MITOTICKÉ VRETENO: ŠTRUKTÚRA, FORMOVANIE, FUNKCIA A VÝVOJ - BIOLÓGIE - 2026

Mitotické alebo achromatický vreteno , označovaný aj ako mitotickými strojov, je bunková štruktúra skladá z mikrotubuly proteínové povahy, ktoré sa tvoria v priebehu bunkového delenia (mitózy a meiózy).

Termín achromatický sa týka skutočnosti, že sa nezafarbuje farbivami orceínu A alebo B. Vreteno sa podieľa na rovnomernom rozdelení genetického materiálu medzi dvoma dcérskymi bunkami, ktoré je výsledkom delenia buniek.

Obrázok 1. Zhrnutie procesu separácie sesterských chromatidov achromatickým alebo mitotickým vretenom. Zdroj: Silvia3, z Wikimedia Commons

Bunkové delenie je proces, pomocou ktorého sa zygota generuje tak gaméty, ktoré sú meiotickými bunkami, ako aj somatické bunky potrebné na rast a vývoj organizmu.

Prechod medzi dvoma po sebe nasledujúcimi deleniami predstavuje bunkový cyklus, ktorého trvanie sa veľmi líši v závislosti od typu bunky a stimulov, ktorým je vystavená.

Počas mitózy eukaryotickej bunky (bunky, ktorá má skutočné organely a jadro oddelené organely) sa vyskytuje niekoľko fáz: S fáza, profáza, prometafáza, metafáza, anafáza, telopáza a rozhranie.

Chromozómy spočiatku kondenzujú a vytvárajú dve identické vlákna nazývané chromatidy. Každý chromatid obsahuje jednu z dvoch predtým vytvorených molekúl DNA, ktoré sú spojené oblasťou nazývanou centroméra, ktorá hrá zásadnú úlohu v procese migrácie na póly pred delením buniek.

Mitotické delenie prebieha počas celého života organizmu. Odhaduje sa, že počas ľudského života sa v tele vyskytuje približne 10 ¹⁷ bunkových delení. Meiotické delenie sa vyskytuje v bunkách produkujúcich gaméty alebo v sexuálnych bunkách.

Štruktúra a formovanie

Vzťah s cytoskeletom

Achromatické vreteno sa považuje za pozdĺžny systém proteínových mikrofibríl alebo bunkových mikrotubúl. Tvorí sa v čase delenia buniek medzi chromozomálnymi centromérami a centrosómami v póloch buniek a súvisí s migráciou chromozómov za vzniku dcérskych buniek s rovnakým množstvom genetickej informácie.

Centrozóm je oblasť, v ktorej mikrotubuly pochádzajú z achromatického vretienka aj z cytoskeletu. Tieto vretenové mikrotubuly sú tvorené tubulínovými dimérmi, ktoré sa požičiavajú z cytoskeletu.

Na začiatku mitózy sa mikrotubulárna sieť cytoskeletu bunky rozdelí a vytvorí sa achromatické vreteno. Keď dôjde k deleniu buniek, vreteno sa rozdelí a sieť mikrotubulov cytoskeletu sa reorganizuje, čím sa bunka vráti do pokojového stavu.

Je dôležité rozlišovať, že v mitotickom prístroji sú tri typy mikrotubulov: dva typy mikrotubulov s vretenom (kinetochore a polárne mikrotubuly) a jeden typ asterovej mikrotubuly (astrálne mikrotubuly).

Bilaterálna symetria achromatického vretena je spôsobená interakciami, ktoré držia svoje dve polovice pohromade. Tieto interakcie sú: buď bočné, medzi prekrývajúcimi sa pozitívnymi koncami polárnych mikrotubulov; alebo sú to terminálne interakcie medzi mikrotubulami kinetochore a kinetochore sesterských chromatidov.

Bunkový cyklus a achromatické vreteno: S fáza, profáza, prometafáza, metafáza, anafáza, telopáza a rozhranie.

Replikácia DNA nastáva počas fázy S bunkového cyklu, potom počas fázy profázy dochádza k migrácii centrozómov smerom k opačným pólom bunky a chromozómy tiež kondenzujú.

prometafáze

V prometafáze dochádza k tvorbe mitotického aparátu vďaka zostaveniu mikrotubulov a ich prenikaniu do jadra. Vytvoria sa sesterské chromatidy spojené centromérami, ktoré sa zase viažu na mikrotubuly.

metafáz

Počas metafázy sa chromozómy vyrovnajú v rovníkovej rovine bunky. Vreteno je usporiadané do centrálneho mitotického vretena a páru asters.

Každá aster je tvorená mikrotubulami usporiadanými do tvaru hviezdy, ktoré siahajú od centrosómov do kôry buniek. Tieto astrálne mikrotubuly neinteragujú s chromozómami.

Potom sa hovorí, že aster vyžaruje z centrozómu do bunkovej kôry a podieľa sa na umiestnení celého mitotického aparátu a na určovaní roviny bunkového delenia počas cytokinézy.

anafáze

Neskôr, počas anafázy, sú mikrotubuly achromatického vretena ukotvené na pozitívnom konci k chromozómom prostredníctvom svojich kinetochorov a na negatívnom konci k centrosómu.

Vyskytuje sa separácia sesterských chromatidov na nezávislé chromozómy. Každý chromozóm pripojený k kineticko-mikrotubulovej bunke sa pohybuje k pólu bunky. Súčasne dochádza k oddeleniu pólov buniek.

Telopáza a cytokinéza

Nakoniec, počas telopázy a cytokinézy sa okolo dcérskych jadier vytvárajú nukleové membrány a chromozómy strácajú kondenzovaný vzhľad.

Mitotické vreteno zmizne, keď mikrotubuly depolymerizujú a dochádza k deleniu buniek na rozhranie.

Mechanizmus chromozomálnej migrácie

Mechanizmus zapojený do migrácie chromozómov smerom k pólom a následné oddelenie pólov od seba však nie je presne známe; Je známe, že do tohto procesu sú zapojené interakcie medzi kinetomore a mikrotubulou vretena, ktorá je k nemu pripojená.

Keď každý chromozóm migruje smerom k zodpovedajúcemu pólu, dochádza k depolymerizácii pripojenej mikrotubuly alebo kinetochorickej mikrotubuly. Predpokladá sa, že táto depolymerizácia môže generovať pasívny pohyb chromozómu pripojeného k mikrotubulu vretena.

Tiež sa predpokladá, že s kinetochore môžu byť spojené ďalšie motorické proteíny, v ktorých by bola použitá energia z hydrolýzy ATP.

Táto energia by slúžila na riadenie migrácie chromozómu pozdĺž mikrotubuly na jej koniec nazývaný „menej“, kde sa nachádza centrosóm.

Jednoznačne by mohlo dôjsť k depolymerizácii konca mikrotubuly, ktorá sa viaže na kinetochore alebo na „plus“ konci, čo by tiež prispelo k pohybu chromozómu.

funkcie

Achromatické alebo mitotické vreteno je bunková štruktúra, ktorá plní funkciu ukotvenia chromozómov prostredníctvom ich kinetochorov, ich zarovnanie s bunkovým rovníkom a nakoniec nasmeruje migráciu chromatidov na opačné póly bunky pred ich rozdelením, čo umožňuje distribúciu vyrovnanie genetického materiálu medzi dvoma výslednými dcérskymi bunkami.

Ak sa v tomto procese vyskytnú chyby, vytvorí sa nedostatok alebo prebytok chromozómov, ktorý sa premieta do abnormálnych vzorcov vývoja (vyskytuje sa počas embryogenézy) a rôzne patológie (vyskytujú sa po narodení jednotlivca).

Ďalšie funkcie na kontrolu

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

Predpokladá sa, že evolučná akvizícia mikrotubulov bola spôsobená endosymbiózou, pri ktorej eukaryotická bunka absorbovala z prostredia prokaryotickú bunku, ktorá vykazovala tieto achromatické vretenové štruktúry. To všetko sa mohlo stať pred začiatkom mitózy.

Táto hypotéza naznačuje, že proteínové štruktúry mikrotubulov mohli pôvodne plniť pohonnú funkciu. Potom, keď sa stali súčasťou nového organizmu, mikrotubuly by tvorili cytoskelet a neskôr mitotický aparát.

V evolučnej histórii sa vyskytli variácie v základnej schéme eukaryotického delenia buniek. Delenie buniek predstavovalo iba niektoré fázy bunkového cyklu, čo je hlavný proces.

Referencie

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White, HA a Wiedemann, CG (2003). Bunková biológia, krátky kurz. Druhé vydanie. str. 535. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
2. Friedmann, T., Dunlap, JC a Goodwin, SF (2016). Pokroky v genetike. Prvá edícia. Elsevier Academic Press. str. 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
3. Hartwell, L., Goldberg, ML, Fischer, J. a Hood, L. (2017). Genetika: Od génov k genomom. Šieste vydanie. McGraw-Hill. str. 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903
4. Mazia, D., & Dan, K. (1952). Izolácia a biochemická charakterizácia mitotického prístroja deliacich sa buniek. Zborník Národnej akadémie vied, 38 (9), 826–838. doi: 10,1073 / pnas.38,9,826
5. Yu, H. (2017). Komunikácia genetiky: vizualizácie a reprezentácie. Palgrave Macmillan UK. Prvá edícia. s. ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4