WRZECIONO MITOTYCZNE: BUDOWA, TWORZENIE, FUNKCJA I EWOLUCJA - BIOLOGIA - 2026

Mitotyczny lub achromatyczny wrzeciona , określany również jako maszyny mitozy, to struktura komórkowa składa się z mikrotubulami charakterze białka, które tworzą się w trakcie podziału komórek (mitozy i mejozy).

Określenie achromatyczny odnosi się do faktu, że nie barwi się barwnikami orceiną A lub B. Wrzeciono uczestniczy w sprawiedliwej dystrybucji materiału genetycznego między dwiema komórkami potomnymi, wynikającej z podziału komórki.

Rycina 1. Podsumowanie procesu rozdzielania chromatyd siostrzanych przez wrzeciono achromatyczne lub mitotyczne. Źródło: Silvia3, z Wikimedia Commons

Podział komórek to proces, w którym z zygoty powstają zarówno gamety, które są komórkami mejotycznymi, jak i komórki somatyczne niezbędne do wzrostu i rozwoju organizmu.

Przejście między dwoma kolejnymi podziałami stanowi cykl komórkowy, którego czas trwania jest bardzo zróżnicowany w zależności od rodzaju komórki i bodźców, na które jest ona narażona.

Podczas mitozy komórki eukariotycznej (komórki, która ma prawdziwe jądro i organelle oddzielone błoną) zachodzi kilka faz: faza S, profaza, prometafaza, metafaza, anafaza, telofaza i interfejs.

Chromosomy początkowo kondensują, tworząc dwa identyczne włókna zwane chromatydami. Każda chromatyda zawiera jedną z dwóch wcześniej wygenerowanych cząsteczek DNA, połączonych ze sobą regionem zwanym centromer, który odgrywa fundamentalną rolę w procesie migracji do biegunów przed podziałem komórki.

Podział mitotyczny zachodzi przez całe życie organizmu. Szacuje się, że w ciągu życia człowieka w organizmie dochodzi do około 10 ¹⁷ podziałów komórkowych. Podział mejotyczny zachodzi w komórkach wytwarzających gamety lub komórkach płciowych.

Struktura i formacja

Związek z cytoszkieletem

Wrzeciono achromatyczne jest uważane za podłużny układ mikrofibryli białkowych lub mikrotubul komórkowych. Powstaje w czasie podziału komórki, między centromerami chromosomów a centrosomami na biegunach komórki i jest związany z migracją chromosomów w celu wytworzenia komórek potomnych o tej samej ilości informacji genetycznej.

Centrosom to region, w którym mikrotubule pochodzą zarówno z wrzeciona achromatycznego, jak i cytoszkieletu. Te mikrotubule wrzeciona są zbudowane z dimerów tubuliny, które są zapożyczone z cytoszkieletu.

Na początku mitozy mikrotubularna sieć cytoszkieletu komórki ulega dezartykulacji i tworzy się wrzeciono achromatyczne. Po podziale komórki wrzeciono rozpada się, a sieć mikrotubul cytoszkieletu reorganizuje się, przywracając komórkę do stanu spoczynku.

Ważne jest, aby rozróżnić, że w aparacie mitotycznym istnieją trzy typy mikrotubul: dwa typy mikrotubul wrzecionowych (kinetochor i mikrotubule polarne) oraz jeden typ mikrotubuli asterowej (mikrotubule astralne).

Dwustronna symetria achromatycznego wrzeciona wynika z interakcji, które utrzymują razem jego dwie połówki. Te interakcje są: albo boczne, pomiędzy nakładającymi się dodatnimi końcami mikrotubul polarnych; lub są to końcowe interakcje między mikrotubulami kinetochoru i kinetochorem siostrzanych chromatyd.

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

Replikacja DNA zachodzi w fazie S cyklu komórkowego, następnie podczas profazy następuje migracja centrosomów w kierunku przeciwnych biegunów komórki i chromosomy również ulegają kondensacji.

Prometafaza

W prometafazie dochodzi do powstawania maszynerii mitotycznej dzięki zgromadzeniu mikrotubul i ich penetracji do jądra. Generowane są siostrzane chromatydy połączone centromerami, które z kolei wiążą się z mikrotubulami.

Metafaza

Podczas metafazy chromosomy wyrównują się w płaszczyźnie równikowej komórki. Wrzeciono jest zorganizowane w centralne wrzeciono mitotyczne i parę astry.

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

Mówi się wtedy, że aster promieniuje od centrosomu do kory komórkowej i uczestniczy zarówno w lokalizacji całego aparatu mitotycznego, jak iw wyznaczaniu płaszczyzny podziału komórki podczas cytokinezy.

Anafaza

Później, podczas anafazy, mikrotubule achromatycznego wrzeciona są zakotwiczone na dodatnim końcu do chromosomów poprzez ich kinetochory, a na ujemnym końcu do centrosomu.

Następuje rozdzielenie chromatyd siostrzanych na niezależne chromosomy. Każdy chromosom przyłączony do mikrotubuli kinetochoru przesuwa się do bieguna komórki. Równocześnie następuje rozdzielenie biegunów komórki.

Telofaza i cytokineza

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

Wrzeciono mitotyczne znika, gdy mikrotubule ulegają depolimeryzacji i następuje podział komórek wchodzących do interfejsu.

Mechanizm migracji chromosomów

Mechanizm związany z migracją chromosomów w kierunku biegunów i późniejszą separacją biegunów od siebie nie jest jednak dokładnie znany; Wiadomo, że w procesie tym biorą udział interakcje między kinetochorem a mikrotubulą przyłączonego do niego wrzeciona.

Gdy każdy chromosom migruje w kierunku odpowiedniego bieguna, następuje depolimeryzacja przyłączonej mikrotubuli lub mikrotubuli kinetochorycznej. Uważa się, że ta depolimeryzacja może generować pasywny ruch chromosomu przyłączonego do mikrotubuli wrzeciona.

Uważa się również, że mogą istnieć inne białka motoryczne związane z kinetochorem, w których wykorzystana byłaby energia z hydrolizy ATP.

Energia ta służyłaby do napędzania migracji chromosomu wzdłuż mikrotubuli do jego końca zwanego „mniej”, gdzie znajduje się centrosom.

Równocześnie mogłaby wystąpić depolimeryzacja końca mikrotubuli, która wiąże się z kinetochorem, czyli końcem „dodatnim”, co również przyczyniłoby się do ruchu chromosomu.

Funkcjonować

Wrzeciono achromatyczne lub mitotyczne jest strukturą komórkową, która spełnia funkcję zakotwiczenia chromosomów poprzez ich kinetochory, wyrównania ich z równikiem komórki i ostatecznie skierowania migracji chromatyd w kierunku przeciwnych biegunów komórki przed ich podziałem, umożliwiając dystrybucję wyrównanie materiału genetycznego między dwiema powstałymi komórkami potomnymi.

Jeśli w tym procesie wystąpią błędy, generowany jest brak lub nadmiar chromosomów, co przekłada się na nieprawidłowe wzorce rozwojowe (występujące podczas embriogenezy) oraz różne patologie (występujące po urodzeniu osobnika).

Inne funkcje do sprawdzenia

Ewolucyjnie została wybrana jako wysoce redundantny mechanizm, w którym każdy etap jest wykonywany przez białka motoryczne mikrotubul.

Uważa się, że ewolucyjne pozyskiwanie mikrotubul było spowodowane procesem endosymbiozy, w którym komórka eukariotyczna wchłonęła ze środowiska komórkę prokariotyczną, która wykazywała te achromatyczne struktury wrzecionowe. Wszystko to mogło się wydarzyć przed początkiem mitozy.

Ta hipoteza sugeruje, że struktury białek mikrotubul mogły pierwotnie pełnić funkcję napędu. Następnie, gdy stały się częścią nowego organizmu, mikrotubule miały stanowić cytoszkielet, a później maszynerię mitotyczną.

W historii ewolucji istniały różnice w podstawowym schemacie podziału komórek eukariotycznych. Podział komórkowy reprezentował tylko niektóre fazy cyklu komórkowego, który jest głównym procesem.

Bibliografia

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White, HA i Wiedemann, CG (2003). Biologia komórki, krótki kurs. Druga edycja. pp 535. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
2. Friedmann, T., Dunlap, JC i Goodwin, SF (2016). Postępy w genetyki. Pierwsza edycja. Elsevier Academic Press. pp 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
3. Hartwell, L., Goldberg, ML, Fischer, J. and Hood, L. (2017). Genetyka: od genów do genomów. Szósta edycja. McGraw-Hill. pp 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903
4. Mazia, D. i Dan, K. (1952). Izolacja i charakterystyka biochemiczna aparatu mitotycznego dzielących się komórek. Proceedings of the 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, Wielka Brytania. Pierwsza edycja. pp ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4