MITOTSKO VRETENO: STRUKTURA, FORMACIJA, FUNKCIJA I EVOLUCIJA - BIOLOGIJA - 2024

Mitoze ili bezbojan vretena, koji se također navodi kao mitoze, je stanični struktura sastavljena od mikrotubula iz prirode proteina koji nastaju tijekom stanične diobe (mitoze i mejoza).

Izraz akromatski odnosi se na činjenicu da se ne mrlja bojama orkeina A ili B. Vreteno sudjeluje u pravednoj raspodjeli genetskog materijala između dviju kćeri, što je posljedica dijeljenja stanica.

Slika 1. Sažetak postupka odvajanja sestrinskih kromatida akromatskim ili mitotičkim vretenom. Izvor: Autor Silvia3, iz Wikimedia Commons

Podjela stanica je proces kojim se iz zigote generiraju i gamete, koje su mejotske stanice, i somatske stanice potrebne za rast i razvoj organizma.

Prijelaz između dvije uzastopne podjele čini stanični ciklus, čije trajanje uvelike varira ovisno o vrsti stanice i podražajima kojima je izložena.

Tijekom mitoze eukariotske stanice (stanice koja ima pravo jezgro i orgulje koje su ograničene membranom) događa se nekoliko faza: S faza, profaza, prometafaza, metafaza, anafaza, telofaza i sučelje.

Kromosomi se u početku kondenziraju, tvoreći dva identična filamenta nazvana kromatidama. Svaki kromatid sadrži jednu od dvije prethodno generirane molekule DNA, povezane zajedno regijom koja se zove centromera, a koja igra temeljnu ulogu u procesu migracije prema polovima prije diobe stanica.

Mitotička podjela odvija se tijekom cijelog života organizma. Procjenjuje se da se tijekom ljudskog života u tijelu događa oko 10 ¹⁷ dioba stanica. Mejotska podjela nastaje u stanicama koje proizvode gamete ili spolnim stanicama.

Struktura i formacija

Odnos s citoskeletom

Akromatsko vreteno smatra se uzdužnim sustavom proteinskih mikrofibrila ili staničnih mikrotubula. Nastaje u vrijeme diobe stanica, između kromosomskih centromera i centrosoma na staničnim polovima, a veže se uz migraciju kromosoma da bi se stvorile kćerne stanice s istom količinom genetske informacije.

Centrosom je regija u kojoj mikrotubule potječu i iz akromatskog vretena i iz citoskeleta. Ove vretenaste mikrotubule sastoje se od dimeta tubulina koji su posuđeni iz citoskeleta.

Na početku mitoze mikrotubularna mreža citoskeleta stanice se disartikulira i formira se akromatsko vreteno. Nakon što se dogodi dioba stanica, vreteno se disartikulira i mikrotubulna mreža citoskeleta reorganizira, vraćajući stanicu u stanje mirovanja.

Važno je razlikovati da u mitotskom aparatu postoje tri vrste mikrotubula: dvije vrste vretenastih mikrotubula (kinetohore i polarne mikrotubule) i jedna vrsta mikrotubula astera (astralni mikrotubuli).

Obostrana simetrija akromatskog vretena nastaje zbog interakcija koje njegove dvije polovice drže zajedno. Ove interakcije su: bilo bočne, između preklapajućih pozitivnih krajeva polarnih mikrotubula; ili su terminalne interakcije između mikrotubula kinetohora i kinetohora sestrinskih kromatida.

Stanični ciklus i akromatsko vreteno: S faza, profaza, prometafaza, metafaza, anafaza, telofaza i sučelje.

Replikacija DNA događa se tijekom S faze staničnog ciklusa, tada se tijekom profaze događa migracija centrosoma prema suprotnim polovima stanice, a kromosomi se također kondenziraju.

prometafaza

U prometafazi dolazi do stvaranja mitotičkih mašina zahvaljujući sastavljanju mikrotubula i njihovom prodiranju u unutrašnjost jezgre. Stvaraju se sestrinske kromatide povezane centromerama i one se zauzvrat vežu za mikrotubule.

metafaza

Tijekom metafaze kromosomi se poravnavaju u ekvatorijalnoj ravnini stanice. Vreteno je organizirano u središnje mitotičko vreteno i par astera.

Svaka je zvijezda sastavljena od mikrotubula raspoređenih u obliku zvijezde koje se protežu od centrosoma u staničnoj kore. Ti astralni mikrotubuli ne komuniciraju s kromosomima.

Tada se kaže da aster zrači iz centrosoma u stanični korteks i sudjeluje kako u položaju cijelog mitotičkog aparata, tako i u određivanju ravnine diobe stanica tijekom citokineze.

Anafaza

Kasnije, tijekom anafaze, mikrotubule akromatskog vretena usidrene su na pozitivan kraj kromosoma kroz njihove kinetohore, a na negativnom kraju u centrosom.

Dolazi do odvajanja sestrinskih kromatida u neovisne kromosome. Svaki kromosom priključen na kinetochore mikrotubule kreće se do staničnog pola. Istovremeno dolazi do odvajanja staničnih polova.

Telofaza i citokineza

Konačno, tijekom telofaze i citokineze nuklearne membrane nastaju oko kćernih jezgara, a kromosomi gube kondenzirani izgled.

Mitotičko vreteno nestaje dok mikrotubule depolimeriziraju i dolazi do podjele stanica ulazeći u sučelje.

Mehanizam kromosomske migracije

Mehanizam koji sudjeluje u migraciji kromosoma prema polovima i naknadnom odvajanju polova jedan od drugog nije točno poznat; Poznato je da su interakcije između kinetohora i mikrotubule vezanog vretena uključene u ovaj proces.

Kako svaki kromosom migrira prema odgovarajućem polu, dolazi do depolimerizacije priključenog mikrotubula ili kinetohorske mikrotubule. Vjeruje se da ova depolimerizacija može stvoriti pasivno kretanje kromosoma pričvršćenog na mikrotubulu vretena.

Također se vjeruje da mogu postojati i drugi motorički proteini povezani s kinetohorom, u koje bi se koristila energija hidrolize ATP-a.

Ta bi energija služila za pokretanje migracije kromosoma duž mikrotubule do njegovog kraja zvanog "manje", gdje se nalazi centrosom.

Jednoglasno, mogla bi se dogoditi depolimerizacija kraja mikrotubule koja se veže za kinetohore ili "plus" kraj, što bi također pridonijelo kretanju kromosoma.

Funkcija

Ahromatsko ili mitotičko vreteno je stanična struktura koja ispunjava funkciju učvršćivanja kromosoma kroz njihove kinetokore, poravnavajući ih prema stanici ekvatora i konačno usmjeravajući migraciju kromatida prema suprotnim polovima stanice prije njihove podjele, omogućujući distribuciju izjednačavanje genetskog materijala između dvije rezultirajuće stanice kćeri.

Ako se u ovom procesu pojave pogreške, nastaje nedostatak ili višak kromosoma, što se pretvara u nenormalne obrasce razvoja (koji se javljaju tijekom embriogeneze) i različite patologije (koje se javljaju nakon rođenja pojedinca).

Ostale značajke za provjeru

Evolucijski je odabran kao izrazito suvišan mehanizam, u kojem svaki korak provode motorni proteini mikrotubula.

Smatra se da je evolucijsko sticanje mikrotubula nastalo zbog procesa endosimbioze, u kojem je eukariotska stanica apsorbirala iz okoliša prokariotsku stanicu koja je izlagala ove akromatske vretenaste strukture. Sve se to moglo dogoditi prije početka mitoze.

Ova hipoteza sugerira da su proteinske strukture mikrotubula izvorno mogle ispunjavati pogonsku funkciju. Tada, kad su postali dio novog organizma, mikrotubule bi činile citoskelet, a kasnije i mitotičke strojeve.

U povijesti evolucije postojale su varijacije u osnovnoj shemi diobe eukariotske stanice. Podjela stanica predstavljala je samo neke faze staničnog ciklusa, što je glavni proces.

Reference

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White, HA i Wiedemann, CG (2003). Stanična biologija, kratki tečaj. Drugo izdanje. pp 535. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
2. Friedmann, T., Dunlap, JC i Goodwin, SF (2016). Napredak genetike. Prvo izdanje. Elsevier Academic Press. str. 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
3. Hartwell, L., Goldberg, ML, Fischer, J. i Hood, L. (2017). Genetika: od gena do genoma. Šesto izdanje. McGraw-Hill. pp 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903
4. Mazia, D., & Dan, K. (1952). Izolacija i biokemijska karakteristika mitotičkog aparata dijeljenja stanica. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti, 38 (9), 826–838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
5. Yu, H. (2017). Komuniciranje genetike: vizualizacije i prikazi. Palgrave Macmillan Velika Britanija. Prvo izdanje. pp ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4