ZELLDIFFERENZIERUNG: BEI TIEREN UND PFLANZEN - BIOLOGIE - 2025

Die Zelldifferenzierung ist das allmähliche Phänomen, bei dem multipotentielle Zellen von Organismen bestimmte spezifische Eigenschaften erreichen. Es tritt während des Entwicklungsprozesses auf und physikalische und funktionelle Veränderungen sind offensichtlich. Konzeptionell erfolgt die Differenzierung in drei Stufen: Bestimmung, Differenzierung selbst und Reifung.

Diese drei genannten Prozesse treten kontinuierlich in Organismen auf. In der ersten Bestimmungsstufe werden die Multipotentialzellen im Embryo einem definierten Zelltyp zugeordnet; Zum Beispiel eine Nervenzelle oder eine Muskelzelle. Bei der Differenzierung beginnen die Zellen, die Eigenschaften der Linie auszudrücken.

Schließlich erfolgt die Reifung in den letzten Phasen des Prozesses, in denen neue Eigenschaften erworben werden, die zum Auftreten von Merkmalen in reifen Organismen führen.

Die Zelldifferenzierung ist ein Prozess, der durch eine Reihe von Signalen, zu denen Hormone, Vitamine, spezifische Faktoren und sogar Ionen gehören, sehr streng und präzise reguliert wird. Diese Moleküle zeigen die Initiierung von Signalwegen innerhalb der Zelle an.

Konflikte können zwischen den Prozessen der Zellteilung und -differenzierung auftreten; Daher erreicht die Entwicklung einen Punkt, an dem die Proliferation aufhören muss, um eine Differenzierung zu ermöglichen.

Allgemeine Charakteristiken

Der Prozess der Zelldifferenzierung beinhaltet die Änderung von Form, Struktur und Funktion einer Zelle in einer bestimmten Linie. Darüber hinaus bedeutet dies die Reduzierung aller potenziellen Funktionen, die eine Zelle haben kann.

Die Veränderung wird durch Schlüsselmoleküle zwischen diesen Proteinen und spezifischen Messenger-RNAs gesteuert. Die zelluläre Differenzierung ist das Produkt der kontrollierten und differentiellen Expression bestimmter Gene.

Der Differenzierungsprozess beinhaltet nicht den Verlust der ursprünglichen Gene; Was passiert, ist eine Unterdrückung an bestimmten Stellen der genetischen Maschinerie in der Zelle, die sich im Entwicklungsprozess befindet. Eine Zelle enthält ungefähr 30.000 Gene, aber sie exprimiert nur ungefähr 8.000 bis 10.000.

Um die vorherige Aussage zu veranschaulichen, wurde das folgende Experiment vorgeschlagen: Der Kern einer Zelle, die sich bereits vom Körper einer Amphibie unterscheidet, beispielsweise eine Zelle aus der Darmschleimhaut, wird entnommen und in die Eizelle eines Frosches implantiert, dessen Kern zuvor extrahiert wurde .

Der neue Kern verfügt über alle Informationen, die erforderlich sind, um einen neuen Organismus in einwandfreiem Zustand zu schaffen. Das heißt, die Zellen der Darmschleimhaut hatten während des Differenzierungsprozesses keine Gene verloren.

Zelldifferenzierung bei Tieren

Entwicklung beginnt mit der Befruchtung. Wenn bei den Entwicklungsprozessen des Embryos eine Morula-Bildung auftritt, werden die Zellen als totipotent angesehen, was darauf hinweist, dass sie in der Lage sind, den gesamten Organismus zu bilden.

Mit der Zeit wird die Morula zu einer Blastula, und die Zellen werden jetzt als pluripotent bezeichnet, da sie das Gewebe des Körpers bilden können. Sie können nicht den gesamten Organismus bilden, weil sie nicht in der Lage sind, das extraembryonale Gewebe hervorzubringen.

Histologisch sind die Grundgewebe eines Organismus das Epithel, das Bindegewebe, das Muskelgewebe und das Nervensystem.

Wenn die Zellen weiter voranschreiten, sind sie multipotent, weil sie sich in reife und funktionelle Zellen unterscheiden.

Bei Tieren - insbesondere bei Metazoen - gibt es einen gemeinsamen Weg der genetischen Entwicklung, der die Ontogenese der Gruppe dank einer Reihe von Genen vereinheitlicht, die das spezifische Muster der Körperstrukturen definieren und die Identität der Segmente in der anteroposterioren Achse steuern. des Tieres.

Diese Gene kodieren für bestimmte Proteine, die eine DNA-bindende Aminosäuresequenz gemeinsam haben (Homöobox im Gen, Homodomäne im Protein).

Gene ein- und ausschalten

DNA kann durch chemische Mittel oder durch zelluläre Mechanismen modifiziert werden, die die Expression von Genen beeinflussen - induzieren oder unterdrücken -.

Es gibt zwei Arten von Chromatin, die nach ihrer Expression klassifiziert sind oder nicht: Euchromatin und Heterochromatin. Ersteres ist lose organisiert und seine Gene werden exprimiert, letzteres ist kompakt organisiert und verhindert den Zugang zur Transkriptionsmaschinerie.

Es wurde vorgeschlagen, dass bei den Prozessen der Zelldifferenzierung die Gene, die für diese spezifische Linie nicht erforderlich sind, in Form von Domänen aus Heterochromatin zum Schweigen gebracht werden.

Mechanismen, die unterschiedliche Zelltypen produzieren

In mehrzelligen Organismen gibt es eine Reihe von Mechanismen, die in Entwicklungsprozessen verschiedene Zelltypen produzieren, wie z. B. die Sekretion von zytoplasmatischen Faktoren und die Zellkommunikation.

Die Trennung von cytoplasmatischen Faktoren beinhaltet die ungleiche Trennung von Elementen wie Proteinen oder Messenger-RNA in den Prozessen der Zellteilung.

Andererseits kann die Zellkommunikation zwischen benachbarten Zellen die Differenzierung verschiedener Zelltypen stimulieren.

Dieser Prozess tritt bei der Bildung von ophthalmischen Vesikeln auf, wenn sie auf das Ektoderm der Cephalic Region treffen und die Verdickung verursachen, die die Linsenplatten bildet. Diese falten sich zum inneren Bereich und bilden die Linse.

Zelldifferenzierungsmodell: Muskelgewebe

Eines der am besten beschriebenen Modelle in der Literatur ist die Entwicklung von Muskelgewebe. Dieses Gewebe ist komplex und besteht aus Zellen mit mehreren Kernen, deren Funktion darin besteht, sich zusammenzuziehen.

Mesenchymale Zellen führen zu myogenen Zellen, die wiederum zu reifem Skelettmuskelgewebe führen.

Damit dieser Differenzierungsprozess beginnen kann, müssen bestimmte Differenzierungsfaktoren vorhanden sein, die die S-Phase des Zellzyklus verhindern und als Stimulanzien für Gene wirken, die die Veränderung verursachen.

Wenn diese Zellen das Signal empfangen, initiiert es die Transformation in Richtung Myoblasten, die keine Zellteilungsprozesse durchlaufen können. Myoblasten exprimieren Gene, die mit der Muskelkontraktion zusammenhängen, wie diejenigen, die für die Actin- und Myosin-Proteine ​​kodieren.

Myoblasten können miteinander verschmelzen und eine Myotube mit mehr als einem Kern bilden. In diesem Stadium erfolgt die Produktion anderer mit der Kontraktion zusammenhängender Proteine ​​wie Troponin und Tropomyosin.

Wenn sich die Kerne in Richtung des peripheren Teils dieser Strukturen bewegen, werden sie als Muskelfaser betrachtet.

Wie beschrieben, haben diese Zellen Proteine, die mit der Muskelkontraktion zusammenhängen, aber es fehlen andere Proteine ​​wie Keratin oder Hämoglobin.

Master-Gene

Die differentielle Expression in Genen unterliegt der Kontrolle von "Master-Genen". Diese befinden sich im Zellkern und aktivieren die Transkription anderer Gene. Wie der Name schon sagt, sind sie Schlüsselfaktoren, die für die Kontrolle anderer Gene verantwortlich sind, indem sie ihre Funktionen steuern.

Im Fall der Muskeldifferenzierung sind die spezifischen Gene diejenigen, die für jedes der an der Muskelkontraktion beteiligten Proteine ​​kodieren, und die Master-Gene sind MyoD und Myf5.

Wenn regulatorische Master-Gene fehlen, werden subalterne Gene nicht exprimiert. Wenn im Gegensatz dazu das Master-Gen vorhanden ist, wird die Expression der Zielgene erzwungen.

Es gibt Master-Gene, die unter anderem die Differenzierung von Neuronen, Epithel und Herz steuern.

Zelldifferenzierung in Pflanzen

Wie bei Tieren beginnt die Pflanzenentwicklung mit der Bildung einer Zygote im Samen. Wenn die erste Zellteilung auftritt, entstehen zwei verschiedene Zellen.

Eines der Merkmale der Pflanzenentwicklung ist das kontinuierliche Wachstum des Organismus dank des kontinuierlichen Vorhandenseins von Zellen mit embryonalem Charakter. Diese Regionen sind als Meristeme bekannt und Organe des ständigen Wachstums.

Die Differenzierungswege führen zu den drei in Pflanzen vorhandenen Gewebesystemen: dem Protoderm, das das Hautgewebe, die fundamentalen Meristeme und den Austausch umfasst.

Prochange ist für die Bildung des Gefäßgewebes in der Pflanze verantwortlich, das aus Xylem (Transporter von Wasser und gelösten Salzen) und Phloem (Transporter von Zuckern und anderen Molekülen wie Aminosäuren) besteht.

Meristeme

Meristeme befinden sich an den Spitzen der Stängel und Wurzeln. Somit differenzieren sich diese Zellen und lassen die verschiedenen Strukturen entstehen, aus denen Pflanzen bestehen (unter anderem Blätter, Blüten).

Die zelluläre Differenzierung von Flora-Strukturen erfolgt zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Entwicklung und das Meristem wird zum „Blütenstand“, der wiederum die floralen Meristeme bildet. Hier entstehen die Blütenstücke aus Kelchblättern, Blütenblättern, Staubblättern und Fruchtblättern.

Diese Zellen zeichnen sich durch eine geringe, quaderförmige Form, eine dünne, aber flexible Zellwand und ein Zytoplasma mit hoher Dichte und zahlreichen Ribosomen aus.

Rolle der Auxine

Phytohormone spielen eine Rolle bei zellulären Differenzierungsphänomenen, insbesondere Auxinen.

Dieses Hormon beeinflusst die Differenzierung des Gefäßgewebes im Stamm. Experimente haben gezeigt, dass die Anwendung von Auxinen auf eine Wunde zur Bildung von Gefäßgewebe führt.

In ähnlicher Weise sind Auxine mit der Stimulierung der Entwicklung von vaskulären Kambiumzellen verbunden.

Unterschiede zwischen Tieren und Pflanzen

Der Prozess der Zelldifferenzierung und -entwicklung bei Pflanzen und Tieren verläuft nicht identisch.

Bei Tieren müssen Zell- und Gewebebewegungen auftreten, damit Organismen eine dreidimensionale Konformation erhalten, die sie charakterisiert. Darüber hinaus ist die Zelldiversität bei Tieren viel höher.

Im Gegensatz dazu haben Pflanzen keine Wachstumsperioden nur in den frühen Lebensphasen des Individuums; Sie können während der gesamten Lebensdauer der Pflanze an Größe zunehmen.

Verweise

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