Hücresel Farklılaşma: Hayvanlarda ve Bitkilerde

Hücre farklılaşması, organizmaların çok hücreli hücrelerinin belirli spesifik özelliklere ulaştığı aşamalı bir fenomendir. Gelişim sürecinde ortaya çıkar ve fiziksel ve fonksiyonel değişiklikler kanıtlanır. Kavramsal olarak, farklılaşma üç aşamada gerçekleşir: belirleme, uygun farklılaşma ve olgunlaşma.

Bahsedilen bu üç süreç organizmalarda sürekli meydana gelir. Belirlemenin ilk aşamasında, embriyodaki çok noktalı hücrelerin tanımlanmış bir hücre tipine tayin edilmesi; örneğin, bir sinir hücresi veya bir kas hücresi. Farklılaşmada, hücreler soyun özelliklerini ifade etmeye başlar.

Son olarak olgunlaşma, olgun organizmalarda karakteristiklerin nihai görünümünü veren yeni özelliklerin kazanıldığı işlemin son aşamalarında meydana gelir.

Hücresel farklılaşma, hormonları, vitaminleri, spesifik faktörleri ve hatta iyonları içeren bir dizi sinyalle çok katı ve kesin bir şekilde düzenlenen bir işlemdir. Bu moleküller hücrenin içindeki sinyal yollarının başladığını gösterir.

Hücre bölünmesi ve farklılaşma süreçleri arasında çatışma olması mümkündür; bu nedenle gelişme, çoğalmanın farklılaşmaya yol açmak için sona ermesi gerektiği bir noktaya ulaşır.

Genel özellikler

Hücre farklılaşması süreci, belirli bir soydaki hücrenin formunda, yapısında ve işlevindeki değişimi içerir. Ek olarak, bir hücrenin sahip olabileceği tüm potansiyel fonksiyonların azalması anlamına gelir.

Değişim, bu proteinler ve spesifik haberci RNA'lar arasındaki anahtar moleküller tarafından yönetilir. Hücre farklılaşması, belirli genlerin kontrollü ve diferansiyel ekspresyonunun bir ürünüdür.

Farklılaşma süreci, başlangıçtaki genlerin kaybı anlamına gelmez; olan şey, gelişim sürecine giren hücrede genetik makinelerin belirli yerlerinde baskı yapmaktır. Bir hücre yaklaşık 30.000 gen içerir, ancak yalnızca yaklaşık 8.000 veya 10.000 ifade eder.

Yukarıdaki ifadeyi örneklemek için, aşağıdaki deney önerildi: çekirdek, bir amfibi (örneğin, bağırsak mukozasının bir hücresinin vücudundan farklılaştırılmış bir hücreden) alındı ​​ve çekirdeği daha önce çekirdeği daha önce ekstrakte edilmiş olan bir kurbağanın ovülüne yerleştirildi. .

Yeni çekirdek mükemmel koşullarda yeni bir organizma oluşturmak için gerekli tüm bilgilere sahiptir; yani, bağırsak mukozasının hücreleri farklılaşma sürecinden geçerken hiçbir geni kaybetmemişlerdir.

Hayvanlarda hücre farklılaşması

Gelişme döllenme ile başlar. Embriyonun gelişim süreçlerinde morula oluşumu meydana geldiğinde, hücreler yumuşatıcı olarak kabul edilir ve bu da bir organizmanın tamamını oluşturabileceklerini gösterir.

Zaman geçtikçe, morula bir blastula haline gelir ve hücrelere şimdi pluripotent adı verilir, çünkü organizmanın dokularını oluşturabilirler. Tüm organizmayı oluşturamazlar çünkü ekstraembriyonik dokulara yol açamazlar.

Histolojik olarak, bir organizmanın temel dokuları epitel, bağ, kas ve sinirdir.

Siz ilerledikçe, hücreler çok değişkendir çünkü olgun ve işlevsel hücrelere farklılaşırlar.

Spesifik olarak metazoanlarda - hayvanlarda, antero-posterior eksendeki segmentlerin kimliğini kontrol eden, vücut yapılarının belirli düzenini tanımlayan bir dizi gen sayesinde grubun ontogenezini birleştiren ortak bir genetik gelişim yolu vardır. hayvanın

Bu genler, bir DNA-bağlayıcı amino asit dizisini paylaşan belirli proteinleri kodlar (gendeki homeobox, proteindeki homodomain).

Genlerin açılması ve kapatılması

DNA, kimyasal ajanlar veya genlerin ekspresyonunu etkileyen veya azaltan hücresel mekanizmalar tarafından modifiye edilebilir.

İfadelerine göre sınıflandırılmış veya sınıflandırılmamış iki tür kromatin vardır: ökromatin ve heterokromatin. Birincisi gevşek bir şekilde organize edilmiş ve genleri ifade edilmiş, ikincisi küçük bir organizasyona sahip ve transkripsiyon makinelerine erişimi engelliyor.

Hücre farklılaşma işlemlerinde, bu spesifik soy için gerekli olmayan genlerin, heterokromatinden oluşan alan formunda susturulduğu öne sürülmüştür.

Farklı hücre tipleri üreten mekanizmalar

Çok hücreli organizmalarda, gelişim süreçlerinde, sitoplazmik faktörlerin ayrılması ve hücresel iletişim gibi farklı hücre tiplerini üreten bir dizi mekanizma vardır.

Sitoplazmik faktörlerin ayrılması, hücre bölünmesi işlemlerinde proteinler veya haberci RNA gibi elementlerin eşit olmayan bir şekilde ayrılmasını içerir.

Öte yandan, komşu hücreler arasındaki hücresel iletişim, birkaç hücre tipinin farklılaşmasını uyarabilir.

Böyle bir işlem oftalmik veziküllerin oluşumunda, sefalik bölgenin ektodermini karşıladıklarında ve mercek plakalarını oluşturan kalınlaşmaya neden olduklarında meydana gelir. Bunlar iç bölgeye katlanır ve kristalimsi lensi oluşturur.

Hücre farklılaşması modeli: kas dokusu

Literatürde en iyi tarif edilen modellerden biri kas dokusunun gelişimidir. Bu doku karmaşıktır ve işlevi daralma olan çoklu çekirdekli hücrelere sahiptir.

Mezenkimal hücreler, olgun iskelet kası dokusuna yol açan miyojenik hücrelere yol açar.

Bu farklılaşma sürecinin başlaması için, hücre döngüsünün S fazını önleyen ve değişime neden olan gen uyarıcıları olarak işlev gören bazı farklılaştırıcı faktörlerin bulunması gerekir.

Bu hücreler sinyali aldığında, hücre bölünmesi işlemlerinden geçemeyen miyoblastlara doğru dönüşümü başlatır. Miyoblastlar, aktin ve miyosin proteinlerini kodlayanlar gibi kas kasılmasıyla ilgili genleri ifade eder.

Miyoblastlar birbirleriyle kaynaşabilir ve birden fazla çekirdeğe sahip bir myotube oluşturabilir. Bu aşamada, troponin ve tropomyosin gibi kasılma ile ilgili diğer proteinlerin üretimi gerçekleşir.

Çekirdekler bu yapıların periferik kısmına hareket ettiklerinde, bir kas lifi olarak kabul edilirler.

Açıklandığı gibi, bu hücreler kas kasılmasıyla ilgili proteinlere sahiptir, ancak keratin veya hemoglobin gibi başka proteinlerden yoksundur.

Master genler

Genlerdeki diferansiyel ifade, "ana genlerin" kontrolü altındadır. Bunlar çekirdekte bulunur ve diğer genlerin transkripsiyonunu aktive eder. Adından da anlaşılacağı gibi, fonksiyonlarını yönlendiren diğer genleri kontrol etmekten sorumlu olan anahtar faktörlerdir.

Kas farklılaşması durumunda, spesifik genler kas kasılmasına katılan proteinlerin her birini kodlayanlardır ve ana genler MyoD ve Myf5'tir.

Düzenleyici ana genler yokken, alt genler ifade edilmez. Buna karşılık, ana gen mevcut olduğunda, hedef genlerin ifadesi zorlanır.

Diğerleri arasında nöronların, epitelyal, kardiyak farklılaşmasını yönlendiren ana genler vardır.

Bitkilerde hücre farklılaşması

Hayvanlarda olduğu gibi, bitkilerin gelişimi tohum içinde bir zigot oluşumu ile başlar. İlk hücre bölünmesi gerçekleştiğinde, iki farklı hücre ortaya çıkar.

Bitki gelişiminin özelliklerinden biri, embriyonik karakterli hücrelerin sürekli varlığı sayesinde organizmanın sürekli büyümesidir. Bu bölgeler meristemler olarak bilinir ve sürekli gelişim organlarıdır.

Farklılaşma yolları, bitkilerde mevcut üç doku sistemine neden olur: dermal dokuları içeren protoderm, temel meristemler ve değişim.

Ürün, ksilo (su ve çözünmüş tuzların taşıyıcıları) ve floem (şekerlerin taşıyıcıları ve amino asitler gibi diğer moleküller) tarafından oluşturulan bitkide vasküler dokunun ortaya çıkmasından sorumludur.

meristemler

Meristemler sap ve köklerin uçlarında bulunur. Bu nedenle, bu hücreler farklılaşmakta ve bitkileri oluşturan farklı yapılara neden olmaktadır (diğerlerinin yanı sıra yapraklar, çiçekler).

Çiçek yapılarının hücresel farklılaşması belli bir gelişme anında gerçekleşir ve meristem sırayla çiçek meristemlerini oluşturan "çiçeklenme" olur. Buradan sepals, yaprakları, stamenleri ve carpels tarafından oluşturulan çiçek parçaları ortaya çıkar.

Bu hücreler küçük boyutlu, küboidal bir şekle, ince fakat esnek bir hücre duvarına ve yüksek yoğunluklu ve çok sayıda ribozomlu bir sitoplazmaya sahip olmaları ile karakterize edilir.

Oksinlerin rolü

Fitohormonlar, özellikle oksinlerin hücresel farklılaşma fenomenlerinde rol oynar.

Bu hormon, kök içindeki vasküler dokunun farklılaşmasını etkiler. Deneyler, oksinlerin bir yaraya uygulanmasının vasküler doku oluşumuna yol açtığını göstermiştir.

Benzer şekilde, oksinler vasküler kambium hücrelerinin gelişiminin uyarılması ile ilgilidir.

Hayvanlar ve bitkiler arasındaki farklar

Bitkilerde ve hayvanlarda hücre farklılaşması ve gelişme süreci aynı olmaz.

Hayvanlarda, hücrelerin ve dokuların hareketleri, organizmaların kendilerini karakterize eden üç boyutlu bir konformasyon kazanması için gerçekleşmelidir. Ayrıca, hücre çeşitliliği hayvanlarda çok daha fazladır.

Buna karşılık, bitkiler sadece bireyin yaşamının ilk evrelerinde büyüme dönemlerine sahip değildir; sebzelerin ömrü boyunca boylarını artırabilirler.