Mitotiskā vārpstas struktūra, veidošanās, funkcija un evolūcija



The mitotisko vārpstu vai achromatisks, ko dēvē arī par mitotisko mašīnu, ir šūnu struktūra, kas sastāv no olbaltumvielu mikrotubulāriem, kas veidojas šūnu dalīšanās laikā (mitoze un meioze)..

Termins "achromatic" norāda, ka tas nav krāsots ar A vai B krāsvielām. Vārpsta piedalās ģenētiskā materiāla taisnīgā sadalē starp divām meitas šūnām, kas rodas šūnu dalīšanās rezultātā..

Šūnu dalīšanās ir process, kurā tiek izveidotas gan gametas, kas ir meiotiskas šūnas, gan somatiskās šūnas, kas nepieciešamas organisma augšanai un attīstībai no zigota..

Pāreja starp divām secīgām nodaļām veido šūnu ciklu, kura ilgums ir ļoti atšķirīgs atkarībā no šūnas veida un stimuliem, kuriem tas ir pakļauts..

Eukariotiskās šūnas mitozes laikā (šūnā, kurai ir patiesa kodola un organuļu robeža ar membrānām) rodas vairākas fāzes: S fāze, propāze, prometafāze, metafāze, anafāze, telofāze un interfeiss.

Sākumā hromosomas kondensējas, veidojot divus identiskus pavedienus, ko sauc par hromatīdiem. Katrs hromatīds satur vienu no divām iepriekš radītajām DNS molekulām, ko savieno reģions, ko sauc par centromēru, kam ir būtiska loma migrācijas procesā uz poliem pirms šūnu dalīšanās..

Mitotiskais sadalījums notiek visa organisma dzīves laikā. Tiek lēsts, ka cilvēka dzīves laikā organismā notiek aptuveni 1017 šūnu dalīšanās. Meiotisks sadalījums notiek šūnās, kas ražo gametas vai seksuālās šūnas.

Indekss

  • 1 Struktūra un apmācība
    • 1.1. Saistība ar citoskeletu
    • 1.2. Šūnu cikls un akromātiskais vārpstas: S fāze, propāze, prometafāze, metafāze, anafāze, telofāze un starpfāze.
    • 1.3. Kromosomu migrācijas mehānisms
  • 2 Funkcija
    • 2.1 Citas pārbaudāmās funkcijas
  • 3 Mehānisma attīstība
  • 4 Atsauces

Struktūra un apmācība

Saistība ar citoskeletu

Achromatisko vārpstu uzskata par proteīnu mikrofibrilu vai šūnu mikrotubulu garenisko sistēmu. Tā veidojas šūnu dalīšanās laikā, starp hromosomu centromēriem un centrosomām šūnu stabos, un ir saistīta ar hromosomu migrāciju, lai radītu meitas šūnas ar tādu pašu daudzumu ģenētiskās informācijas.

Centrosoms ir reģions, kurā mikrotubulas rodas gan no akromātiskā vārpstas, gan citoskeleta. Šīs vārpstas mikrotubulas veido tubulīna dimeri, kas tiek aizņemti no citoskeleta.

Mitozes sākumā disperikē šūnu citoskeleta mikrotubulāro tīklu un izveidojas akromatiskais vārpsts. Pēc šūnu dalīšanās notiek vārpstas disperikācija un reorganizēts citoskeleta mikrotubulu tīkls, atgriežot šūnu miera stāvoklī..

Ir svarīgi diferencēt, ka mitotiskajās iekārtās ir trīs veidu mikrotubulas: divu veidu vārpstas mikrotubulas (kinetochore un polārie mikrotubulas) un viena veida astrālā mikrotubule (astrālie mikrotubulāri)..

Achromatiskā vārpstas divpusējā simetrija ir saistīta ar mijiedarbību, kas uztur tās divas puses kopā. Šīs mijiedarbības ir: vai nu sāniski, starp polāro mikrotubulu pozitīvajiem virsējiem galiem; vai tie ir termināli mijiedarbība starp kinetokoru mikrotubulām un māsas hromatīdu kinetokoriem..

Šūnu cikls un akromātiskais vārpstas: S fāze, propāze, prometafāze, metafāze, anafāze, telofāze un starpfāze.

DNS replikācija notiek šūnu cikla S fāzē, tad profāzes laikā centrosomu migrācija uz pretējiem šūnas poliem notiek un hromosomas arī kondensējas.

Prometafāze

Prometafāzē mitotisko mašīnu veidošanās notiek, pateicoties mikrotubulu montāžai un to iekļūšanai kodola iekšpusē. Tiek radīti māsa hromatīdi, ko savieno centromēri, un tie savukārt piesaistās mikrotubulām.

Metafāze

Metafāzes laikā hromosomas ir izlīdzinātas ekvatorālajā šūnu plaknē. Vārpsta ir izvietota centrālā mitotiskā vārpsta un pāris asteri.

Katrs aster sastāv no mikrotubulām, kas sakārtotas zvaigžņu formā, kas stiepjas no centrosomu līdz šūnu garozai. Šīs astrālās mikrotubulas nesaskaras ar hromosomām.

Tātad tiek teikts, ka aster izstarojas no centrosomas, šūnu garozas un piedalās gan visa mitotiskā aparāta atrašanās vietā, gan šūnu dalīšanās plaknes noteikšanā citokinezes laikā..

Anafāze

Vēlāk, anafāzes laikā, vārpstas mikrotubulas ir nostiprinātas ar pozitīvu galu hromosomām, izmantojot to kinetokorus un negatīvu galu uz centrosomu..

Māsu hromatīdu atdalīšana notiek neatkarīgās hromosomās. Katra hromatoma, kas pievienota kinetochore mikrotubulāram, pārvietojas uz šūnu polu. Vienlaikus notiek šūnu stabu atdalīšana.

Telofāze un citokinēze

Visbeidzot, telofāzes un citokineses laikā kodolmembrānas veidojas ap meitas kodoliem un hromosomas zaudē kondensēto izskatu.

Mitotiskā vārpsta izzūd, kad mikrotubulas depolimerizējas un šūnu dalīšanās notiek saskarnē.

Hromosomu migrācijas mehānisms

Tomēr nav precīzi zināms mehānisms, kas iesaistīts hromosomu migrācijā uz stabiem un turpmākā polu atdalīšana viens no otra; Ir zināms, ka šajā procesā ir iesaistītas mijiedarbības starp kinetochore un tai pievienotā vārpstas mikrotubulu..

Kamēr katra hromosoma migrē uz atbilstošo polu, notiek saistītā mikrotubula vai kinetokoriskā mikrotubula depolimerizācija. Tiek uzskatīts, ka šī depolimerizācija var radīt hromosomas pasīvo kustību, kas saistīta ar vārpstas mikrotubulu..

Tiek uzskatīts, ka var būt arī citas ar proteīnu saistītās motoriskās olbaltumvielas, kurās tiks izmantota ATP hidrolīzes rezultātā iegūtā enerģija..

Šī enerģija kalpotu, lai virzītu hromosomas migrāciju pa mikrotubulu līdz galam, ko sauc par "mīnus", kur atrodas centrosoms..

Vienlaikus var rasties mikrotubulas gala depolimerizācija, kas saistās ar kinetochore jeb "vairāk" galu, kas arī veicinātu hromosomas kustību..

Funkcija

Achromatiskais vai mitotiskais vārpsts ir šūnu struktūra, kas pilda hromosomu nostiprināšanas funkciju, izmantojot to kinetokorus, saskaņojot tos ar šūnu ekvatoru un beidzot novirzot hromatīdu migrāciju pretī šūnu pretējiem poliem pirms sadalīšanas, ļaujot sadalīties taisnīgs ģenētiskais materiāls starp divām meitas šūnām.

Ja šajā procesā rodas kļūdas, rodas hromosomu trūkums vai pārpalikums, kas nozīmē nenormālus attīstības modeļus (kas rodas embriogenēzes laikā) un dažādas patoloģijas (kas rodas pēc indivīda dzimšanas)..

Citas pārbaudāmās funkcijas

Ir pierādījumi, ka vārpstas mikrotubulas ir iesaistītas to struktūru atrašanās vietas noteikšanā, kas atbild par citoplazmas sadalījumu..

Galvenie pierādījumi ir, ka šūnu dalīšanās vienmēr notiek vārpstas viduslīnijā, kur polārās šķiedras pārklājas.

Mehānisma attīstība

Evolucionāli tas ir izvēlēts kā ļoti lieks mehānisms, kurā katrs solis tiek veikts ar mikrotubulu motoru proteīniem..

Tiek uzskatīts, ka mikrotubulu evolucionāro iegūšanu izraisīja endosymbiozes process, kurā eukariotiskā šūna absorbēja prokariotu šūnu, kas prezentēja šīs vārpstas struktūras. Tas viss varētu notikt pirms mitozes parādīšanās.

Šī hipotēze liecina, ka mikrotubulārās olbaltumvielu struktūras varētu sākotnēji izpildīt dzinējspēka funkciju. Tad, kļūstot par jauna organisma daļu, mikrotubulas veidotu citoskeletu un vēlāk - mitotisko mašīnu.

Evolūcijas vēsturē notika izmaiņas eukariotisko šūnu dalīšanās pamata shēmā. Šūnu dalīšana ir tikai dažas šūnu cikla fāzes, kas ir galvenais process.

Atsauces

  1. Bolsover, S.R., Hyams, J.S., Shephard, E.A., White, H.A. un Wiedemann, C.G. (2003). Šūnu bioloģija, īss kurss. Otrais izdevums. 535. lpp. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
  2. Friedmann, T., Dunlap, J.C. un Goodwin, S.F. (2016). Attīstība ģenētikā. Pirmais izdevums. Elsevier Academic Press. pp. 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
  3. Hartvels, L., Goldberga, M.L., Fischer, J. un Hoods, L. (2017). Ģenētika: no gēniem līdz genomiem. Sestais izdevums. McGraw-Hill. 848. lpp. ISBN: 1259700909, 9781259700903
  4. Mazia, D., & Dan, K. (1952). Sadalošo šūnu mitotisko aparātu izolēšana un bioķīmiskā raksturošana. Zinātņu akadēmijas darbi, 38 (9), 826-838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
  5. Yu, H. (2017). Saziņa ar ģenētiku: vizualizācijas un reprezentācijas. Palgrave Macmillan UK. Pirmais izdevums. pp ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4