CELDIFFERENTIATIE: BIJ DIEREN EN PLANTEN - BIOLOGIE - 2026

De celdifferentiatie is het geleidelijke fenomeen waarbij multipotentiële cellen van organismen bepaalde specifieke kenmerken bereiken. Het treedt op tijdens het ontwikkelingsproces en fysieke en functionele veranderingen zijn duidelijk. Conceptueel vindt differentiatie plaats in drie fasen: bepaling, differentiatie zelf en rijping.

Deze drie genoemde processen vinden continu plaats in organismen. In het eerste stadium van bepaling worden de multipotentiële cellen in het embryo toegewezen aan een bepaald celtype; bijvoorbeeld een zenuwcel of een spiercel. Bij differentiatie beginnen cellen de kenmerken van de afstamming tot uitdrukking te brengen.

Ten slotte vindt rijping plaats in de laatste fasen van het proces, waar nieuwe eigenschappen worden verworven die resulteren in het verschijnen van kenmerken in volwassen organismen.

Celdifferentiatie is een proces dat zeer strikt en nauwkeurig wordt gereguleerd door een reeks signalen die hormonen, vitamines, specifieke factoren en zelfs ionen omvatten. Deze moleculen duiden op het begin van signaalroutes binnen de cel.

Er kunnen conflicten optreden tussen de processen van celdeling en differentiatie; daarom bereikt de ontwikkeling een punt waarop proliferatie moet ophouden om differentiatie mogelijk te maken.

Algemene karakteristieken

Het proces van celdifferentiatie omvat de verandering in vorm, structuur en functie van een cel in een bepaalde lijn. Bovendien impliceert het de vermindering van alle potentiële functies die een cel kan hebben.

De verandering wordt bepaald door sleutelmoleculen tussen deze eiwitten en specifieke boodschapper-RNA's. Cellulaire differentiatie is het product van de gecontroleerde en differentiële expressie van bepaalde genen.

Het differentiatieproces omvat niet het verlies van initiële genen; wat er gebeurt, is een onderdrukking op bepaalde plaatsen van de genetische machinerie in de cel die het ontwikkelingsproces ondergaat. Een cel bevat ongeveer 30.000 genen, maar brengt slechts ongeveer 8.000 tot 10.000 tot expressie.

Om de vorige verklaring te illustreren, werd het volgende experiment voorgesteld: de kern van een cel die al gedifferentieerd is van het lichaam van een amfibie - bijvoorbeeld een cel uit het darmslijmvlies - wordt genomen en geïmplanteerd in de zaadknop van een kikker waarvan de kern eerder werd geëxtraheerd .

De nieuwe kern heeft alle informatie die nodig is om een ​​nieuw organisme in perfecte staat te creëren; dat wil zeggen, de cellen van het darmslijmvlies hadden geen genen verloren tijdens het differentiatieproces.

Celdifferentiatie bij dieren

Ontwikkeling begint met bevruchting. Wanneer morula-vorming optreedt in de ontwikkelingsprocessen van het embryo, worden de cellen als totipotent beschouwd, wat aangeeft dat ze in staat zijn om het hele organisme te vormen.

Na verloop van tijd wordt de morula een blastula en de cellen worden nu pluripotent genoemd omdat ze lichaamsweefsels kunnen vormen. Ze kunnen niet het volledige organisme vormen omdat ze niet in staat zijn om de extra-embryonale weefsels te doen ontstaan.

Histologisch gezien zijn de fundamentele weefsels van een organisme het epitheel, het bindweefsel, het spierweefsel en het zenuwstelsel.

Naarmate cellen verder vorderen, zijn ze multipotent, omdat ze differentiëren tot volwassen en functionele cellen.

Bij dieren -specifiek in metazoans- is er een gemeenschappelijk pad van genetische ontwikkeling dat de ontogenie van de groep verenigt dankzij een reeks genen die het specifieke patroon van lichaamsstructuren bepalen en de identiteit van de segmenten in de antero-posterieure as bepalen. van het dier.

Deze genen coderen voor bepaalde eiwitten die een DNA-bindende aminozuursequentie delen (homeobox in het gen, homodomein in het eiwit).

Genen in- en uitschakelen

DNA kan worden gemodificeerd door chemische middelen of door cellulaire mechanismen die de expressie van genen beïnvloeden - induceren of onderdrukken.

Er zijn twee soorten chromatine, ingedeeld op basis van hun uitdrukking of niet: euchromatine en heterochromatine. De eerste is losjes georganiseerd en de genen komen tot expressie, de laatste heeft een compacte organisatie en verhindert toegang tot de transcriptiemachines.

Er is voorgesteld dat, in de processen van celdifferentiatie, de genen die niet nodig zijn voor die specifieke afstamming tot zwijgen worden gebracht in de vorm van domeinen die zijn opgebouwd uit heterochromatine.

Mechanismen die verschillende celtypen produceren

In meercellige organismen zijn er een reeks mechanismen die verschillende soorten cellen produceren in ontwikkelingsprocessen, zoals de uitscheiding van cytoplasmatische factoren en celcommunicatie.

De scheiding van cytoplasmatische factoren omvat de ongelijke scheiding van elementen zoals eiwitten of boodschapper-RNA in de processen van celdeling.

Aan de andere kant kan celcommunicatie tussen naburige cellen de differentiatie van verschillende celtypen stimuleren.

Dit proces vindt plaats bij de vorming van oftalmische blaasjes wanneer ze het ectoderm van het cefale gebied ontmoeten en de verdikking veroorzaken die de lensplaten vormt. Deze vouwen naar het binnenste gebied en vormen de lens.

Model voor celdifferentiatie: spierweefsel

Een van de best beschreven modellen in de literatuur is de ontwikkeling van spierweefsel. Dit weefsel is complex en bestaat uit cellen met meerdere kernen waarvan de functie is om samen te trekken.

Mesenchymale cellen geven aanleiding tot myogene cellen, die op hun beurt aanleiding geven tot volwassen skeletspierweefsel.

Om dit differentiatieproces te starten, moeten bepaalde differentiatiefactoren aanwezig zijn die de S-fase van de celcyclus verhinderen en die werken als stimulerende middelen voor genen die de verandering veroorzaken.

Wanneer deze cellen het signaal ontvangen, initieert het de transformatie naar myoblasten die geen celdelingsprocessen kunnen ondergaan. Myoblasten brengen genen tot expressie die verband houden met spiercontractie, zoals die die coderen voor de actine- en myosine-eiwitten.

Myoblasten kunnen met elkaar versmelten en een myotube vormen met meer dan één kern. In dit stadium vindt de productie van andere eiwitten plaats die verband houden met contractie, zoals troponine en tropomyosine.

Wanneer de kernen naar het perifere gedeelte van deze structuren bewegen, worden ze als een spiervezel beschouwd.

Zoals beschreven, hebben deze cellen eiwitten die verband houden met spiercontractie, maar missen ze andere eiwitten zoals keratine of hemoglobine.

Meester genen

Differentiële expressie in genen staat onder controle van "mastergenen". Deze worden gevonden in de kern en activeren de transcriptie van andere genen. Zoals hun naam aangeeft, zijn het sleutelfactoren die verantwoordelijk zijn voor het beheersen van andere genen door hun functies te sturen.

In het geval van spierdifferentiatie zijn de specifieke genen degene die coderen voor elk van de eiwitten die betrokken zijn bij spiercontractie, en de mastergenen zijn MyoD en Myf5.

Wanneer regulerende mastergenen ontbreken, worden subalterne genen niet tot expressie gebracht. Als daarentegen het master-gen aanwezig is, wordt de expressie van de doelwitgenen geforceerd.

Er zijn meestergenen die de differentiatie van onder meer neuronen, epitheel, hart, sturen.

Celdifferentiatie in planten

Net als bij dieren begint de ontwikkeling van planten met de vorming van een zygote in het zaad. Bij de eerste celdeling ontstaan ​​twee verschillende cellen.

Een van de kenmerken van de ontwikkeling van planten is de continue groei van het organisme dankzij de continue aanwezigheid van cellen met een embryonaal karakter. Deze regio's staan ​​bekend als meristemen en zijn organen van voortdurende groei.

De differentiatieroutes geven aanleiding tot de drie weefselsystemen die in planten aanwezig zijn: het protoderm dat de huidweefsels omvat, de fundamentele meristemen en de uitloper.

Prochange is verantwoordelijk voor het aanmaken van het vaatweefsel in de plant, gevormd door xyleem (transporteur van water en opgeloste zouten) en floëem (transporteur van suikers en andere moleculen zoals aminozuren).

Meristemen

Meristemen bevinden zich aan de uiteinden van de stengels en wortels. Deze cellen differentiëren dus en geven aanleiding tot de verschillende structuren waaruit planten bestaan ​​(onder andere bladeren, bloemen).

Cellulaire differentiatie van florastructuren vindt plaats op een bepaald punt in de ontwikkeling en het meristeem wordt "bloeiwijze" die op zijn beurt de bloemenmeristemen vormt. Van hieruit ontstaan ​​de bloemstukken bestaande uit kelkblaadjes, bloembladen, meeldraden en vruchtbladen.

Deze cellen worden gekenmerkt door een kleine kubusvorm, een dunne maar flexibele celwand en een cytoplasma met een hoge dichtheid en talrijke ribosomen.

Rol van auxines

Fytohormonen spelen een rol bij verschijnselen van celdifferentiatie, met name auxines.

Dit hormoon beïnvloedt de differentiatie van vaatweefsel in de stengel. Experimenten hebben aangetoond dat het aanbrengen van auxines op een wond leidt tot de vorming van vaatweefsel.

Evenzo zijn auxines gerelateerd aan het stimuleren van de ontwikkeling van vasculaire cambiumcellen.

Verschillen tussen dieren en planten

Het proces van celdifferentiatie en ontwikkeling bij planten en dieren verloopt niet identiek.

Bij dieren moeten cel- en weefselbewegingen plaatsvinden om organismen een driedimensionale conformatie te laten verwerven die hen kenmerkt. Bovendien is de celdiversiteit veel hoger bij dieren.

Planten hebben daarentegen geen groeiperiodes alleen in de vroege stadia van het individuele leven; ze kunnen gedurende de hele levensduur van de plant in omvang toenemen.

Referenties

1. Campbell, NA en Reece, JB (2007). Biologie. Panamerican Medical Ed.
2. Cediel, JF, Cárdenas, MH en García, A. (2009). Histologiehandleiding: fundamentele weefsels. Rosario Universiteit.
3. Hall, JE (2015). Guyton and Hall leerboek van medische fysiologie e-Book. Elsevier Gezondheidswetenschappen.
4. Palomero, G. (2000). Lessen in embryologie. Oviedo Universiteit.
5. Wolpert, L. (2009). Principes van ontwikkeling. Panamerican Medical Ed.