Diferențierea celulară: la animale și plante

Diferențierea celulelor este fenomenul gradual prin care celulele multipotențiale ale organismelor ating anumite caracteristici specifice. Apare în timpul procesului de dezvoltare și sunt evidențiate schimbări fizice și funcționale. Conceptual, diferențierea are loc în trei etape: determinarea, diferențierea corectă și maturarea.

Aceste trei procese menționate apar în mod continuu în organisme. În prima etapă de determinare, are loc asignarea celulelor multipotente în embrion la un tip definit de celulă; de exemplu, o celulă nervoasă sau o celulă musculară. În diferențiere, celulele încep să exprime caracteristicile liniei.

În cele din urmă, maturarea are loc în ultimele etape ale procesului, unde se dobândesc noi proprietăți care dau aspectul final al caracteristicilor în organismele mature.

Descoperirea celulară este un proces care este reglementat într-un mod foarte strict și precis printr-o serie de semnale care includ hormoni, vitamine, factori specifici și chiar ioni. Aceste molecule indică începutul căilor de semnalizare din interiorul celulei.

Este posibil să apară conflicte între procesele de diviziune celulară și diferențiere; prin urmare, dezvoltarea atinge un punct în care proliferarea trebuie să înceteze să genereze diferențiere.

Caracteristici generale

Procesul de diferențiere a celulelor implică schimbarea formei, structurii și funcției unei celule într-o anumită linie. În plus, aceasta implică reducerea tuturor funcțiilor potențiale pe care le poate avea o celulă.

Modificarea este guvernată de molecule-cheie, între aceste proteine ​​și ARN mesager specifice. Diferențierea celulelor este un produs al expresiei controlate și diferențiate a anumitor gene.

Procesul de diferențiere nu implică pierderea genelor inițiale; ceea ce se întâmplă este o represiune în anumite locuri ale mașinilor genetice din celula care trece prin procesul de dezvoltare. O celulă conține aproximativ 30.000 de gene, dar exprimă doar aproximativ 8.000 sau 10.000.

Pentru a exemplifica declarația de mai sus, a fost propus următorul experiment: nucleul este luat dintr-o celulă deja diferențiată de corpul unui amfibian - de exemplu, o celulă a mucoasei intestinale - și este implantată în ovulele unei broaște a cărei nucleu a fost extras anterior .

Noul nucleu are toate informațiile necesare pentru a crea un organism nou în condiții perfecte; adică celulele mucoasei intestinale nu au pierdut nicio genă atunci când au suferit procesul de diferențiere.

Diferențierea celulelor la animale

Dezvoltarea începe cu fertilizarea. Când se produce formarea morulei în procesele de dezvoltare ale embrionului, celulele sunt considerate tovotepte, indicând faptul că sunt capabile să formeze întregul organism.

Odată cu trecerea timpului, morula devine o blastură și celulele sunt acum numite pluripotent, deoarece ele pot forma țesuturile organismului. Ele nu pot forma organismul complet deoarece nu sunt capabile să ducă la țesuturile extraembrionice.

Din punct de vedere histologic, țesuturile fundamentale ale unui organism sunt epiteliul, conectivitatea, musculatura și nervozitatea.

Pe măsură ce vă mișcați mai departe, celulele sunt multipotent, deoarece se diferențiază în celule mature și funcționale.

La animale - în mod specific în metazoani - există o cale comună de dezvoltare genetică care unifică ontogenia grupului datorită unei serii de gene care definesc modelul specific al structurilor corpului, controlând identitatea segmentelor în axa antero-posterioară a animalului

Aceste gene codifică proteine ​​particulare care împărtășesc o secvență de aminoacizi legată de ADN (homeobox în gena, homodomină în proteină).

Pornirea și oprirea genelor

ADN-ul poate fi modificat prin agenți chimici sau prin mecanisme celulare care afectează - induce sau reprima - exprimarea genelor.

Există două tipuri de cromatină, clasificate în funcție de expresia lor sau nu: euchromatin și heterochromatin. Primul este organizat slab și genele sale sunt exprimate, al doilea are o organizare compactă și previne accesul la mașinile de transcriere.

S-a propus ca, în procesele de diferențiere celulară, genele care nu sunt necesare pentru acea linie genetică specifică să fie tăcute sub formă de domenii compuse din heterochromatină.

Mecanisme care produc diferite tipuri de celule

În organismele multicelulare există o serie de mecanisme care produc diferite tipuri de celule în procesele de dezvoltare, cum ar fi segregarea factorilor citoplasmatici și comunicarea celulară.

Segregarea factorilor citoplasmatici implică separarea inegală a elementelor cum ar fi proteinele sau ARN-ul mesager în procesele de diviziune celulară.

Pe de altă parte, comunicarea celulară între celulele vecine poate stimula diferențierea mai multor tipuri de celule.

Un astfel de proces are loc în formarea veziculelor oftalmice atunci când acestea întâlnesc ectodermul regiunii cefalice și provoacă îngroșarea care formează plăcile lentilelor. Acestea se îndoaie spre regiunea interioară și formează lentila cristalină.

Modul de diferențiere a celulelor: țesut muscular

Unul dintre cele mai bine descrise modele din literatura de specialitate este dezvoltarea de țesut muscular. Acest țesut este complex și este compus din celule cu multiple nuclee a căror funcție este contracția.

Celulele mezenchimale dau naștere celulelor miogene, care, la rândul lor, dau naștere țesutului muscular scheletic matur.

Pentru ca acest proces de diferențiere să înceapă, trebuie să existe anumiți factori de diferențiere care împiedică faza S a ciclului celular și care acționează ca stimulanți genetici care provoacă schimbarea.

Când aceste celule primesc semnalul, inițiază transformarea spre mioblaste care nu pot suferi procese de diviziune celulară. Myoblastele exprimă genele legate de contracția musculară, cum ar fi cele care codifică proteinele actinei și myozinei.

Mioblastele pot fuziona unul cu celălalt și formează o miotubă cu mai mult de un nucleu. În această etapă, apare producerea altor proteine ​​legate de contracție, cum ar fi troponina și tropomyozina.

Atunci când nucleele se deplasează către porțiunea periferică a acestor structuri, ele sunt considerate fibre musculare.

După cum este descris, aceste celule au proteine ​​legate de contracția musculară, dar nu au alte proteine ​​cum ar fi keratina sau hemoglobina.

Genele principale

Expresia diferențială în gene este sub controlul "genelor master". Acestea se găsesc în nucleu și activează transcripția altor gene. După cum sugerează și numele, sunt factori cheie care sunt responsabili pentru controlul altor genuri care își conduc funcțiile.

În cazul diferențierii musculare, genele specifice sunt cele care codifică fiecare dintre proteinele implicate în contracția musculară, iar genele principale sunt MyoD și Myf5.

Atunci când genele master reglementează absența, nu se exprimă genele subalterice. În contrast, atunci când gena master este prezentă, expresia genelor țintă este forțată.

Există gene master care direcționează diferențierea neuronilor, epiteliale, cardiace, printre altele.

Distribuția celulelor în plante

Ca și la animale, dezvoltarea plantelor începe cu formarea unui zigot în interiorul semințelor. La prima diviziune celulară apar două celule diferite.

Una dintre caracteristicile dezvoltării plantelor este creșterea continuă a organismului datorită prezenței continue a celulelor care au un caracter embrionar. Aceste regiuni sunt cunoscute ca meristeme și sunt organe de creștere perpetuă.

Căile de diferențiere dau naștere la cele trei sisteme de țesut prezente în plante: protocodermul care include țesuturile dermice, meristemurile fundamentale și schimbarea.

Produsul este responsabil pentru producerea țesutului vascular din plantă, format din xilem (transportator de apă și săruri dizolvate) și phloem (transportator de zaharuri și alte molecule cum ar fi aminoacizii).

meristemele

Meristemurile sunt situate la vârfurile tulpinilor și rădăcinilor. Astfel, aceste celule diferențiază și dau naștere la diferitele structuri care formează plantele (frunze, flori, printre altele).

Diferențierea celulară a structurilor florale are loc într-un moment determinat de dezvoltare, iar meristemul devine "inflorescență" care, la rândul său, formează meristemurile florale. De aici apar piese florale constituite din sepale, petale, stamine și carpeli.

Aceste celule se caracterizează prin faptul că au o dimensiune mică, o formă cuboidală, un perete celular subțire, dar flexibil și o citoplasmă cu o densitate ridicată și numeroase ribozomi.

Rolul auxinelor

Phytohormonele joacă un rol în fenomenele de diferențiere celulară, în special auxinele.

Acest hormon influențează diferențierea țesutului vascular în tulpină. Experimentele au arătat că aplicarea auxinelor în rană conduce la formarea țesutului vascular.

În mod similar, auxinele sunt legate de stimularea dezvoltării celulelor vasculare de cambiu.

Diferențe între animale și plante

Procesul de diferențiere și dezvoltare a celulelor în plante și animale nu se întâmplă identic.

La animale, mișcările de celule și țesuturi trebuie să aibă loc astfel încât organismele să dobândească o conformație tridimensională care le caracterizează. În plus, diversitatea celulară este mult mai mare la animale.

În schimb, plantele nu au perioade de creștere decât în ​​stadiile incipiente ale vieții individului; ele pot crește mărimea lor pe toată durata de viață a legumelor.