Štruktúra, tvorba, funkcia a evolúcia mitotického vretienka



mitotické vreteno alebo achromatický, tiež označovaný ako mitotický aparát, je bunková štruktúra tvorená mikrotubulami proteínovej povahy, ktoré sa tvoria počas bunkového delenia (mitóza a meióza)..

Termín achromatický označuje, že sa nezafarbí farbivami orceín A alebo B. Vreteno sa zúčastňuje na rovnomernom rozložení genetického materiálu medzi dvoma dcérskymi bunkami, ktoré je výsledkom bunkového delenia..

Delenie buniek je proces, pri ktorom sa vytvárajú ako gaméty, ktoré sú meiotickými bunkami, tak aj somatické bunky potrebné pre rast a vývoj organizmu z zygoty..

Prechod medzi dvoma po sebe nasledujúcimi deleniami predstavuje bunkový cyklus, ktorého trvanie sa značne líši podľa typu bunky a stimulov, ktorým je vystavené..

Počas mitózy eukaryotické bunky (bunky s pravou nucleus ohraničených organel a membrány), dôjde k viac krokov: S fázy, Profáza, prometafáze, metafázy, anafáze, telofázy a rozhranie.

Chromozómy spočiatku kondenzujú a tvoria dve identické vlákna nazývané chromatidy. Každý chromatid obsahuje jednu z dvoch predtým vytvorených molekúl DNA, spojených dohromady oblasťou nazývanou centroméra, ktorá hrá zásadnú úlohu v procese migrácie smerom k pólom pred delením buniek..

Mitotické delenie prebieha počas celého života organizmu. Odhaduje sa, že počas ľudského života sa v tele vyskytuje asi 10 ľudí17 bunkové delenie. Meiotické delenie sa vyskytuje v bunkách, ktoré produkujú gamety alebo pohlavné bunky.

index

  • 1 Štruktúra a odborná príprava
    • 1.1 Vzťah k cytoskeletu
    • 1.2 Bunkový cyklus a achromatické vreteno: S fáza, propáza, prometafáza, metafáza, anafáza, telopháza a medzifáza.
    • 1.3 Mechanizmus migrácie chromozómov
  • 2 Funkcia
    • 2.1 Ďalšie overované funkcie
  • 3 Vývoj mechanizmu
  • 4 Odkazy

Štruktúra a odborná príprava

Vzťah s cytoskeletom

Achromatické vreteno je považované za pozdĺžny systém proteínových mikrofibríl alebo bunkových mikrotubulov. Je tvorený v čase bunkového delenia, medzi chromozomálnymi centromérmi a centrosómami na bunkových póloch a súvisí s migráciou chromozómov na generovanie dcérskych buniek s rovnakým množstvom genetickej informácie.

Centrozóm je oblasť, kde mikrotubuly pochádzajú z achromatického vretena a cytoskeletu. Tieto mikrotubuly vretienka sú tvorené tubulínovými dimérmi, ktoré sa požičiavajú z cytoskeletu.

Na začiatku mitózy sa mikrotubulárna sieť cytoskeletu bunky rozloží a vytvorí sa achromatické vreteno. Po bunkovom delení sa vreteno rozloží a mikrotubulová sieť cytoskeletu sa reorganizuje a bunka sa vráti do stavu pokoja..

Je dôležité rozlišovať, že existujú tri typy mikrotubulov v mitotického aparátu, dva typy mikrotubulov vretena (kinetochora mikrotubuly a polárne) a druh mikrotubulov aster (astrálne mikrotubuly).

Dvojstranná symetria achromatického vretienka je spôsobená interakciami, ktoré udržujú jeho dve polovice spolu. Tieto interakcie sú: buď laterálne, medzi pozitívnymi superponovanými koncami polárnych mikrotubulov; alebo sú terminálnymi interakciami medzi mikrotubulami kinetochorov a kinetochormi sesterských chromatidov.

Bunečný cyklus a achromatické vreteno: S fáza, propáza, prometafáza, metafáza, anafáza, telopháza a medzifáza.

K replikácii DNA dochádza počas S fázy bunkového cyklu, potom počas profázy dochádza k migrácii centrosómov na opačné póly bunky a chromozómy tiež kondenzujú.

prometafázi

V prometafáze dochádza k tvorbe mitotických mechanizmov, a to vďaka zostaveniu mikrotubulov a ich prenikaniu do vnútra jadra. Generujú sa sesterské chromatidy spojené centromérmi a tieto sa následne viažu na mikrotubuly.

metafáz

Počas metafázy sú chromozómy zarovnané v rovníkovej bunkovej rovine. Vreteno je organizované v centrálnom mitotickom vretienku a dvojici astrov.

Každá aster sa skladá z mikrotubulov usporiadaných v tvare hviezdy, ktoré siahajú od centrosómov k bunkovej kôre. Tieto astrálne mikrotubuly neinteragujú s chromozómami.

Hovorí sa teda, že aster vyžaruje z centrozómu, do bunkovej kôry a podieľa sa na lokalizácii celého mitotického aparátu a na určovaní roviny bunkového delenia počas cytokinézy..

anafáze

Následne sa v priebehu anafáze, mikrotubuly mitotického vretienka sú ukotvené kladným koncom na chromozómoch cez ich kinetochores a záporné konce k centrosome.

Separácia sesterských chromatidov sa vyskytuje v nezávislých chromozómoch. Každý chromozóm pripojený k mikrotubulu kinetochoru sa presúva na bunkový pól. Súčasne dochádza k separácii pólov buniek.

Telopháza a cytokinéza

Nakoniec, počas telopházy a cytokinézy sa tvoria nukleárne membrány okolo dcérskych jadier a chromozómy strácajú svoj kondenzovaný vzhľad.

Mitotické vreteno zmizne, keď sa mikrotubuly depolymerizujú a dôjde k deleniu buniek do rozhrania.

Mechanizmus migrácie chromozómov

Mechanizmus, ktorý sa podieľa na migrácii chromozómov smerom k pólom a následnému oddeleniu pólov od seba, však nie je presne známy; Je známe, že interakcie medzi kinetochore a mikrotubuly vretena, ktoré sú k nemu pripojené, sú zapojené do tohto procesu..

Zatiaľ čo každý chromozóm migruje smerom k zodpovedajúcemu pólu, dochádza k depolymerizácii viazanej mikrotubuly alebo kinetochorickej mikrotubuly. Predpokladá sa, že táto depolymerizácia môže generovať pasívny pohyb chromozómu viazaného na mikrotubuly vretienka.

Predpokladá sa tiež, že s kinetochore môžu byť spojené aj iné motorické proteíny, v ktorých sa použije energia pochádzajúca z hydrolýzy ATP..

Táto energia by slúžila na riadenie migrácie chromozómu pozdĺž mikrotubulu na jeho koniec nazývaný "mínus", kde sa nachádza centrosóm.

V jednom prípade by mohlo dôjsť k depolymerizácii konca mikrotubuly, ktorá sa viaže na kinetochore alebo "viac" konca, čo by tiež prispelo k pohybu chromozómu..

funkcie

Achromatické alebo mitotické vretienko je bunková štruktúra, ktorá slúži na ukotvenie chromozómy svojimi kinetochores, zarovnať buniek Ekvádoru a nakoniec smerovať migráciu chromatidmi k opačným pólom bunky pred jeho rozdelenie, čo umožňuje rozloženie spravodlivé genetického materiálu medzi dvoma vzniknutých dcérskych buniek.

Chyby sa vyskytujú v tomto procese je nedostatok alebo prebytok chromozómov je generovaný, čo má za následok abnormálny vývojové vzory (nastať počas embryogenézy), a rôzne patologické stavy (nastať po narodení jedinca).

Ďalšie overované funkcie

Existujú dôkazy, že mikrotubuly vretienka sa podieľajú na určovaní polohy štruktúr zodpovedných za cytoplazmatické delenie..

Hlavným dôkazom je, že k bunkovému deleniu dochádza vždy v stredovej línii vretena, kde sa prekrývajú polárne vlákna.

Vývoj mechanizmu

Evolučne bol vybraný ako veľmi redundantný mechanizmus, v ktorom je každý krok uskutočňovaný mikrotubulovými motorickými proteínmi..

Predpokladá sa, že evolučná akvizícia mikrotubulov v dôsledku procesu endosymbiosis, v ktorom eukaryotické bunka médium absorbovanej prokaryotické bunka prezentujúca tieto štruktúry prístroja vretena. To všetko by mohlo dôjsť ešte pred začiatkom mitózy.

Táto hypotéza naznačuje, že štruktúry mikrotubulárnych proteínov mohli pôvodne spĺňať funkciu pohonu. Potom, keď sa stanú súčasťou nového organizmu, mikrotubuly budú tvoriť cytoskelet a neskôr mitotický aparát..

V evolučnej histórii nastali variácie v základnej schéme delenia eukaryotických buniek. Delenie buniek predstavuje len niektoré fázy bunkového cyklu, čo je hlavný proces.

referencie

  1. Bolsover, S.R., Hyams, J.S., Shephard, E.A., White, H.A. a Wiedemann, C.G. (2003). Bunková biológia, krátky kurz. Druhé vydanie. pp 535. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
  2. Friedmann, T., Dunlap, J.C. a Goodwin, S.F. (2016). Pokroky v genetike. Prvé vydanie. Elsevier Academic Press. pp 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
  3. Hartwell, L., Goldberg, M. L., Fischer, J. a Hood, L. (2017). Genetika: Od génov po genomy. Šieste vydanie. McGraw-Hill. pp 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903
  4. Mazia, D., & Dan, K. (1952). Izolácia a biochemická charakterizácia mitotických prístrojov deliacich sa buniek. Zborník Národnej akadémie vied, 38 (9), 826-838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
  5. Yu, H. (2017). Komunikačná genetika: Vizualizácie a reprezentácie. Palgrave Macmillan UK. Prvé vydanie. pp ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4