МИТОТИЧНО ВРЕТЕНО: СТРУКТУРА, ОБРАЗУВАНЕ, ФУНКЦИЯ И ЕВОЛЮЦИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

В митотичен или ахроматично вретеното, наричан също митотичното машината, е клетъчна структура, съставена от микротубули на протеин характер, които са образувани по време на клетъчното делене (митоза и мейоза).

Терминът ахроматичен се отнася до факта, че той не оцветява с багрилата орцеин А или В. Въртетеното вретено участва в справедливото разпределение на генетичния материал между двете дъщерни клетки в резултат на клетъчното делене.

Фигура 1. Обобщение на процеса на отделяне на сестринските хроматиди от ахроматичното или митотичното вретено. Източник: От Silvia3, от Wikimedia Commons

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

Преходът между две последователни деления представлява клетъчния цикъл, продължителността на който варира значително в зависимост от вида на клетката и стимулите, на които е изложена.

По време на митозата на еукариотична клетка (клетка, която има истинско ядро ​​и ограничени от мембрана органели), настъпват няколко фази: S фаза, профаза, prometafase, метафаза, анафаза, телофаза и интерфейс.

Първоначално хромозомите се кондензират, образувайки две еднакви нишки, наречени хроматиди. Всеки хроматид съдържа една от двете генерирани по-рано молекули на ДНК, свързани заедно от регион, наречен центромер, който играе основна роля в процеса на миграция към полюсите преди клетъчното делене.

Митотичното деление се осъществява през целия живот на организма. Изчислено е, че по време на човешкия живот в тялото възникват около 10 ¹⁷ клетъчни деления. Мейотичното делене се случва в клетки, произвеждащи гамети, или полови клетки.

Структура и образуване

Връзка с цитоскелета

Ахроматичното вретено се счита за надлъжна система от протеинови микрофибрили или клетъчни микротрубки. Той се формира в момента на делене на клетките, между хромозомните центромери и центрозомите в клетъчните полюси и е свързан с миграцията на хромозоми за генериране на дъщерни клетки със същото количество генетична информация.

Центрозомата е областта, в която микротубулите произхождат както от ахроматичното вретено, така и от цитоскелета. Тези шпинделни микротрубове са съставени от тубулинови димери, които са заети от цитоскелета.

В началото на митозата микротубуларната мрежа на цитоскелета на клетката се дезартикулира и се образува ахроматичното вретено. След като се дели клетката, вретеното се дезартикулира и микротубулната мрежа на цитоскелета се реорганизира, връщайки клетката в състояние на покой.

Важно е да се разграничи, че в митотичния апарат има три вида микротубули: два вида шпинделни микротрубове (кинетохоре и полярни микротрубове) и един тип астрални микротубули (астрални микротрубули).

Двустранната симетрия на ахроматичното вретено се дължи на взаимодействия, които държат двете му половини заедно. Тези взаимодействия са: или странични, между припокриващи се положителни краища на полярните микротрубове; или те са терминални взаимодействия между микротубулите на кинетохора и кинетохора на сестринските хроматиди.

Клетъчен цикъл и ахроматично вретено: S фаза, профаза, prometaphase, метафаза, анафаза, телофаза и интерфейс.

Репликацията на ДНК се случва по време на S фазата на клетъчния цикъл, след това, по време на профаза, миграцията на центрозомите става към противоположни полюси на клетката, а хромозомите също се кондензират.

прометафазата

В прометафазата възниква образуването на митотичната машина благодарение на сглобяването на микротрубовете и проникването им в ядрото. Сестринските хроматиди, свързани от центромери, се генерират и те от своя страна се свързват с микротрубовете.

метафазни

По време на метафазата хромозомите се подравняват в екваториалната равнина на клетката. Шпинделът е организиран в централно митотично вретено и чифт астри.

Всяка астра е съставена от микротрубочки, подредени в звезда, които се простират от центрозомите в клетъчната кора. Тези астрални микротубули не взаимодействат с хромозоми.

След това се казва, че астрата излъчва от центрозомата към клетъчната кора и участва както в местоположението на целия митотичен апарат, така и в определянето на равнината на делене на клетките по време на цитокинезата.

Анафаза

По-късно, по време на анафазата, микротубулите на ахроматичното вретено се закотвят в положителен край на хромозомите чрез техните кинетохори и в отрицателен край към центросома.

Настъпва разделяне на сестринските хроматиди в независими хромозоми. Всяка хромозома, прикрепена към микротубула на кинетохоре, се премества към клетъчен полюс. Едновременно с това настъпва отделянето на клетъчните полюси.

Телофаза и цитокинеза

Накрая, по време на телофазата и цитокинезата, ядрените мембрани се образуват около дъщерните ядра и хромозомите губят кондензирания си вид.

Митотичното вретено изчезва, когато микротубулите се деполимеризират и се появява клетъчно делене, влизащо в интерфейса.

Механизъм на хромозомната миграция

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

Докато всяка хромозома мигрира към съответния полюс, възниква деполимеризация на прикрепената микротубула или кинетохорна микротубула. Смята се, че тази деполимеризация може да генерира пасивното движение на хромозомата, прикрепена към микротубулата на вретеното.

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

Тази енергия би служила за задвижване на миграцията на хромозомата по протежение на микротубулата до нейния край, наречена „по-малко“, където се намира центрозомата.

В унисон може да се случи деполимеризацията на края на микротубулата, която се свързва с кинетохора, или с „плюс“ край, което също би допринесло за движението на хромозомата.

функция

Ахроматичното или митотичното вретено е клетъчна структура, която изпълнява функцията на закрепване на хромозомите чрез кинетохорите им, подравняването им към екватора на клетката и накрая насочва миграцията на хроматидите към противоположните полюси на клетката преди тяхното делене, което позволява разпределението изравняване на генетичен материал между двете получени дъщерни клетки.

Ако в този процес възникнат грешки, се генерира липса или излишък на хромозоми, което се превръща в анормални модели на развитие (да се появят по време на ембриогенезата) и различни патологии (да се появят след раждането на индивида).

Други функции за проверка

Еволюционно той е избран като силно излишен механизъм, при който всяка стъпка се осъществява от микротрубови двигателни протеини.

Смята се, че еволюционното придобиване на микротубули се дължи на процес на ендосимбиоза, при който еукариотна клетка абсорбира от околната среда прокариотна клетка, която проявява тези ахроматични вретеновни структури. Всичко това можеше да се случи преди началото на митозата.

Тази хипотеза предполага, че протеиновите структури на микротубулите биха могли първоначално да изпълняват задвижваща функция. Тогава, когато станат част от нов организъм, микротрубовете ще представляват цитоскелет, а по-късно и митотична машина.

В еволюционната история има вариации в основната схема на делене на еукариотични клетки. Клетъчното делене представлява само някои фази от клетъчния цикъл, което е основен процес.

Препратки

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White, HA и Wiedemann, CG (2003). Клетъчна биология, кратък курс. Второ издание. стр. 535. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
2. Friedmann, T., Dunlap, JC и Goodwin, SF (2016). Напредък в генетиката. Първо издание. Elsevier Academic Press. стр. 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
3. Hartwell, L., Goldberg, ML, Fischer, J. and Hood, L. (2017). Генетика: От гени до геноми. Шесто издание. McGraw-Hill. стр. 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903
4. Mazia, D., & Dan, K. (1952). Изолирането и биохимичната характеристика на митотичния апарат на делителните клетки. Трудове на Националната академия на науките, 38 (9), 826–838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
5. Ю, З. (2017). Комуникационна генетика: визуализации и представи. Palgrave Macmillan UK. Първо издание. pp ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4