Структура мітотичного веретена, формування, функція та еволюція



The мітотичний веретено або ахроматичний, який також називають мітотичним механізмом, являє собою клітинну структуру, що складається з мікротрубочок білкової природи, які утворюються під час поділу клітин (мітоз і мейоз).

Термін "ахроматичний" означає, що він не забарвлюється барвниками orcein A або B. Шпиндель бере участь у справедливому розподілі генетичного матеріалу між двома дочірніми клітинами, що виникають в результаті поділу клітин..

Поділ клітин - це процес, за допомогою якого генеруються обидві гамети, які є мейотичними клітинами, і соматичні клітини, необхідні для росту і розвитку організму з зиготи..

Перехід між двома послідовними діленнями становить клітинний цикл, тривалість якого змінюється в широких межах залежно від типу клітини і стимулів, яким вона піддається..

Під час мітозу еукаріотичної клітини (клітина, яка має істинні ядра і органели, відмежовані мембранами), відбуваються кілька фаз: S-фаза, профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза і інтерфейс.

Спочатку хромосоми конденсуються, утворюючи дві однакові нитки, звані хроматидами. Кожна хроматида містить одну з двох раніше створених молекул ДНК, пов'язаних між собою областю, що називається центромерою, яка відіграє фундаментальну роль у процесі міграції по відношенню до полюсів перед діленням клітин..

Мітотичний поділ відбувається протягом усього життя організму. Підраховано, що в житті людини близько 10 зустрічаються в організмі17 поділ клітин. Мейотичне поділ відбувається в клітинах, які продукують гамети, або статеві клітини.

Індекс

  • 1 Структура та навчання
    • 1.1 Зв'язок з цитоскелетом
    • 1.2 Клітинний цикл і ахроматичний шпиндель: S фаза, профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза та інтерфаза.
    • 1.3 Механізм хромосомної міграції
  • 2 Функція
    • 2.1 Інші функції, що підлягають перевірці
  • 3 Еволюція механізму
  • 4 Посилання

Структура та навчання

Зв'язок з цитоскелетом

Ахроматичний веретен вважається поздовжньою системою білкових мікрофібрил або клітинних мікротрубочок. Вона формується під час поділу клітини, між хромосомними центромерами і центросомами на клітинних полюсах, і пов'язана з міграцією хромосом, щоб генерувати дочірні клітини з однаковою кількістю генетичної інформації.

Центросома - це область, в якій мікротрубочки походять як з ахроматичного веретена, так і з цитоскелету. Ці веретеноподібні мікротрубочки складаються з димерів тубуліну, які запозичені з цитоскелету.

На початку мітозу мікротубулярну мережу цитоскелету клітини дис- тацикулюють і формують ахроматичний веретен. Після того, як відбувається поділ клітин, веретено диспластикують і реорганізують мережу мікротрубочок цитоскелету, повертаючи клітину до стану спокою.

Важливо диференціювати, що в мітотичному апараті існують три типи мікротрубочок: два типи мікротрубочок веретена (кінетохори і полярні мікротрубочки) і один тип астрального мікротрубочки (астральні мікротрубочки)..

Двостороння симетрія ахроматичного шпинделя обумовлена ​​взаємодіями, які підтримують її дві половини разом. Ці взаємодії є: або латеральними, між позитивними накладеними кінцями полярних мікротрубочок; або вони є термінальними взаємодіями між мікротрубочками кінетохорів і кінетохорів сестринських хроматид.

Клітинний цикл і ахроматичний шпиндель: S-фаза, профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза і інтерфаза.

Реплікація ДНК відбувається під час фази S клітинного циклу, потім, під час профази, відбувається міграція центросом у протилежні полюси клітини і хромосоми також конденсуються.

Прометафази

У прометафазі відбувається утворення мітотичного апарату, завдяки збірці мікротрубочок і їх проникненню в внутрішню частину ядра. Створені сестринські хроматиди, з'єднані центромерами, які, у свою чергу, зв'язуються з мікротрубочками.

Метафаза

Під час метафази хромосоми вирівнюються в екваторіальній клітинній площині. Шпиндель організований в центральному мітотичному шпинделі і парі айстри.

Кожна астра складається з мікротрубочок, розташованих у формі зірки, які простягаються від центросом до клітинної кори. Ці астральні мікротрубочки не взаємодіють з хромосомами.

Сказано, що астра випромінюється від центросоми до клітинної кори і бере участь як у місці розташування всього мітотичного апарату, так і при визначенні площини поділу клітин під час цитокінезу.

Анафаза

Пізніше, під час анафази, мікротрубочки веретена закріплюються позитивним кінцем до хромосом через їх кінетохори і негативним кінцем до центросоми..

Поділ сестринських хроматид відбувається в незалежних хромосомах. Кожна хромосома, приєднана до кинетохорной мікротрубочки, переміщується до клітинного полюса. Одночасно відбувається поділ клітинних полюсів.

Телофаза і цитокінез

Нарешті, під час телофази і цитокінезу ядерні мембрани формуються навколо дочірніх ядер і хромосоми втрачають конденсований вигляд.

Мітотичний веретен зникає, коли мікротрубочки деполімеризуються і відбувається поділ клітин на інтерфейс.

Механізм хромосомної міграції

Однак механізм міграції хромосом до полюсів і подальше відділення полюсів один від одного точно не відомі; Відомо, що взаємодії між кинетохором і мікротрубочкою шпинделя, прикріпленого до нього, беруть участь у цьому процесі..

Хоча кожна хромосома мігрує у напрямку відповідного полюса, відбувається деполімеризація зв'язаної мікротрубочки або кінетохоричної мікротрубочки. Вважається, що ця деполімеризація може генерувати пасивний рух хромосоми, пов'язаної з мікротрубочкою веретена \ t.

Також вважається, що можуть бути інші рухові білки, пов'язані з кінетохором, в яких буде використана енергія, що надходить від гідролізу АТФ..

Ця енергія буде служити для приведення міграції хромосоми вздовж мікротрубочки до її кінця, що називається "мінус", де розташований центросома.

У унісон може відбутися деполімеризація кінця мікротрубочки, яка зв'язується з кінетохором, або "більше" кінцем, що також сприяє руху хромосоми..

Функція

Ахроматичний або мітотичний веретен - це клітинна структура, яка виконує функцію закріплення хромосом через їх кінетохори, вирівнюючи їх з клітинним екватором і нарешті направляючи міграцію хроматид до протилежних полюсів клітини до їх поділу, дозволяючи розподіл рівномірний генетичний матеріал між двома дочірніми клітинами в результаті.

Якщо в цьому процесі виникають помилки, то генерується відсутність або надлишок хромосом, що призводить до аномальних закономірностей розвитку (що відбуваються під час ембріогенезу) і різних патологій (що відбуваються після народження особи)..

Інші функції, які потрібно перевірити

Є дані, що мікротрубочки веретена беруть участь у визначенні місця розташування структур, відповідальних за цитоплазматичне поділ.

Головним доказом є те, що поділ клітин завжди відбувається в середній лінії шпинделя, де полярні волокна перекриваються.

Еволюція механізму

Еволютивно вона була обрана як дуже надлишковий механізм, в якому кожен етап здійснюється мікротубулярними білками двигуна..

Вважається, що еволюційне придбання мікротрубочок відбувалося за рахунок процесу ендосимбіозу, в якому еукаріотична клітина поглинала прокариотическую клітину, яка представляла ці структури веретена. Все це могло статися до появи мітозу.

Ця гіпотеза припускає, що мікротрубчасті білкові структури могли спочатку виконати рушійну функцію. Тоді, ставши частиною нового організму, мікротрубочки становлять цитоскелет, а пізніше - мітотичний апарат..

В еволюційній історії відбулися варіації в основній схемі поділу еукаріотичних клітин. Поділ клітин являє собою лише деякі фази клітинного циклу, що є основним процесом.

Список літератури

  1. Bolsover, S.R., Hyams, J.S., Shephard, E.A., White, H.A. і Wiedemann, C.G. (2003). Клітинна біологія, короткий курс. Друге видання. pp. 535. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
  2. Friedmann, T., Dunlap, J.C. і Goodwin, S.F. (2016). Досягнення в галузі генетики. Перше видання. 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: від генів до геномів. Шосте видання. McGraw-Hill. pp. 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903
  4. Mazia, D., & Dan, K. (1952). Ізоляція та біохімічна характеристика мітотичного апарату розділових клітин. Праці Національної академії наук, 38 (9), 826-838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
  5. Yu, H. (2017). Спілкування з генетикою: візуалізації та уявлення. Пальграв Макміллан Великобританія. Перше видання. pp ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4