Struktura, formowanie, funkcja i ewolucja wrzeciona mitotycznego



The wrzeciono mitotyczne lub achromatyczny, nazywany także mechanizmem mitotycznym, jest strukturą komórkową utworzoną przez mikrotubule o charakterze białka, które powstają podczas podziału komórki (mitoza i mejoza).

Termin achromatyczny oznacza, że ​​nie barwi się barwnikami orceiny A lub B. Wrzeciono bierze udział w sprawiedliwym rozkładzie materiału genetycznego między dwiema komórkami potomnymi, wynikającymi z podziału komórki.

Podział komórek jest procesem, w którym generowane są zarówno gamety, które są komórkami mejotycznymi, jak i komórki somatyczne niezbędne do wzrostu i rozwoju organizmu z zygoty..

Przejście między dwoma kolejnymi podziałami stanowi cykl komórkowy, którego czas trwania zmienia się znacznie w zależności od typu komórki i bodźców, na które jest ona narażona..

Podczas mitozy komórki eukariotycznej (komórki posiadającej prawdziwe jądro i organelle ograniczone błonami) zachodzi kilka faz: faza S, profaza, prometafaza, metafaza, anafaza, telofaza i interfejs.

Początkowo chromosomy kondensują, tworząc dwa identyczne włókna zwane chromatydami. Każdy chromatyd zawiera jedną z dwóch wcześniej wygenerowanych cząsteczek DNA, połączonych ze sobą regionem zwanym centromerem, który odgrywa zasadniczą rolę w procesie migracji w kierunku biegunów przed podziałem komórek..

Podział mitotyczny zachodzi przez całe życie organizmu. Szacuje się, że w życiu człowieka około 10 występuje w organizmie17 podziały komórkowe. Podział mejotyczny występuje w komórkach wytwarzających gamety lub komórki płciowe.

Indeks

  • 1 Struktura i szkolenie
    • 1.1 Związek z cytoszkieletem
    • 1.2 Cykl komórkowy i wrzeciono achromatyczne: faza S, profaza, prometafaza, metafaza, anafaza, telofaza i interfaza.
    • 1.3 Mechanizm migracji chromosomów
  • 2 Funkcja
    • 2.1 Inne funkcje do zweryfikowania
  • 3 Ewolucja mechanizmu
  • 4 odniesienia

Struktura i szkolenie

Związek z cytoszkieletem

Wrzeciono achromatyczne jest uważane za podłużny układ mikrowłókien białkowych lub mikrotubul komórkowych. Tworzy się w czasie podziału komórki, między centromerami chromosomów i centrosomami na biegunach komórek i jest związany z migracją chromosomów w celu wygenerowania komórek potomnych z taką samą ilością informacji genetycznej.

Centrosom jest regionem, w którym mikrotubule pochodzą zarówno z achromatycznego wrzeciona, jak i cytoszkieletu. Te wrzecionowe mikrotubule składają się z dimerów tubuliny, które są zapożyczone z cytoszkieletu.

Na początku mitozy sieć mikrotubularna cytoszkieletu komórki ulega dezartykulacji i powstaje achromatyczne wrzeciono. Po podziale komórek wrzeciono ulega dezartykulacji, a sieć mikrotubul w cytoszkieletie zostaje zreorganizowana, przywracając komórkę do stanu spoczynku.

Ważne jest, aby odróżnić, że w aparacie mitotycznym występują trzy typy mikrotubul: dwa typy mikrotubul wrzecionowych (kinetochor i mikrotubule polarne) oraz jeden rodzaj astralnych mikrotubuli (mikrotubule astralne).

Obustronna symetria achromatycznego wrzeciona wynika z interakcji, które utrzymują dwie jego połówki razem. Te interakcje są: albo boczne, między dodatnimi nałożonymi końcami polarnych mikrotubul; lub są one końcowymi oddziaływaniami między mikrotubulami kinetochorów i kinetochorami chromatyd siostrzanych.

Cykl komórkowy i wrzeciono achromatyczne: faza S, profaza, prometafaza, metafaza, anafaza, telofaza i interfaza.

Replikacja DNA zachodzi podczas fazy S cyklu komórkowego, a następnie, w trakcie trwania, następuje migracja centrosomów do przeciwległych biegunów komórki i chromosomy również kondensują.

Prometaphase

W prometafazie powstaje mechanizm mitotyczny, dzięki połączeniu mikrotubul i ich penetracji do wnętrza jądra. Generowane są chromatydy siostrzane połączone centromerami, które z kolei wiążą się z mikrotubulami.

Metafaza

Podczas metafazy chromosomy są wyrównane w równikowej płaszczyźnie komórkowej. Wrzeciono jest zorganizowane w centralne wrzeciono mitotyczne i parę astry.

Każdy aster składa się z mikrotubul ułożonych w kształcie gwiazdy, które rozciągają się od centrosomów do kory komórkowej. Te astralne mikrotubule nie oddziałują z chromosomami.

Mówi się zatem, że aster promieniuje z centrosomu do kory komórkowej i uczestniczy zarówno w lokalizacji całego aparatu mitotycznego, jak i w określaniu płaszczyzny podziału komórki podczas cytokinezy.

Anafaza

Później, podczas anafazy, mikrotubule wrzeciona są zakotwiczone przez dodatni koniec do chromosomów przez ich kinetochory i przez koniec ujemny do centrosomu..

Rozdział chromatyd siostrzanych zachodzi w niezależnych chromosomach. Każdy chromosom przyłączony do mikrotubuli kinetochoru przemieszcza się do bieguna komórki. Jednocześnie następuje rozdzielenie biegunów komórki.

Telofaza i cytokineza

Wreszcie, podczas telofazy i cytokinezy błony jądrowe powstają wokół jąder potomnych i chromosomy tracą swój skondensowany wygląd.

Wrzeciono mitotyczne znika wraz z depolimeryzacją mikrotubul i dochodzi do podziału komórek przez interfejs.

Mechanizm migracji chromosomów

Mechanizm zaangażowany w migrację chromosomów w kierunku biegunów i późniejsze oddzielenie biegunów od siebie nie jest jednak dokładnie znany; Wiadomo, że w proces ten zaangażowane są interakcje między kinetochorem i mikrotubulą wrzeciona do niego przyłączonego..

Podczas gdy każdy chromosom migruje w kierunku odpowiedniego bieguna, następuje depolimeryzacja związanego mikrotubuli lub mikrotubuli kinetochorycznej. Uważa się, że ta depolimeryzacja może generować pasywny ruch chromosomu związanego z mikrotubulą wrzeciona.

Uważa się również, że z kinetochorem mogą występować inne białka motoryczne, w których wykorzystywana byłaby energia pochodząca z hydrolizy ATP..

Energia ta służyłaby do napędzania migracji chromosomu wzdłuż mikrotubuli do jej końca zwanego „minus”, w którym znajduje się centrosom.

Równocześnie może wystąpić depolimeryzacja końca mikrotubuli, która wiąże się z kinetochorem lub „więcej” końca, co również przyczyniłoby się do ruchu chromosomu..

Funkcja

Wrzeciono achromatyczne lub mitotyczne jest strukturą komórkową, która spełnia funkcję kotwiczenia chromosomów poprzez ich kinetochory, dopasowując je do równika komórkowego i ostatecznie kierując migrację chromatydów w kierunku przeciwnych biegunów komórki przed ich podziałem, umożliwiając rozkład powstały odpowiedni materiał genetyczny między dwiema komórkami potomnymi.

Jeśli w tym procesie występują błędy, powstaje brak lub nadmiar chromosomów, co przekłada się na nieprawidłowe wzorce rozwoju (występujące podczas embriogenezy) i różne patologie (występujące po narodzinach jednostki)..

Inne funkcje do zweryfikowania

Istnieją dowody, że mikrotubule wrzeciona biorą udział w określaniu lokalizacji struktur odpowiedzialnych za podział cytoplazmatyczny.

Głównym dowodem jest to, że podział komórek zawsze występuje w linii środkowej wrzeciona, gdzie włókna polarne zachodzą na siebie.

Ewolucja mechanizmu

Ewolucyjnie został wybrany jako bardzo zbędny mechanizm, w którym każdy etap jest realizowany przez białka motoryczne mikrotubuli..

Uważa się, że ewolucyjne pozyskiwanie mikrotubul było spowodowane procesem endosymbiozy, w którym komórka eukariotyczna absorbowała komórkę prokariotyczną, która przedstawiała te struktury wrzeciona. Wszystko to mogło się zdarzyć przed pojawieniem się mitozy.

Ta hipoteza sugeruje, że struktury białek mikrotubularnych mogły pierwotnie spełniać funkcję napędu. Następnie, gdy stanie się częścią nowego organizmu, mikrotubule będą stanowić cytoszkielet, a później maszynę mitotyczną.

W historii ewolucji wystąpiły zmiany w podstawowym schemacie podziału komórek eukariotycznych. Podział komórek reprezentuje tylko niektóre fazy cyklu komórkowego, który jest głównym procesem.

Referencje

  1. Bolsover, S.R., Hyams, J.S., Shephard, E.A., White, H.A. i Wiedemann, C.G. (2003). Biologia komórki, krótki kurs. Druga edycja. str. 535. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
  2. Friedmann, T., Dunlap, J.C. i Goodwin, S.F. (2016). Postępy w genetyce. Pierwsza edycja. Elsevier Academic Press. str. 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
  3. Hartwell, L., Goldberg, M.L., Fischer, J. and Hood, L. (2017). Genetyka: od genów do genomów. Szósta edycja. McGraw-Hill. str. 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903
  4. Mazia, D. i Dan, K. (1952). Izolacja i charakterystyka biochemiczna aparatu mitotycznego dzielących się komórek. Materiały z National Academy of Sciences, 38 (9), 826-838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
  5. Yu, H. (2017). Komunikowanie genetyki: wizualizacje i reprezentacje. Palgrave Macmillan UK. Pierwsze wydanie. pp ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4