Структура, формирование, функция и эволюция митотического веретена



митотический веретен или ахроматический, также называемый митотическим механизмом, представляет собой клеточную структуру, состоящую из микротрубочек белковой природы, которые образуются во время клеточного деления (митоз и мейоз).

Термин ахроматический означает, что он не окрашивается красителями орсеином А или В. Шпиндель участвует в справедливом распределении генетического материала между двумя дочерними клетками в результате деления клеток..

Деление клеток - это процесс, при котором из зиготы генерируются как гаметы, которые являются мейотическими клетками, так и соматические клетки, необходимые для роста и развития организма..

Переход между двумя последовательными делениями составляет клеточный цикл, продолжительность которого широко варьируется в зависимости от типа клетки и стимулов, которым она подвергается..

Во время митоза эукариотической клетки (клетки с истинным ядром и органеллами, разделенными мембранами) происходит несколько фаз: S-фаза, профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза и интерфейс.

Сначала хромосомы конденсируются, образуя две одинаковые нити, называемые хроматидами. Каждая хроматида содержит одну из двух ранее созданных молекул ДНК, связанных между собой областью, называемой центромерой, которая играет фундаментальную роль в процессе миграции к полюсам до деления клетки..

Митотическое деление происходит в течение всей жизни организма. Подсчитано, что в течение человеческой жизни около 10 происходят в организме17 клеточные деления. Мейотическое деление происходит в клетках, которые производят гамет или половых клеток.

индекс

  • 1 Структура и обучение
    • 1.1 Связь с цитоскелетом
    • 1.2 Клеточный цикл и ахроматический веретено: S-фаза, профаза, прометафаза, метафаза, анафазная, телофазная и интерфазная.
    • 1.3 Механизм хромосомной миграции
  • 2 Функция
    • 2.1 Другие функции, подлежащие проверке
  • 3 Эволюция механизма
  • 4 Ссылки

Структура и обучение

Отношения с цитоскелетом

Ахроматический веретено считается продольной системой белковых микрофибрилл или клеточных микротрубочек. Он образуется во время клеточного деления между хромосомными центромерами и центросомами на полюсах клеток и связан с миграцией хромосом с образованием дочерних клеток с таким же количеством генетической информации..

Центросома - это область, где микротрубочки происходят как от ахроматического веретена, так и от цитоскелета. Эти веретенообразные микротрубочки состоят из димеров тубулина, заимствованных из цитоскелета.

В начале митоза микротрубчатая сеть цитоскелета клетки разобщается и образуется ахроматический веретен. После того, как происходит деление клетки, веретено разъединяется и сеть микротрубочек цитоскелета реорганизуется, возвращая клетку в состояние покоя..

Важно различать, что в митотическом аппарате есть три типа микротрубочек: два типа веретенообразных микротрубочек (кинетохора и полярные микротрубочки) и один тип астральных микротрубочек (астральные микротрубочки).

Двусторонняя симметрия ахроматического веретена обусловлена ​​взаимодействиями, которые поддерживают две его половины вместе. Эти взаимодействия: либо латеральные, между положительными наложенными концами полярных микротрубочек; или они являются терминальными взаимодействиями между микротрубочками кинетохор и кинетохорами сестринских хроматид.

Клеточный цикл и ахроматический веретено: S-фаза, профаза, прометафаза, метафаза, анафазная, телофазная и интерфазная.

Репликация ДНК происходит во время S-фазы клеточного цикла, затем во время профазы происходит миграция центросом к противоположным полюсам клетки, и хромосомы также конденсируются.

прометафазы

В прометафазе происходит образование митотического аппарата благодаря сборке микротрубочек и их проникновению внутрь ядра. Создаются сестринские хроматиды, соединенные центромерами, которые, в свою очередь, связываются с микротрубочками.

метафазы

Во время метафазы хромосомы выровнены в экваториальной клеточной плоскости. Шпиндель организован в центральном митотическом веретене и паре астр.

Каждая астра состоит из микротрубочек, расположенных в форме звезды, которые простираются от центросом до клеточной коры. Эти астральные микротрубочки не взаимодействуют с хромосомами.

Затем говорят, что астра излучается из центросомы в клеточную кору и участвует как в расположении всего митотического аппарата, так и в определении плоскости деления клетки во время цитокинеза..

анафаза

Позже, во время анафазы, микротрубочки веретена прикрепляются положительным концом к хромосомам через их кинетохоры и отрицательным концом к центросоме..

Разделение сестринских хроматид происходит в независимых хромосомах. Каждая хромосома, прикрепленная к микротрубочке кинетохоры, перемещается к полюсу клетки. Одновременно происходит разделение клеточных полюсов.

Телофаза и цитокинез

Наконец, во время телофазы и цитокинеза ядерные мембраны образуются вокруг дочерних ядер, и хромосомы теряют свой конденсированный вид.

Митотический веретен исчезает, поскольку микротрубочки деполимеризуются, и происходит деление клеток, попадающих на поверхность раздела..

Механизм миграции хромосом

Однако механизм миграции хромосом к полюсам и последующего отделения полюсов друг от друга точно неизвестен; Известно, что в этот процесс вовлечены взаимодействия между кинетохорой и прикрепленной к нему микротрубочкой веретена..

В то время как каждая хромосома мигрирует к соответствующему полюсу, происходит деполимеризация связанной микротрубочки или кинетохорической микротрубочки. Считается, что эта деполимеризация может генерировать пассивное движение хромосомы, связанной с микротрубочкой веретена.

Также считается, что могут быть другие моторные белки, связанные с кинетохорой, в которых будет использоваться энергия, поступающая от гидролиза АТФ..

Эта энергия будет служить для перемещения хромосомы вдоль микротрубочки до ее конца, называемого «минус», где расположена центросома.

В унисон может произойти деполимеризация конца микротрубочки, которая связывается с кинетохорой, или «более» конец, что также будет способствовать движению хромосомы..

функция

Ахроматический или митотический веретено представляет собой клеточную структуру, которая выполняет функцию закрепления хромосом через их кинетохоры, выравнивая их с клеточным экватором и, наконец, направляя миграцию хроматид к противоположным полюсам клетки перед их делением, обеспечивая распределение справедливый генетический материал между двумя дочерними клетками в результате.

Если в этом процессе происходят ошибки, возникает недостаток или избыток хромосом, что приводит к аномальным паттернам развития (возникающим во время эмбриогенеза) и различным патологиям (возникающим после рождения индивида)..

Другие функции должны быть проверены

Имеются данные о том, что микротрубочки веретена участвуют в определении расположения структур, ответственных за цитоплазматическое деление.

Основным доказательством является то, что деление клеток всегда происходит по средней линии веретена, где полярные волокна перекрываются.

Эволюция механизма

Эволюционно он был выбран как очень избыточный механизм, в котором каждый шаг осуществляется моторными белками микротрубочек..

Считается, что эволюционное приобретение микротрубочек было связано с процессом эндосимбиоза, при котором эукариотическая клетка поглощала прокариотическую клетку, которая представляла эти структуры веретена. Все это могло произойти до появления митоза.

Эта гипотеза предполагает, что микротрубочковые белковые структуры могли изначально выполнять двигательную функцию. Затем, когда они станут частью нового организма, микротрубочки станут цитоскелетом, а затем и митотическим механизмом..

В истории эволюции произошли изменения в основной схеме деления эукариотических клеток. Деление клетки представляет собой только некоторые фазы клеточного цикла, который является основным процессом.

ссылки

  1. Bolsover S.R., Hyams, J.S., Shephard E.A., White, H.A. и Wiedemann, C.G. (2003). Клеточная биология, краткий курс. Второе издание. С. 535. Вилли-Лисс. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
  2. Friedmann T., Dunlap, J.C. и Гудвин, С.Ф. (2016). Достижения в области генетики. Первое издание. Elsevier Academic Press. С. 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6.
  3. Хартвелл Л., Гольдберг М.Л., Фишер Дж. И Худ. Л. (2017). Генетика: от генов к геномам. Шестое издание. McGraw-Hill. С. 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903.
  4. Mazia, D. & Dan, K. (1952). Выделение и биохимическая характеристика митотического аппарата делящихся клеток. Слушания Национальной академии наук, 38 (9), 826-838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
  5. Yu, H. (2017). Генетика общения: визуализации и представления. Palgrave Macmillan UK. Первое издание. пп. ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4