Структура на митотичното вретено, формация, функция и еволюция



на митотично вретено или ахроматичен, също наричан митотичен механизъм, е клетъчна структура, съставена от микротубули с протеинова природа, които се образуват по време на клетъчното делене (митоза и мейоза).

Терминът ахроматичен се отнася до това, че той не се оцветява с оцветителя А или Б. Шпинделът участва в справедливото разпределение на генетичния материал между двете дъщерни клетки, резултат от клетъчното делене..

Клетъчното делене е процесът, при който се генерират както гаметите, които са мейотични клетки, така и соматичните клетки, необходими за растежа и развитието на организма от зиготата..

Преходът между две последователни деления представлява клетъчния цикъл, чиято продължителност варира в широки граници в зависимост от вида на клетката и стимулите, на които е изложена..

По време на митоза на еукариотна клетка (клетка, която има истинско ядро ​​и органели, ограничени от мембрани), се случват няколко фази: S фаза, профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза и интерфейс.

Първоначално хромозомите се кондензират, образувайки два идентични влакна, наречени хроматиди. Всяка хроматида съдържа една от двете преди това генерирани ДНК молекули, свързани помежду си с област, наречена центромера, която играе основна роля в процеса на миграция към полюсите преди клетъчното делене..

Митотичното разделение се осъществява през целия живот на организма. Смята се, че по време на човешкия живот около 10 се случват в тялото17 клетъчни деления. Мейотичното разделяне настъпва в клетките, които произвеждат гамети или сексуални клетки.

индекс

  • 1 Структура и обучение
    • 1.1 Връзка с цитоскелета
    • 1.2 Клетъчен цикъл и ахроматичен вретено: S фаза, профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза и интерфаза.
    • 1.3 Механизъм на хромозомната миграция
  • 2 Функция
    • 2.1 Други функции, които трябва да бъдат проверени
  • 3 Еволюция на механизма
  • 4 Препратки

Структура и обучение

Връзка с цитоскелета

Ахроматичното вретено се счита за надлъжна система от протеинови микрофибрили или клетъчни микротубули. Образува се по време на клетъчното делене, между хромозомните центромери и центрозомите на клетъчните полюси и е свързано с миграцията на хромозоми за генериране на дъщерни клетки със същото количество генетична информация.

Центрозомата е областта, в която микротубулите произхождат от ахроматичното вретено и от цитоскелета. Тези вретенови микротубули са съставени от тубулинови димери, които са взети назаем от цитоскелета.

В началото на митозата микротубулната мрежа на цитоскелета на клетката се разгражда и се образува ахроматично вретено. След настъпване на клетъчното делене, вретеното се разпада и микротубулната мрежа на цитоскелета се реорганизира, връщайки клетката в състояние на покой..

Важно е да се разграничи наличието на три вида микротубули в митотичния апарат: два вида микротубули (кинетохор и полярни микротубули) и един тип астрално микротубула (астрални микротубули)..

Двустранната симетрия на ахроматичното вретено се дължи на взаимодействията, които поддържат двете му половини заедно. Тези взаимодействия са: или странични, между положителните насложени краища на полярните микротубули; или те са крайни взаимодействия между микротубулите на кинетохорите и кинетохорите на сестринските хроматиди.

Клетъчен цикъл и ахроматичен вретено: S фаза, профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза и интерфаза.

Репликацията на ДНК се осъществява по време на S фазата на клетъчния цикъл, след което, по време на профилактиката, настъпва миграцията на центрозоми в противоположни полюси на клетката и хромозомите също кондензират..

прометафазата

В прометафазата се образува митотична машина, благодарение на сглобяването на микротубулите и проникването им във вътрешността на ядрото. Генерираните сестрински хроматиди, свързани с центромерите, се свързват с микротубулите.

метафаза

По време на метафазата хромозомите са подредени в екваториалната клетъчна равнина. Шпинделът е организиран в централно митотично вретено и двойка астри.

Всяка астра е съставена от микротубули, подредени в форма на звезда, които се простират от центрозомите до клетъчния кортекс. Тези астрални микротубули не взаимодействат с хромозомите.

Тогава се казва, че астровете се излъчват от центрозома до клетъчния кортекс и участват както в местоположението на целия митотичен апарат, така и в определянето на равнината на клетъчното деление по време на цитокинезата..

анафаза

По-късно, по време на анафаза, микротубулите на вретеното се закрепват с положителен край към хромозомите през техните кинетохори и чрез отрицателен край към центрозома..

Разделянето на сестринските хроматиди се извършва в независими хромозоми. Всяка хромозома, прикрепена към кинетохорна микротубула, се премества в клетъчен полюс. Едновременно с това се отделя клетъчните полюси.

Телофаза и цитокинеза

И накрая, по време на телофаза и цитокинеза ядрените мембрани се образуват около дъщерните ядра и хромозомите губят кондензирания си вид.

Митотичното вретено изчезва, тъй като микротубулите се деполимеризират и клетъчното делене настъпва в интерфейса.

Механизъм за хромозомна миграция

Механизмът, включен в миграцията на хромозомите към полюсите и последващото разделяне на полюсите един от друг, не е известен точно; Известно е, че взаимодействията между кинетохора и микротубулата на вретеното, прикрепени към него, участват в този процес..

Докато всяка хромозома мигрира към съответния полюс, настъпва деполимеризацията на свързаната микротубула или кинетохорична микротубула. Счита се, че тази деполимеризация може да генерира пасивното движение на хромозомата, свързана с микротубулата на вретеното.

Смята се също, че може да има други моторни протеини, свързани с кинетохора, в които ще се използва енергията, идваща от хидролизата на АТР..

Тази енергия ще послужи за задвижване на миграцията на хромозомата по протежение на микротубулата до края, наречена "минус", където се намира центрозома.

В унисон може да възникне деполимеризацията на края на микротубулата, която се свързва с кинетохора или "повече" край, което също ще допринесе за движението на хромозомата..

функция

Ахроматичното или митотичното вретено е клетъчна структура, която изпълнява функцията на закотвяне на хромозомите през техните кинетохори, подравнявайки ги с клетъчния екватор и накрая насочвайки миграцията на хроматидите към противоположните полюси на клетката преди тяхното разделяне, позволявайки разпределението. справедлив генетичен материал между двете дъщерни клетки.

Ако в този процес се появят грешки, се генерира липсата или излишъкът на хромозомите, което се изразява в необичайни модели на развитие (възникващи по време на ембриогенезата) и различни патологии (възникващи след раждането на индивида)..

Други функции, които трябва да бъдат проверени

Има доказателства, че микротубулите на вретеното участват в определянето на местоположението на структурите, отговорни за цитоплазменото разделяне..

Основното доказателство е, че клетъчното деление винаги се появява в средната линия на вретеното, където полярните влакна се припокриват.

Еволюция на механизма

Еволюционно той е избран като много излишен механизъм, при който всяка стъпка се осъществява от микротубулни моторни протеини..

Смята се, че еволюционното придобиване на микротубулите се дължи на процес на ендосимбиоза, при който еукариотната клетка абсорбира прокариотна клетка, която представя тези структури на вретеното. Всичко това можеше да се случи преди появата на митоза.

Тази хипотеза предполага, че микротубуларните протеинови структури може първоначално да са изпълнили задвижваща функция. След това, когато станат част от нов организъм, микротубулите ще съставляват цитоскелета и по-късно, митотичната машина.

В еволюционната история настъпват вариации в основната схема на деление на еукариотна клетка. Клетъчното делене представлява само някои фази на клетъчния цикъл, което е основен процес.

препратки

  1. Bolsover, S.R., Hyams, J.S., Shephard, E.A., White, H.A. и Wiedemann, C.G. (2003 г.). Клетъчна биология, кратък курс. Второ издание. pp. 535. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
  2. Friedmann, T., Dunlap, J.C. и Goodwin, S.F. (2016 г.). Напредък в генетиката. Първо издание. Elsevier Academic Press. pp. 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
  3. Hartwell, L., Goldberg, M.L., Fischer, J. and Hood, L. (2017). Генетика: От гени до геноми. Шесто издание. McGraw-Hill. pp. 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903
  4. Mazia, D., & Dan, K. (1952). Изолиране и биохимична характеристика на митотичния апарат на разделящите клетки. Известия на Националната академия на науките, 38 (9), 826-838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
  5. Yu, H. (2017). Комуникация на генетиката: визуализации и представяния. Палгрейв Макмилан Великобритания. Първо издание. pp ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4