RÓŻNICOWANIE KOMÓREK: U ZWIERZĄT I ROŚLIN - BIOLOGIA - 2026

Różnicowanie komórek jest stopniowe zjawisko, w którym wielopotencjalnych komórki organizmów osiągnąć pewne specyficzne. Występuje w trakcie rozwoju, widoczne są zmiany fizyczne i funkcjonalne. Koncepcyjnie różnicowanie przebiega w trzech etapach: determinacja, samo różnicowanie i dojrzewanie.

Te trzy wymienione procesy zachodzą w organizmach w sposób ciągły. W pierwszym etapie określania komórki multipotencjalne w zarodku są przypisywane do określonego typu komórek; na przykład komórka nerwowa lub komórka mięśniowa. W różnicowaniu komórki zaczynają wyrażać cechy linii.

Wreszcie dojrzewanie następuje w ostatnich etapach procesu, w których nabywane są nowe właściwości, które powodują pojawienie się cech u dojrzałych organizmów.

Różnicowanie komórek to proces, który jest bardzo ściśle i precyzyjnie regulowany przez szereg sygnałów obejmujących hormony, witaminy, określone czynniki, a nawet jony. Te cząsteczki wskazują na zainicjowanie szlaków sygnałowych w komórce.

Mogą wystąpić konflikty między procesami podziału i różnicowania komórek; dlatego rozwój osiąga punkt, w którym proliferacja musi przestać pozwalać na różnicowanie.

Charakterystyka ogólna

Proces różnicowania się komórek obejmuje zmianę kształtu, struktury i funkcji komórki w danej linii. Ponadto oznacza to redukcję wszystkich potencjalnych funkcji, które może mieć komórka.

Zmiana jest zarządzana przez kluczowe cząsteczki, między tymi białkami a określonymi informacyjnymi RNA. Różnicowanie komórkowe jest wynikiem kontrolowanej i zróżnicowanej ekspresji niektórych genów.

Proces różnicowania nie obejmuje utraty genów początkowych; dzieje się to w określonych miejscach mechanizmu genetycznego w komórce, która przechodzi proces rozwoju. Komórka zawiera około 30 000 genów, ale wyraża tylko około 8 000 do 10 000.

Aby zilustrować poprzednie stwierdzenie, zaproponowano następujący eksperyment: jądro komórki już zróżnicowanej z ciała płaza - na przykład komórki błony śluzowej jelita - zostaje pobrane i wszczepione do zalążka żaby, której jądro zostało wcześniej usunięte .

Nowe jądro ma wszystkie informacje niezbędne do stworzenia nowego organizmu w idealnym stanie; to znaczy, komórki błony śluzowej jelita nie utraciły żadnych genów podczas procesu różnicowania.

Różnicowanie komórek u zwierząt

Rozwój zaczyna się od zapłodnienia. Kiedy w procesach rozwojowych zarodka dochodzi do powstania moruli, komórki uważa się za totipotencjalne, co wskazuje, że są one zdolne do tworzenia całego organizmu.

Z biegiem czasu morula staje się blastulą, a komórki nazywane są teraz pluripotencjalnymi, ponieważ mogą tworzyć tkanki organizmu. Nie mogą tworzyć całego organizmu, ponieważ nie są w stanie zapoczątkować tkanek pozazarodkowych.

Pod względem histologicznym podstawowe tkanki organizmu to nabłonek, łączna, mięśniowa i nerwowa.

W miarę postępu komórki stają się multipotencjalne, ponieważ różnicują się w komórki dojrzałe i funkcjonalne.

U zwierząt - szczególnie u metazoansów - istnieje wspólna ścieżka rozwoju genetycznego, która jednoczy ontogenezę grupy dzięki serii genów, które określają specyficzny wzór budowy ciała, kontrolując tożsamość segmentów w osi przednio-tylnej. zwierzęcia.

Te geny kodują określone białka, które mają wspólną sekwencję aminokwasów wiążącą DNA (homeoboks w genie, homodomena w białku).

Włączanie i wyłączanie genów

DNA można modyfikować środkami chemicznymi lub mechanizmami komórkowymi, które wpływają - indukują lub tłumią - ekspresję genów.

Istnieją dwa rodzaje chromatyny, sklasyfikowane według ich ekspresji lub nie: euchromatyna i heterochromatyna. Pierwsza jest luźno zorganizowana, a jej geny ulegają ekspresji, druga ma zwartą organizację i uniemożliwia dostęp do mechanizmu transkrypcji.

Zaproponowano, że w procesach różnicowania komórkowego geny, które nie są wymagane dla tej specyficznej linii, są wyciszane w postaci domen zbudowanych z heterochromatyny.

Mechanizmy produkujące różne typy komórek

W organizmach wielokomórkowych istnieje szereg mechanizmów, które wytwarzają różne typy komórek w procesach rozwojowych, takich jak wydzielanie czynników cytoplazmatycznych i komunikacja komórkowa.

Segregacja czynników cytoplazmatycznych wiąże się z nierównomiernym rozdziałem elementów, takich jak białka lub informacyjny RNA, w procesach podziału komórki.

Z drugiej strony komunikacja między sąsiednimi komórkami może stymulować różnicowanie różnych typów komórek.

Proces ten zachodzi podczas tworzenia się pęcherzyków ocznych, gdy napotykają one ektodermę okolicy głowowej i powodują zgrubienie, które tworzy płytki soczewki. Te składają się do obszaru wewnętrznego i tworzą soczewkę.

Model różnicowania komórek: tkanka mięśniowa

Jednym z najlepiej opisywanych w literaturze modeli jest rozwój tkanki mięśniowej. Ta tkanka jest złożona i składa się z komórek z wieloma jądrami, których funkcją jest kurczenie się.

Z komórek mezenchymalnych powstają komórki miogenne, które z kolei dają początek dojrzałej tkance mięśni szkieletowych.

Aby ten proces różnicowania się rozpoczął, muszą być obecne pewne czynniki różnicowania, które zapobiegają fazie S cyklu komórkowego i działają jako stymulatory genów, które powodują zmianę.

Gdy te komórki otrzymują sygnał, inicjuje transformację w kierunku mioblastów, które nie mogą podlegać procesom podziału komórkowego. Mioblasty wyrażają geny związane ze skurczami mięśni, takie jak te kodujące białka aktyny i miozyny.

Mioblasty mogą łączyć się ze sobą i tworzyć miotube z więcej niż jednym jądrem. Na tym etapie dochodzi do produkcji innych białek związanych ze skurczem, takich jak troponina i tropomiozyna.

Kiedy jądra poruszają się w kierunku obwodowej części tych struktur, uważa się je za włókno mięśniowe.

Jak opisano, komórki te mają białka związane ze skurczami mięśni, ale brakuje im innych białek, takich jak keratyna czy hemoglobina.

Geny mistrzowskie

Różnicowa ekspresja genów jest pod kontrolą „genów nadrzędnych”. Znajdują się one w jądrze i aktywują transkrypcję innych genów. Jak wskazuje ich nazwa, są kluczowymi czynnikami odpowiedzialnymi za kontrolowanie innych genów poprzez kierowanie ich funkcjami.

W przypadku różnicowania mięśni, specyficznymi genami są te, które kodują każde z białek zaangażowanych w skurcz mięśni, a genami nadrzędnymi są MyoD i Myf5.

Gdy brakuje regulacyjnych genów głównych, geny podrzędne nie ulegają ekspresji. W przeciwieństwie do tego, gdy obecny jest gen główny, wymuszona jest ekspresja genów docelowych.

Istnieją geny nadrzędne, które kierują między innymi różnicowaniem neuronów, nabłonka, serca.

Różnicowanie komórek u roślin

Podobnie jak u zwierząt, rozwój roślin rozpoczyna się wraz z utworzeniem zygoty wewnątrz nasion. Kiedy następuje pierwszy podział komórki, powstają dwie różne komórki.

Jedną z cech rozwoju roślin jest ciągły wzrost organizmu dzięki ciągłej obecności komórek o charakterze embrionalnym. Regiony te są znane jako merystemy i są organami ciągłego wzrostu.

Szlaki różnicowania prowadzą do powstania trzech systemów tkankowych obecnych w roślinach: protodermy, która obejmuje tkanki skóry właściwej, podstawowych merystemów i prochange.

Prochange jest odpowiedzialny za tworzenie w roślinie tkanki naczyniowej, którą tworzą ksylem (transporter wody i rozpuszczonych soli) oraz łyk (transporter cukrów i innych cząsteczek, np. Aminokwasów).

Meristems

Merystemy znajdują się na końcach łodyg i korzeni. W ten sposób komórki te różnicują się i dają początek różnym strukturom, z których składają się rośliny (między innymi liście, kwiaty).

W pewnym momencie rozwoju następuje komórkowe zróżnicowanie struktur flory, a merystem staje się „kwiatostanem”, który z kolei tworzy merystemy kwiatowe. Stąd powstają kwiatowe kawałki składające się z działek, płatków, pręcików i owocolistków.

Komórki te charakteryzują się małym rozmiarem, prostopadłościennym kształtem, cienką, ale elastyczną ścianą komórkową oraz cytoplazmą o dużej gęstości i licznymi rybosomami.

Rola auksyn

Fitohormony odgrywają rolę w zjawiskach różnicowania komórkowego, zwłaszcza auksyn.

Hormon ten wpływa na różnicowanie tkanki naczyniowej w łodydze. Eksperymenty wykazały, że zastosowanie auksyn na ranę prowadzi do powstania tkanki naczyniowej.

Podobnie, auksyny są związane ze stymulowaniem rozwoju komórek kambium naczyniowego.

Różnice między zwierzętami a roślinami

Proces różnicowania się i rozwoju komórek u roślin i zwierząt nie przebiega identycznie.

Ruchy komórek i tkanek muszą zachodzić u zwierząt, aby organizmy uzyskały trójwymiarową konformację, która je charakteryzuje. Ponadto różnorodność komórek jest znacznie większa u zwierząt.

Natomiast rośliny nie mają okresów wzrostu tylko we wczesnych stadiach życia osobnika; mogą rosnąć w ciągu całego życia rośliny.

Bibliografia

1. Campbell, NA i Reece, JB (2007). Biologia. Panamerican Medical Ed.
2. Cediel, JF, Cárdenas, MH i García, A. (2009). Histology Manual: Fundamental Tissues. Uniwersytet Rosario.
3. Hall, JE (2015). Guyton and Hall podręcznik fizjologii medycznej e-Book. Elsevier Health Sciences.
4. Palomero, G. (2000). Lekcje embriologii. Uniwersytet Oviedo.
5. Wolpert, L. (2009). Zasady rozwoju. Panamerican Medical Ed.