МИТОТИЧЕСКОЕ ВЕРЕТЕНО: СТРУКТУРА, ФОРМИРОВАНИЕ, ФУНКЦИИ И ЭВОЛЮЦИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Митотический или ахроматический шпиндель , также упоминается как митотический техники, является сотовой структурой, состоящими из микротрубочек белковой природы, которые образуются в ходе клеточного деления (митоз и мейоз).

Термин ахроматический относится к тому факту, что он не окрашивается красителями орсеина А или В. Веретено участвует в справедливом распределении генетического материала между двумя дочерними клетками в результате деления клеток.

Рисунок 1. Краткое описание процесса разделения сестринских хроматид ахроматическим или митотическим веретеном. Источник: Сильвия3, из Wikimedia Commons

Деление клеток - это процесс, при котором из зиготы образуются 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, которая имеет истинное ядро ​​и мембранные органеллы) происходит несколько фаз: S-фаза, профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза и интерфейс.

Хромосомы первоначально конденсируются, образуя две идентичные нити, называемые хроматидами. Каждая хроматида содержит одну из двух ранее созданных молекул ДНК, связанных вместе областью, называемой центромерой, которая играет фундаментальную роль в процессе миграции к полюсам до деления клетки.

Митотическое деление происходит на протяжении всей жизни организма. Подсчитано, что в течение жизни человека в организме происходит около ^10–17 клеточных делений. Мейотическое деление происходит в клетках, производящих гаметы, или половых клетках.

Структура и формирование

Связь с цитоскелетом

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

Центросома - это область, в которой микротрубочки берут начало как от ахроматического веретена, так и от цитоскелета. Эти микротрубочки веретена состоят из димеров тубулина, заимствованных из цитоскелета.

В начале митоза сеть микротрубочек цитоскелета клетки разъединяется и образуется ахроматическое веретено. После деления клетки веретено расчленяется, и сеть микротрубочек цитоскелета реорганизуется, возвращая клетку в состояние покоя.

Важно различать три типа микротрубочек в митотическом аппарате: два типа микротрубочек веретена (кинетохоры и полярные микротрубочки) и один тип микротрубочек звездочки (астральные микротрубочки).

Двусторонняя симметрия ахроматического веретена обусловлена ​​взаимодействиями, которые удерживают его две половины вместе. Эти взаимодействия бывают: либо латеральными, между перекрывающимися положительными концами полярных микротрубочек; или они являются терминальными взаимодействиями между микротрубочками кинетохоры и кинетохор сестринских хроматид.

Клеточный цикл и ахроматическое веретено: S-фаза, профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза и интерфейс.

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

прометафазе

В прометафазе происходит формирование митотического аппарата благодаря сборке микротрубочек и их проникновению в ядро. Сестринские хроматиды, связанные центромерами, образуются, а они, в свою очередь, связываются с микротрубочками.

Metaphase

Во время метафазы хромосомы выравниваются в экваториальной плоскости клетки. Веретено состоит из центрального митотического веретена и пары звездочек.

Каждая звездочка состоит из микротрубочек, расположенных в форме звезды, которые простираются от центросом в кору клетки. Эти астральные микротрубочки не взаимодействуют с хромосомами.

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

анафаза

Позже, во время анафазы, микротрубочки ахроматического веретена прикрепляются на положительном конце к хромосомам через их кинетохоры, а на отрицательном конце - к центросоме.

Происходит разделение сестринских хроматид на независимые хромосомы. Каждая хромосома, прикрепленная к микротрубочке кинетохоры, перемещается к полюсу клетки. Одновременно происходит разделение полюсов ячеек.

Телофаза и цитокинез

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

Митотическое веретено исчезает по мере деполимеризации микротрубочек и клеточного деления, выходящего на поверхность раздела.

Механизм хромосомной миграции

Однако механизм, вовлеченный в миграцию хромосом к полюсам и последующее отделение полюсов друг от друга, точно не известен; Известно, что в этом процессе участвуют взаимодействия кинетохоры и прикрепленной к ней микротрубочки веретена.

По мере того как каждая хромосома мигрирует к соответствующему полюсу, происходит деполимеризация прикрепленной микротрубочки или кинетохорной микротрубочки. Полагают, что эта деполимеризация может вызвать пассивное движение хромосомы, прикрепленной к микротрубочке веретена.

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

Эта энергия будет способствовать миграции хромосомы вдоль микротрубочки к ее концу, называемому «меньше», где расположена центросома.

В унисон может происходить деполимеризация конца микротрубочки, который связывается с кинетохорой, или «плюсового» конца, что также будет способствовать перемещению хромосомы.

функция

Ахроматическое или митотическое веретено - это клеточная структура, которая выполняет функцию закрепления хромосом через их кинетохоры, выравнивания их по экватору клетки и, наконец, направления миграции хроматид к противоположным полюсам клетки до их деления, обеспечивая распределение выравнивание генетического материала между двумя образующимися дочерними клетками.

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

Другие функции для проверки

Эволюционно он был выбран как механизм с высокой степенью избыточности, в котором каждый шаг выполняется моторными белками микротрубочек.

Считается, что эволюционное приобретение микротрубочек произошло из-за процесса эндосимбиоза, при котором эукариотическая клетка поглощает из окружающей среды прокариотическую клетку, которая демонстрирует эти ахроматические структуры веретена. Все это могло произойти до начала митоза.

Эта гипотеза предполагает, что белковые структуры микротрубочек могли первоначально выполнять функцию движения. Затем, когда они стали частью нового организма, микротрубочки составили цитоскелет, а позже - митотический аппарат.

В истории эволюции были вариации базовой схемы деления эукариотических клеток. Деление клетки представляет собой лишь некоторые фазы клеточного цикла, который является основным процессом.

Ссылки

1. Болсавер, С. Р., Хьямс, Дж. С., Шепард, Е. А., Уайт, Г. А. и Видеманн, К. Г. (2003). Клеточная биология, краткий курс. Второе издание. стр 535. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
2. Фридманн, Т., Данлэп, Дж. К. и Гудвин, С.Ф. (2016). Успехи в генетике. Первое издание. Elsevier Academic Press. стр. 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
3. Хартвелл, Л., Голдберг, М.Л., Фишер, Дж. И Худ, Л. (2017). Генетика: от генов к геномам. Издание шестое. McGraw-Hill. стр. 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903
4. Мазиа Д. и Дэн К. (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. Ю., Х. (2017). Общение генетики: визуализации и представления. Palgrave Macmillan UK. Первое издание. pp ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4