КЛІТИННА ДИФЕРЕНЦІАЦІЯ: У ТВАРИН І РОСЛИН - БІОЛОГІЯ - 2025

Диференціації клітин є поступовим явищем , при якому клітина мультіпотентних організмів досягнення певних характеристик. Він виникає в процесі розвитку і фізичні та функціональні зміни очевидні. Концептуально диференціація відбувається у три етапи: визначення, сама диференціація та дозрівання.

Ці три згадані процеси відбуваються постійно в організмах. На першій стадії визначення багатопотенціальні клітини ембріона присвоюються певному типу клітин; наприклад, нервова клітина або м’язова клітина. При диференціації клітини починають виражати характеристики родоводу.

Нарешті, дозрівання відбувається на останніх стадіях процесу, де набуваються нові властивості, які призводять до появи ознак у зрілих організмів.

Клітинна диференціація - це процес, який дуже суворо і точно регулюється рядом сигналів, що включають гормони, вітаміни, специфічні фактори і навіть іони. Ці молекули вказують на ініціювання сигнальних шляхів всередині клітини.

Можуть виникати конфлікти між процесами поділу клітин та їх диференціації; отже, розвиток досягає точки, коли розповсюдження повинне перестати допускати диференціацію.

Загальна характеристика

Процес диференціації клітин передбачає зміну форми, структури та функції клітини в даній лінії. Крім того, це передбачає зменшення всіх потенційних функцій, які може мати клітина.

Зміна регулюється ключовими молекулами, між цими білками та специфічними месенджерами РНК. Клітинна диференціація є продуктом контрольованої та диференційованої експресії певних генів.

Процес диференціації не передбачає втрати початкових генів; що відбувається - це репресія в конкретних місцях генетичної машини в клітині, яка переживає процес розвитку. Клітина містить близько 30 000 генів, але вона експресує лише від 8000 до 10 000.

Для прикладу попереднього твердження було запропоновано наступний експеримент: ядро ​​клітини, вже диференційованої з тіла земноводного - наприклад, клітина зі слизової оболонки кишечника - береться та імплантується в яйцеклітину жаби, ядро ​​якої раніше було витягнуто .

Нове ядро ​​має всю інформацію, необхідну для створення нового організму в ідеальному стані; тобто клітини слизової оболонки кишечника не втратили жодних генів під час процесу диференціювання.

Клітинна диференціація у тварин

Розвиток починається із запліднення. Коли в процесах розвитку ембріона відбувається утворення морули, клітини вважаються тотипотентними, що вказує на те, що вони здатні утворювати цілий організм.

З часом морула перетворюється на бластулу, і клітини тепер називають плюріпотентними, оскільки вони можуть утворювати тканини організму. Вони не можуть сформувати повноцінний організм, оскільки вони не здатні породити позаембріональні тканини.

Гістологічно основними тканинами організму є епітеліальна, сполучна, м’язова та нервова.

У міру подальшого прогресування клітин вони є багатопотужними, оскільки вони диференціюються у зрілі та функціональні клітини.

У тварин - конкретно в метазоях - існує загальний шлях генетичного розвитку, який об'єднує онтогенез групи завдяки ряду генів, що визначають специфічну закономірність структур тіла, контролюючи ідентичність сегментів на передньозадній осі. тварини.

Ці гени кодують конкретні білки, які поділяють послідовність амінокислот, що зв'язують ДНК (гомеобокс у гені, гомодомен у білку).

Увімкнення та вимкнення генів

ДНК може бути модифікована хімічними агентами або клітинними механізмами, які впливають - індукують або пригнічують - експресію генів.

Існує два типи хроматину, класифіковані за їх вираженням чи ні: еухроматин та гетерохроматин. Перший є слабо організованим і його гени експресуються, другий має компактну організацію і перешкоджає доступу до механізмів транскрипції.

Було запропоновано, що в процесах клітинної диференціації гени, які не потрібні для цієї конкретної лінії, замовчуються у вигляді доменів, що складаються з гетерохроматину.

Механізми, що продукують різні типи клітин

У багатоклітинних організмах існує ряд механізмів, що виробляють клітини різних типів в процесах розвитку, такі як секреція цитоплазматичних факторів та клітинний зв’язок.

Сегрегація цитоплазматичних факторів передбачає неоднакове поділ елементів, таких як білки або месенджери РНК, в процесах поділу клітин.

З іншого боку, клітинний зв’язок між сусідніми клітинами може стимулювати диференціювання різних типів клітин.

Цей процес відбувається при утворенні офтальмологічних везикул, коли вони зустрічаються з ектодермою головної ділянки і викликають потовщення, що утворює кришталикові пластинки. Вони складаються до внутрішньої області і утворюють кришталик.

Модель диференціації клітин: м’язова тканина

Однією з найбільш описаних моделей в літературі є розвиток м’язової тканини. Ця тканина є складною і складається з клітин з декількома ядрами, функція яких - скорочуватися.

Мезенхімальні клітини породжують міогенні клітини, які, в свою чергу, породжують зрілу м’язову тканину скелетних тканин.

Для початку цього процесу диференціювання повинні бути присутніми певні фактори диференціації, які перешкоджають S фазі клітинного циклу і діють як стимулятори генів, що викликають зміни.

Коли ці клітини отримують сигнал, він ініціює перетворення до міобластів, які не можуть зазнати процесів ділення клітин. Міобласти експресують гени, пов'язані зі скороченням м'язів, такі як кодуючі білки актину та міозину.

Міобласти можуть зливатися між собою і утворювати міотрубку з більш ніж одним ядром. На цій стадії відбувається вироблення інших білків, пов’язаних зі скороченням, таких як тропонін та тропоміозин.

Коли ядра рухаються до периферійної частини цих структур, вони вважаються м’язовим волокном.

Як описано, у цих клітинах є білки, пов'язані зі скороченням м’язів, але не вистачає інших білків, таких як кератин або гемоглобін.

Основні гени

Диференціальна експресія в генах знаходиться під контролем "головних генів". Вони знаходяться в ядрі і активізують транскрипцію інших генів. Як вказує їх назва, вони є ключовими факторами, які відповідають за контроль інших генів, спрямовуючи їх функції.

Що стосується м'язової диференціації, то специфічні гени - це ті, що кодують кожен з білків, що беруть участь у скороченні м'язів, а основними генами є MyoD та Myf5.

Коли регуляторні головні гени відсутні, субартернальні гени не експресуються. На противагу цьому, коли присутній головний ген, експресія цільових генів є вимушеною.

Існують головні гени, які направляють диференціювання нейронів, епітеліальних, серцевих, серед інших.

Клітинна диференціація у рослин

Як і у тварин, розвиток рослин починається з утворення зиготи всередині насіння. Коли відбувається перше ділення клітин, зароджуються дві різні клітини.

Однією з особливостей розвитку рослин є постійний ріст організму завдяки постійній присутності клітин, які мають ембріональний характер. Ці регіони відомі як меристеми і є органами вічного зростання.

Шляхи диференціації породжують три тканинні системи, присутні в рослинах: протодерму, що включає дермальні тканини, основні меристеми та промацування.

Prochange відповідає за створення судинної тканини в рослині, утвореної ксилемом (транспортер води та розчинених солей) та флоемою (транспортер цукрів та інших молекул, таких як амінокислоти).

Меристеми

Меристеми розташовані на кінчиках стебел і коренях. Таким чином, ці клітини диференціюються і породжують різні структури, що складають рослини (листя, квіти, серед інших).

Клітинна диференціація рослинних структур відбувається в певний момент розвитку, і меристема стає «суцвіттям», яке, в свою чергу, утворює флористичні меристеми. Звідси виникають квіткові шматочки, що складаються з чашолистків, пелюсток, тичинок і килимів.

Ці клітини характеризуються невеликим розміром, кубоїдної формою, тонкою, але гнучкою клітинною стінкою та цитоплазмою з високою щільністю та численними рибосомами.

Роль ауксинів

Фітогормони відіграють роль у явищах клітинної диференціації, особливо ауксинів.

Цей гормон впливає на диференціацію судинної тканини в стеблі. Експерименти показали, що нанесення ауксинів на рану призводить до утворення судинної тканини.

Так само ауксини пов'язані зі стимулюванням розвитку клітин судин камбію.

Відмінності між тваринами та рослинами

Процес диференціації та розвитку клітин у рослин і тварин не відбувається однаково.

Рухи клітин і тканин повинні відбуватися у тварин, щоб організми набули тривимірну конформацію, яка характеризує їх. Крім того, різноманітність клітин у тварин значно більша.

Навпаки, рослини не мають періодів росту лише на ранніх стадіях життя індивіда; вони можуть збільшуватися в розмірах протягом усього життя рослини.

Список літератури

1. Кемпбелл, штат NA, І Різ, JB (2007). Біологія. Panamerican Medical Ed.
2. Cediel, JF, Cárdenas, MH, & García, A. (2009). Посібник з гістології: Фундаментальні тканини. Університет Росаріо.
3. Холл, JE (2015). Гайтон та Холл підручник з електронної книги з медичної фізіології. Науки про здоров’я Ельзев'є.
4. Паломеро, Г. (2000). Уроки ембріології. Університет Ов'єдо.
5. Вулперт, Л. (2009). Принципи розвитку. Panamerican Medical Ed.