CELIČNA DIFERENCIACIJA: PRI ŽIVALIH IN RASTLINAH - BIOLOGIJA - 2026

Diferenciacijo celic je postopna pojav pri čemer multipotentnih celice organizmov dosego posebnih lastnosti. Pojavi se med razvojnim procesom in fizične in funkcionalne spremembe so očitne. V konceptualnem smislu diferenciacija poteka v treh stopnjah: določanje, samo razlikovanje in zorenje.

Ti trije procesi se v organizmih nenehno dogajajo. V prvi fazi določanja se multipotencialne celice v zarodku dodelijo določenemu tipu celic; na primer živčna celica ali mišična celica. Pri diferenciaciji začnejo celice izražati značilnosti rodu.

Končno dozorevanje nastopi v zadnjih fazah procesa, kjer se pridobijo nove lastnosti, ki povzročajo pojav lastnosti v zrelih organizmih.

Celična diferenciacija je postopek, ki je zelo strogo in natančno urejen z nizom signalov, ki vključujejo hormone, vitamine, specifične dejavnike in celo ione. Te molekule označujejo začetek signalnih poti znotraj celice.

Med procesi delitve in diferenciacije celic se lahko pojavijo konflikti; zato razvoj doseže točko, ko mora širjenje prenehati omogočati diferenciacijo.

Splošne značilnosti

Proces diferenciacije celic vključuje spremembo oblike, strukture in funkcije celice v dani rodu. Poleg tega pomeni zmanjšanje vseh možnih funkcij, ki jih celica lahko ima.

Spremembo urejajo ključne molekule, med temi proteini in specifičnimi messenger RNA. Celična diferenciacija je produkt nadzorovane in diferencialne ekspresije nekaterih genov.

Postopek diferenciacije ne vključuje izgube začetnih genov; zgodilo se je zatiranje na določenih mestih genske mehanike v celici, ki je v procesu razvoja. Celica vsebuje približno 30.000 genov, vendar izraža le okoli 8.000 do 10.000.

Za ponazoritev prejšnje trditve je bil predlagan naslednji eksperiment: jedro celice, ki se je že razlikovalo od telesa dvoživk - na primer celica iz črevesne sluznice - se odvzame in implantira v jajčec žabe, katere jedro je bilo predhodno ekstrahirano .

Novo jedro ima vse informacije, potrebne za ustvarjanje novega organizma v popolnem stanju; to pomeni, da celice črevesne sluznice med postopkom diferenciacije niso izgubile nobenega gena.

Celična diferenciacija pri živalih

Razvoj se začne z oploditvijo. Ko nastane morula v razvojnih procesih zarodka, se celice štejejo za totipotentne, kar pomeni, da so sposobne tvoriti celoten organizem.

Sčasoma morula postane blastula, celice pa zdaj imenujemo pluripotentne, ker lahko tvorijo tkiva telesa. Ne morejo tvoriti celotnega organizma, ker ne morejo ustvariti zunaj zarodnih tkiv.

Histološko so temeljna tkiva organizma epitelijska, vezivna, mišična in živčna.

Ko celice napredujejo naprej, so multipotentne, saj se razlikujejo v zrele in funkcionalne celice.

Pri živalih - natančneje v metazojah - obstaja skupna pot genetskega razvoja, ki poenoti ontogenijo skupine zahvaljujoč seriji genov, ki določajo poseben vzorec telesnih struktur in nadzorujejo identiteto segmentov v anteroposteriorni osi. živali.

Ti geni kodirajo posebne proteine, ki si delijo zaporedje aminokislin, ki vežejo DNA (homeobox v genu, homodomaina v proteinu).

Vklop in izklop genov

DNK lahko spreminjamo s kemičnimi sredstvi ali s celičnimi mehanizmi, ki vplivajo - inducirajo ali zatirajo - na izražanje genov.

Obstajata dve vrsti kromatina, razvrščena glede na njihovo izražanje ali ne: eukromatin in heterokromatin. Prva je ohlapno organizirana in njeni geni so izraženi, slednja ima kompaktno organizacijo in preprečuje dostop do transkripcijskih strojev.

Predlagano je bilo, da se v postopkih celične diferenciacije geni, ki niso potrebni za to posebno linijo, utišajo v obliki domen, sestavljenih iz heterokromatina.

Mehanizmi, ki proizvajajo različne vrste celic

V večceličnih organizmih obstaja vrsta mehanizmov, ki proizvajajo različne vrste celic v razvojnih procesih, na primer izločanje citoplazemskih dejavnikov in celična komunikacija.

Segregacija citoplazemskih dejavnikov vključuje neenakomerno ločitev elementov, kot so proteini ali messenger RNA v procesih delitve celic.

Po drugi strani pa lahko celična komunikacija med sosednjimi celicami spodbudi diferenciacijo različnih vrst celic.

Ta proces se pojavi pri tvorbi oftalmoloških veziklov, ko se srečajo z ektodermom cefalične regije in povzročijo zgostitev, ki tvori lečne plošče. Te se zložijo v notranje območje in tvorijo lečo.

Model celične diferenciacije: mišično tkivo

Eden najbolje opisanih modelov v literaturi je razvoj mišičnega tkiva. To tkivo je kompleksno in je sestavljeno iz celic z več jedri, katerih funkcija je krčenje.

Mezenhimske celice povzročajo miogene celice, ki posledično povzročajo zrelo mišično tkivo skeletnega tkiva.

Za začetek tega procesa diferenciacije morajo biti prisotni nekateri dejavniki diferenciacije, ki preprečujejo S fazo celičnega cikla in delujejo kot poživitve genov, ki povzročajo spremembo.

Ko te celice prejmejo signal, sproži preobrazbo v mioblaste, ki ne morejo biti podvrženi procesom delitve celic. Myoblasti izražajo gene, povezane s krčenjem mišic, na primer tiste, ki kodirajo proteine ​​aktina in miozina.

Myoblasti se lahko zlijejo med seboj in tvorijo miotubo z več kot enim jedrom. V tej fazi pride do proizvodnje drugih beljakovin, povezanih s krčenjem, kot sta troponin in tropomiozin.

Ko se jedra premikajo proti obrobnemu delu teh struktur, veljajo za mišično vlakno.

Kot je opisano, imajo te celice beljakovine, povezane s krčenjem mišic, vendar jim primanjkuje drugih beljakovin, kot sta keratin ali hemoglobin.

Glavni geni

Diferencialno izražanje v genih je pod nadzorom "glavnih genov". Te najdemo v jedru in aktivirajo prepisovanje drugih genov. Kot kaže njihovo ime, so ključni dejavniki, ki so odgovorni za nadzor drugih genov z usmerjanjem njihovih funkcij.

V primeru diferenciacije mišic so specifični geni tisti, ki kodirajo vsakega od proteinov, ki sodelujejo pri krčenju mišic, glavni geni pa sta MyoD in Myf5.

Kadar manjkajo regulativni glavni geni, se subalternski geni ne izrazijo. Kadar je glavni gen prisoten, je izražanje ciljnih genov prisilno.

Obstajajo glavni geni, ki med drugim usmerjajo diferenciacijo nevronov, epitelijskih, srčnih.

Celična diferenciacija v rastlinah

Tako kot pri živalih se tudi razvoj rastline začne s tvorbo zigote v semenu. Ko pride do prve delitve celic, nastaneta dve različni celici.

Ena od značilnosti razvoja rastlin je stalna rast organizma zahvaljujoč nenehni prisotnosti celic, ki imajo embrionalni značaj. Te regije so znane kot meristemi in so organi večne rasti.

Poti diferenciacije povzročajo tri tkivne sisteme, ki so prisotni v rastlinah: protoderm, ki vključuje dermalna tkiva, temeljne meristeme in izmenjavo.

Prochange je odgovoren za ustvarjanje žilnega tkiva v rastlini, ki ga tvorita ksilem (prenašalec vode in raztopljenih soli) in phloem (prenašalec sladkorja in drugih molekul, kot so aminokisline).

Meristemi

Meristemi se nahajajo na konicah stebel in korenin. Tako se te celice razlikujejo in povzročajo različne strukture, ki sestavljajo rastline (med drugim listi, cvetovi).

Celična diferenciacija rastlinskih struktur se zgodi na določeni točki razvoja in meristem postane „socvetje“, ki posledično tvori cvetne meristeme. Od tod izvirajo cvetni koščki, sestavljeni iz lovorjev, cvetnih listov, prašnikov in preprog.

Za te celice so značilne majhnost, kuboidna oblika, tanka, a prožna celična stena in citoplazma z visoko gostoto in številnimi ribosomi.

Vloga auksinov

Fitohormoni imajo vlogo pri celičnih pojavih diferenciacije, zlasti avksinov.

Ta hormon vpliva na diferenciacijo vaskularnega tkiva v steblu. Poskusi so pokazali, da uporaba avksinov na rano vodi do nastanka vaskularnega tkiva.

Podobno so tudi avksini povezani s spodbujanjem razvoja vaskularnih celic kambija.

Razlike med živalmi in rastlinami

Proces diferenciacije in razvoja celic pri rastlinah in živalih ne poteka identično.

Pri živalih mora prihaja do premikov celic in tkiv, da organizmi pridobijo tridimenzionalno obliko, ki je značilna za njih. Poleg tega je pri živalih raznolikost celic veliko večja.

Nasprotno pa rastline nimajo obdobja rasti le v zgodnjih fazah življenja posameznika; se lahko povečajo v celotni življenjski dobi rastline.

Reference

1. Campbell, NA, & ​​Reece, JB (2007). Biologija. Panamerican Medical Ed.
2. Cediel, JF, Cárdenas, MH, & García, A. (2009). Priročnik za histologijo: Temeljna tkiva. Univerza Rosario.
3. Hall, JE (2015). Guyton in Hall učbenik e-knjige medicinske fiziologije. Elsevier Health Sciences.
4. Palomero, G. (2000). Lekcije iz embriologije. Univerza Oviedo.
5. Wolpert, L. (2009). Načela razvoja. Panamerican Medical Ed.