spindel menunjukkan struktur yang jelas, di pusat kromosom berada. Sentromer kromosom tersebut melekat pada serat dan disejajarkan dalam bidang imajiner yang disebut lempeng metafase.

Kinetokor kromatid masih melekat pada mikrotubulus kinetokor. Mikrotubulus yang tidak melekat pada kinetokor dan memanjang dari kutub yang berlawanan dari poros, sekarang berinteraksi satu sama lain. Pada titik ini mikrotubulus dari aster bersentuhan dengan membran plasma.

Pertumbuhan dan interaksi mikrotubulus ini, melengkapi struktur gelendong mitosis, dan memberinya penampilan "sangkar burung"..

Secara morfologis, fase ini adalah salah satu yang tampak kurang berubah, sehingga dianggap sebagai fase istirahat. Namun, meskipun mereka tidak mudah terlihat, banyak proses penting terjadi di dalamnya, serta menjadi tahap mitosis terpanjang..

Anafase

Selama anafase, setiap pasangan kromatid mulai terpisah (dengan menonaktifkan protein yang menahannya). Kromosom yang terpisah bergerak ke ujung sel yang berlawanan.

Pergerakan migrasi ini disebabkan oleh pemendekan mikrotubulus kinetokor, menghasilkan efek "tarik" yang menyebabkan setiap kromosom bergerak dari sentromernya. Bergantung pada lokasi sentromer pada kromosom, ia mungkin mengambil bentuk tertentu sebagai V atau J selama perpindahannya..

Mikrotubulus yang tidak melekat pada kinetokor, tumbuh dan memanjang oleh adhesi tubulin (protein) dan oleh aksi protein motor yang bergerak pada mereka, memungkinkan kontak di antara mereka untuk berhenti. Saat mereka bergerak menjauh satu sama lain, kutub gelendong juga melakukan hal itu, memanjangkan sel.

Pada akhir fase ini, kelompok-kelompok kromosom terletak di ujung berlawanan dari gelendong mitosis, sehingga setiap ujung sel tetap dengan seperangkat kromosom yang lengkap dan setara..

Telofase

Telophase adalah fase terakhir dari divisi nuklir. Mikrotubulus kinetokor hancur sementara mikrotubulus polar memanjang lebih jauh.

Selaput nuklir mulai terbentuk di sekitar setiap set kromosom, menggunakan amplop nuklir sel progenitor, yang seperti vesikel di sitoplasma.

Pada tahap ini, kromosom yang ada di kutub seluler, sepenuhnya didekondensasi karena defosforilasi molekul histone (H1). Pembentukan elemen-elemen membran nuklir diarahkan oleh beberapa mekanisme.

Selama anafase, banyak protein terfosforilasi dalam profase mengalami defosforilasi. Hal ini memungkinkan bahwa pada awal telofase, vesikel nuklir mulai berkumpul kembali, berhubungan dengan permukaan kromosom..

Di sisi lain, pori nuklir dipasang kembali memungkinkan pemompaan protein nuklir. Protein dari lamina nuklir mengalami defosforilasi, memungkinkan mereka untuk berasosiasi lagi, untuk menyelesaikan pembentukan lamina nuklir tersebut..

Akhirnya, setelah kromosom benar-benar didekondensasi, sintesis RNA diinisiasi kembali, membentuk nukleolus lagi dan menyelesaikan pembentukan nukleasi interfase baru sel anak..

Sitokinesis

Sitokinesis diambil sebagai peristiwa yang terpisah dari pembelahan nuklir, dan biasanya dalam sel-sel tipikal, proses pembelahan sitoplasma menyertai setiap mitosis, dimulai pada anafase. Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa pada beberapa embrio, beberapa pembelahan nuklir terjadi sebelum pembelahan sitoplasma.

Prosesnya dimulai dengan penampakan alur atau alur yang ditandai pada bidang pelat metafase, memastikan bahwa pembelahan terjadi di antara kelompok-kelompok kromosom. Tempat celah ditunjukkan oleh spindel mitosis secara khusus, mikrotubulus aster.

Dalam celah yang ditandai adalah serangkaian mikrofilamen membentuk cincin yang diarahkan ke sisi sitoplasma membran sel, sebagian besar terdiri dari aktin dan miosin. Protein ini berinteraksi satu sama lain sehingga memungkinkan kontraksi cincin di sekitar alur.

Kontraksi ini dihasilkan oleh meluncurnya filamen protein ini, ketika berinteraksi satu sama lain, dengan cara yang sama seperti yang mereka lakukan misalnya dalam jaringan otot.

Kontraksi cincin diperdalam dengan mengerahkan efek "penjepitan" yang akhirnya membagi sel nenek moyang, memungkinkan pemisahan sel anak, dengan kandungan sitoplasmik yang berkembang..

Sitokinesis dalam sel tumbuhan

Sel-sel tumbuhan memiliki dinding sel, sehingga proses pembelahan sitoplasmiknya berbeda dari yang dijelaskan sebelumnya dan dimulai pada telofase.

Pembentukan dinding sel baru dimulai ketika mikrotubulus dari spindel residual berkumpul, membentuk fragmoplast. Struktur silinder ini dibentuk oleh dua set mikrotubulus yang terhubung pada ujungnya, dan yang kutub positifnya tertanam dalam pelat elektronik di bidang ekuator.

Vesikel kecil dari alat Golgi, penuh dengan prekursor dinding sel, bergerak melalui mikrotubulus fragmoplast ke daerah khatulistiwa, bergabung membentuk pelat sel. Isi vesikel dipisahkan di piring ini saat tumbuh.

Lempeng tersebut tumbuh, menyatu dengan membran plasma di sepanjang perimeter sel. Hal ini terjadi karena penataan ulang berulang mikrotubulus fragmoplast di pinggiran piring, memungkinkan lebih banyak vesikel bergerak ke arah bidang ini dan mengosongkan isinya.

Dengan cara ini, pemisahan sitoplasma sel anak terjadi. Akhirnya isi pelat sel bersama dengan serat mikro selulosa di dalamnya, memungkinkan untuk menyelesaikan pembentukan dinding sel baru.

Fungsi

Mitosis adalah mekanisme pembelahan dalam sel, dan merupakan bagian dari salah satu fase siklus sel pada eukariota. Secara sederhana, kita dapat mengatakan bahwa fungsi utama dari proses ini adalah reproduksi sel dalam dua sel anak.

Untuk organisme uniseluler, pembelahan sel berarti generasi individu baru, sedangkan untuk organisme multisel, proses ini merupakan bagian dari pertumbuhan dan berfungsinya seluruh organisme (pembelahan sel menghasilkan pengembangan jaringan dan pemeliharaan struktur).

Proses mitosis diaktifkan sesuai dengan persyaratan organisme. Pada mamalia, misalnya, sel darah merah (eritrosit) mulai membelah membentuk lebih banyak sel, ketika tubuh membutuhkan penyerapan oksigen yang lebih baik. Demikian juga, sel darah putih (leukosit) berkembang biak ketika perlu untuk melawan infeksi.

Sebaliknya, beberapa sel hewan khusus, praktis tidak memiliki proses mitosis atau sangat lambat. Contohnya adalah sel saraf dan sel otot).

Secara umum, mereka adalah sel-sel yang merupakan bagian dari jaringan ikat dan struktural organisme dan yang reproduksi hanya diperlukan ketika beberapa sel memiliki beberapa cacat atau kerusakan dan perlu diganti.

Regulasi pertumbuhan dan pembelahan sel.

Sistem kontrol pertumbuhan dan pembelahan sel jauh lebih kompleks pada organisme multisel daripada pada organisme uniseluler. Dalam yang terakhir, reproduksi pada dasarnya dibatasi oleh ketersediaan sumber daya.

Dalam sel hewan, pembelahan dihentikan sampai ada sinyal positif yang mengaktifkan proses ini. Aktivasi ini datang dalam bentuk sinyal kimia dari sel tetangga. Hal ini memungkinkan untuk mencegah pertumbuhan jaringan yang tidak terbatas, dan reproduksi sel yang rusak, yang dapat merusak kehidupan organisme secara serius..

Salah satu mekanisme yang mengendalikan multiplikasi sel adalah apoptosis, di mana sel mati (karena produksi protein tertentu yang mengaktifkan penghancuran diri) jika menimbulkan kerusakan yang cukup besar atau terinfeksi oleh virus..

Ada juga regulasi pengembangan sel melalui penghambatan faktor pertumbuhan (seperti protein). Dengan demikian sel-sel tetap dalam antarmuka, tanpa melanjutkan ke fase M dari siklus sel.

Organisme yang melaksanakannya

Proses mitosis dilakukan di sebagian besar sel eukariotik, dari organisme bersel tunggal seperti ragi, yang menggunakannya sebagai proses reproduksi aseksual, hingga organisme multiseluler kompleks seperti tanaman dan hewan..

Meskipun secara umum, siklus sel adalah sama untuk semua sel eukariotik, ada perbedaan penting antara organisme uniseluler dan multiseluler. Pada yang pertama, pertumbuhan dan pembelahan sel disukai oleh seleksi alam. Pada organisme multiseluler, proliferasi dibatasi oleh mekanisme kontrol yang ketat.

Dalam organisme uniseluler reproduksi terjadi dengan cara yang dipercepat, karena siklus sel beroperasi secara konstan dan sel-sel anak mulai dengan cepat menuju mitosis untuk melanjutkan siklus ini. Sementara sel-sel organisme multiseluler membutuhkan waktu lebih lama untuk tumbuh dan membelah diri.

Ada juga beberapa perbedaan antara proses mitosis sel tumbuhan dan sel hewan, seperti pada beberapa fase proses ini, namun, pada prinsipnya, mekanisme ini beroperasi dengan cara yang sama pada organisme ini..

Pembelahan sel dalam sel prokariotik

Secara umum, sel prokariotik tumbuh dan membelah pada tingkat yang lebih cepat daripada sel eukariotik.

Organisme dengan sel prokariotik (biasanya uniseluler atau dalam beberapa kasus multiseluler) tidak memiliki membran nuklir yang mengisolasi bahan genetik di dalam nukleus, sehingga tersebar di dalam sel, di daerah yang disebut nukleoid. Sel-sel ini memiliki kromosom utama melingkar.

Pembelahan sel dalam organisme ini jauh lebih langsung daripada dalam sel eukariotik, tidak memiliki mekanisme yang dijelaskan (mitosis). Di dalamnya reproduksi dilakukan oleh proses yang disebut pembelahan biner, di mana replikasi DNA dimulai pada situs spesifik kromosom sirkular (asal replikasi atau OriC).

Dua asal-usul kemudian dibentuk yang bermigrasi ke sisi sel yang berlawanan saat replikasi terjadi, dan sel membentang dua kali ukurannya. Pada akhir replikasi, membran sel tumbuh ke dalam sitoplasma, membagi sel nenek moyang menjadi dua anak perempuan dengan bahan genetik yang sama.

Evolusi mitosis

Evolusi sel eukariotik, membawa serta peningkatan kompleksitas dalam genom. Ini melibatkan pengembangan mekanisme pembagian yang lebih rumit.

Apa yang mendahului mitosis?

Ada hipotesis yang menyatakan bahwa pembelahan bakteri adalah mekanisme pendahuluan mitosis. Suatu hubungan telah ditemukan antara protein-protein yang terkait dengan pembelahan biner (yang mungkin adalah yang mengikat kromosom ke tempat-tempat tertentu dari membran plasma anak perempuan) dengan tubulin dan aktin sel eukariotik.

Beberapa studi menunjukkan kekhasan tertentu dalam pembagian protista uniseluler modern. Di dalamnya, membran nuklir tetap utuh selama mitosis. Kromosom yang direplikasi tetap berlabuh ke situs tertentu dari membran ini, memisahkan ketika nukleus mulai meregang selama pembelahan sel.

Ini menunjukkan beberapa kebetulan dengan proses pembelahan biner, di mana kromosom yang direplikasi menempel pada tempat-tempat tertentu pada membran sel. Hipotesis kemudian menyatakan bahwa protista yang menghadirkan kualitas ini selama pembelahan sel mereka, dapat mempertahankan karakteristik sel leluhur tipe prokariotik ini..

Saat ini, penjelasan belum dikembangkan mengapa dalam sel-sel eukariotik organisme multisel perlu bahwa membran nuklir hancur selama proses pembelahan sel.

Referensi

  1. Albarracín, A., & Telulón, A. A. (1993). Teori Sel pada abad ke-19. Edisi AKAL.
  2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Biologi Molekuler Sel. Ilmu Garland, Grup Taylor dan Francis.
  3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Biologi 7th edisi, AP.
  4. Griffiths, A.J., Lewontin, R.C., Miller, J.H., & Suzuki, D.T. (1992). Pengantar analisis genetik. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Karp, G. (2009). Biologi sel dan molekuler: konsep dan eksperimen. John Wiley & Sons.
  6. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P., & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekuler. Macmillan.
  7. Segura-Valdez, M. D. L., Cruz-Gomez, S. D. J., Lopez-Cruz, R., Zavala, G., & Jiménez-García, L. F. (2008). Visualisasi mitosis dengan mikroskop kekuatan atom. TIP Majalah khusus dalam ilmu kimia-biologi, 11 (2), 87-90.