MECHANIZMY RÓŻNICOWANIA KOMÓREK
Totipotencja jest zdolnością
pojedynczej komórki, do dzielenia się i różnicowania w każdą
komórkę organizmu. Rozwój ludzkiego organizmu zaczyna się w
momencie połączenia się komórki jajowej i plemnika z wytworzeniem
opjedynczej, totipotentnej komórki. W czasie pierwszysch godzin po
zapłodnieniu, Ta komórka dzieli się na identyczne, totipotencjalne
komórki. Około cztery dni po zapłodnieniu, po wielu cyklach
podziału, komórki te zaczynają się specjalizować.
Komórki
totipotencjalne przekształcają się w komórki pluripotencjalne,
które mogą się przekształcić w wiele typów komórek organizmu,
lecz nie wszystkie. Pluripotencja jest zdolnością pojedynczej
komórki do zróżnicowania się w dowolny typ komórek, poza
rozrodczymi i totipotencjalnymi. Z pluripotencjalnych komórek
macierzystych pochodzących z najwcześniejszego stadium zarodka –
5-dniowej blastocysty biorą początek komórki wszystkich tkanek i
narządów. Zaledwie 30-35 tych komórek, z których składa się
węzeł zarodkowy blastocysty "gromadzi" instrukcje dla 100
bilionów (1014) komórek tworzących ludzki organizm. W dziedzinie
biologii komórkowej pluripotencja odnosi się do komórek
macierzystych, które ma potencjał, aby różnicować w żadnej z
trzech listków zarodkowych : endodermy (wnętrze błonę śluzową
żołądka, przewodu pokarmowego, płuc), mezodermy (mięśnie,
kości, krwi, układu moczowo-płciowego), lub ektodermy (układu
nerwowego). Komórki pluripotencjalne różnicują się dalej w
komórki multipotencjalne, z których wykształcają się komórki o
specyficznej funkcji. Na przykład, multipotencjalne komórki krwi
mogą wytworzyć erytrocyty, leukocyty oraz megakariocyty, z których
powstają płytki krwi.
MECHANIZMY WZROSTU KOMÓRKI
Poprzez ciągłe podziały komórek organizm rośnie. Jest to podstawowy mechanizm wzrostu organizmów wielokomórkowych - nie zwiększanie rozmiarów komórek, ale ich ilości. Każda komórka powiększa swoje rozmiary jedynie do pewnego momentu, potem ulega podziałowi, tworząc dwie swoje kopie. Intensywne podziały pozwalają też na regenerację i naprawianie uszkodzonych tkanek i ubytków. Podziały komórkowe mają więc ogromne znaczenie nie tylko dla wzrostu organizmu, ale i jego funkcjonowania już po osiągnięciu ostatecznych rozmiarów.
Interfaza
Najdłuższa faza życia komórki, należąca do cyklu komórkowego. Jest etapem, w którym komórka przygotowuje się do podziału mitotycznego lub mejotycznego. Interfazę stanowią trzy stadia:
Faza G1 - poprzedza ją zakończony podział mitotyczny i jest fazą wzrostową komórki. Następuje synteza różnych rodzajów białek, m.in. strukturalnych czy enzymatycznych i zwiększenie organelli takich jak mitochondria, czy lizosomy. Komórka w tej fazie zwiększa swoją masę i objętość, osiągając stadium komórki macierzystej. Pod koniec fazy G1 dochodzi do syntezy specjalistycznych białek regulatorowych, odpowiedzialnych za przejście komórki w fazę S.
Faza S - dochodzi do replikacji DNA. Poza tym zachodzi synteza histonów, a pod koniec fazy replikacja centriol. Proces ten u człowieka zachodzi zazwyczaj w ciągu 8 godzin.
Faza G2 – następuje synteza białek wrzeciona podziałowego, głównie tubuliny jak również składników błony komórkowej potrzebnych do jej wytworzenia po zakończonym podziale. Pod koniec fazy G2 dochodzi do syntezy specjalistycznych białek regulatorowych, odpowiedzialnych za przejście komórki w mitozę.
W przypadku, gdy nie dojdzie do wytworzenia białek odpowiedzialnych za przejście faz G1 i G2 do następnego stadium, komórka przechodzi w fazę G0. Interfaza ulega wtedy zatrzymaniu, komórka traci zdolność replikacji DNA i zaczyna się specjalizować. Dotyczy to np. komórek nerwowych czy mięśniowych. W niektórych przypadkach może dojść do powrotu do cyklu komórkowego poprzez stymulację komórek np. hormonami.
Dotychczasowe luźne nici chromatynowe skracają się i grubieją, w wyniku czego powstają widoczne chromosomy. Ta kondensacja materiału genetycznego zachodzi w wyniku utraty wody oraz kurczenia się jego składników. Z procesem podziału związane są centriole. Są to struktury składające się z dziewięciu białkowych tubul, lokujące się na przeciwległych biegunach jądra i komórki. Na początku profazy centriole wędrują do przeciwległych biegunów komórki, a otoczka jądrowa zanika. Wokół tubul wytwarzają się włókienka wrzeciona podziałowego, które przyłączają się do chromosomów i powodują ich przemieszczanie się. Profaza kończy się zanikiem otoczki jądrowej.
Metafaza to etap, w którym wszystkie chromosomy ustawiają się w jednej płaszczyźnie. Jest to płaszczyzna równikowa komórki. Ułożone w ten sposób chromosomy określa się mianem płytki metafazowej. Do centromeru każdego z chromosomów przyczepione są z obu stron włókienka wrzeciona podziałowego. Kurczenie się włókienek powoduje jednoczesne pęknięcie wszystkich centromerów i rozdzielenie chromosomów na połówki. Moment pęknięcia centromerów wyznacza koniec metafazy i początek następnego etapu.
Podczas anafazy chromatydy powstałe po rozdzieleniu chromosomów wędrują do przeciwległych biegunów komórki. Każda chromatyda połączona jest z biegunem za pomocą włókienka wrzeciona podziałowego. Skracanie się włókienek powoduje przyciąganie chromatyd (będących już teraz chromosomami potomnymi) do bieguna.
Telofaza to końcowy etap podziału jądra komórkowego. Chromosomy potomne znajdują się już przy biegunach komórki i ich struktura ulega despiralizacji. Jednocześnie tworzy się otoczka jądrowa, a w powstałych w ten sposób jądrach wyodrębniają się jąderka. Włókienka wrzeciona podziałowego zanikają, a centriole lokują się w pobliżu błony jądrowej, ale nie odgrywają już żadnej funkcji aż do następnego podziału.
Podział jądra komórkowego to jednak nie koniec całego podziału. Pod koniec podziału jądra następuje podział cytoplazmy, w wyniku czego powstają odrębne komórki potomne. W komórkach zwierzęcych już podczas wędrówki chromosomów potomnych do biegunów w środkowej części komórki pojawia się wpuklenie błony komórkowej, które pogłębia się i tworzy bruzdę. Stopniowo bruzda przedziela całkowicie komórkę na dwie potomne. Podczas odbudowywania otoczki jąder potomnych, w płaszczyźnie równikowej gromadzą się pęcherzyki wypełnione substancjami budulcowymi. Łączą się ze sobą i rozlewają, a ich zawartość tworzy przegrodę pierwotną, rozdzielającą dwie komórki potomne. Przegroda stopniowo ulega impregnacji substancjami wzmacniającymi. Nowa komórka zaczyna swój cykl życiowy od interfazy - powoli rośnie i przygotowuje się do kolejnego podziału.