MITOTISK SPINDEL: STRUKTUR, FORMASJON, FUNKSJON OG EVOLUSJON - BIOLOGI - 2026

Den mitotiske eller achromatiske spindelen , også referert til som den mitotiske maskinen, er en cellulær struktur som består av mikrotubuli av en proteinkarakter som dannes under celledeling (mitose og meiose).

Begrepet achromatisk refererer til det faktum at det ikke flekker med fargestoffene i orcein A eller B. Spindelen deltar i en rettferdig fordeling av genetisk materiale mellom de to dattercellene, som er et resultat av celledeling.

Figur 1. Sammendrag av separasjonsprosessen til søsterkromatider med den achromatiske eller mitotiske spindelen. Kilde: Av Silvia3, fra Wikimedia Commons

Celledeling er prosessen der både gametene, som er meiotiske celler, og de somatiske celler som er nødvendige for vekst og utvikling av en organisme genereres fra zygoten.

Overgangen mellom to påfølgende divisjoner utgjør cellesyklusen, hvis varighet varierer mye avhengig av celletypen og stimuli den blir utsatt for.

Under mitosen av en eukaryotisk celle (celle som har en sann kjerne og membranavgrensede organeller), forekommer flere faser: S-fase, profase, prometafase, metafase, anafase, telofase og grensesnitt.

Kromosomer kondenserer til å begynne med, og danner to identiske filamenter kalt kromatider. Hver kromatid inneholder en av de to tidligere genererte DNA-molekylene, bundet sammen av et område kalt sentromer, som spiller en grunnleggende rolle i migrasjonsprosessen mot polene før celledeling.

Mitotisk inndeling foregår gjennom en organisms liv. Det anslås at i løpet av menneskets liv forekommer omtrent 10 ¹⁷ celledelinger i kroppen . Meiotisk inndeling oppstår i gameteproduserende celler, eller kjønnsceller.

Struktur og dannelse

Forhold til cytoskjelettet

Den achromatiske spindelen regnes som et langsgående system av proteinmikrofibriller eller cellulære mikrotubuli. Det dannes på tidspunktet for celledeling, mellom de kromosomale sentromerer og sentrosomene ved cellepolene, og er relatert til migrasjonen av kromosomer for å generere datterceller med samme mengde genetisk informasjon.

Sentrosomet er regionen der mikrotubulene stammer fra både den achromatic spindelen og cytoskjelettet. Disse spindelmikro-rørene består av tubulindimerer som er lånt fra cytoskjelettet.

Ved begynnelsen av mitose disartikulerer det mikrotubulære nettverket av cellens cytoskjelett og den achromatic spindelen dannes. Etter at celledeling oppstår, utspilles spindelen og mikrotubulenettverket til cytoskjelettet omorganiserer seg, og fører cellen tilbake til hviletilstanden.

Det er viktig å differensiere at det er tre typer mikrotubuli i det mitotiske apparatet: to typer spindelmikrotubuli (kinetokor og polare mikrotubuli), og en type astermikrotubuli (astrale mikrotubuli).

Den bilaterale symmetrien til den achromatic spindelen skyldes interaksjoner som holder de to halvdelene sammen. Disse interaksjonene er: enten sideveis, mellom de overlappende positive endene av de polare mikrotubuli; eller de er terminale interaksjoner mellom mikrotubulene i kinetokoren og kinetokoren til søsterkromatidene.

Cellesyklus og achromatisk spindel: S-fase, profase, prometafase, metafase, anafase, telofase og grensesnitt.

DNA-replikasjon skjer under S-fasen av cellesyklusen, deretter skjer migrasjonen av sentrosomene under profase mot motsatte poler av cellen, og kromosomene kondenserer også.

prometafase

I prometafasen oppstår dannelsen av det mitotiske maskineri, takket være sammensetningen av mikrotubuli og deres penetrering i kjernen. Søster kromatider koblet av sentromerene genereres og disse igjen binder seg til mikrotubuli.

meta

Under metafase samsvarer kromosomene i ekvatorialplanet til cellen. Spindelen er organisert i en sentral mitotisk spindel og et par asters.

Hver aster består av mikrotubuli anordnet i en stjerneform som strekker seg fra sentrosomene inn i cortex. Disse astrale mikrotubulene interagerer ikke med kromosomer.

Det sies da at asteren stråler fra sentrosomet til cellebarken og deltar både på stedet for hele mitotisk apparat og i å bestemme planet for celledeling under cytokinesis.

anaphase

Senere, under anafase, er mikrotubulene i den achromatiske spindelen forankret i en positiv ende til kromosomene gjennom deres kinetokorer og i en negativ ende til et sentrosom.

Separasjon av søsterkromatider i uavhengige kromosomer skjer. Hvert kromosom festet til en kinetochore mikrotubule beveger seg til en cellepol. Samtidig skjer separasjonen av cellepolene.

Telofase og cytokinesis

Til slutt, under telofase og cytokinesis, dannes det kjernefysiske membraner rundt datterkjerner og kromosomer mister sitt kondenserte utseende.

Den mitotiske spindelen forsvinner når mikrotubuliene depolymeriseres og celledeling oppstår i grensesnittet.

Kromosom migrasjonsmekanisme

Mekanismen som er involvert i migrasjonen av kromosomene mot polene og den etterfølgende separasjonen av polene fra hverandre er imidlertid ikke helt kjent; Det er kjent at interaksjoner mellom kinetokoren og mikrotubulen i spindelen festet til den er involvert i denne prosessen.

Når hvert kromosom vandrer mot den tilsvarende pol, oppstår depolymerisering av den festede mikrotubuli, eller kinetokorisk mikrotubule. Det antas at denne depolymerisasjonen kan generere den passive bevegelsen av kromosomet festet til mikrotubulen i spindelen.

Det antas også at det kan være andre motoriske proteiner assosiert med kinetokoren, der energien fra hydrolyse av ATP vil bli brukt.

Denne energien vil tjene til å drive migrasjonen av kromosomet langs mikrotubulen til enden kalt "mindre" der sentrosomet er lokalisert.

Unisont kan depolymerisasjonen av enden av mikrotubulen som binder seg til kinetokoren, eller "pluss" -enden, oppstå, noe som også vil bidra til kromosomets bevegelse.

Funksjon

Den achromatiske eller mitotiske spindelen er en cellestruktur som oppfyller funksjonen til å forankre kromosomene gjennom kinetokorene deres, samkjøre dem med celleekvatoren og til slutt rette migrasjonen av kromatidene mot de motsatte polene i cellen før de blir delt, slik at det kan fordeles utjevning av genetisk materiale mellom de to resulterende dattercellene.

Hvis det oppstår feil i denne prosessen, genereres det en mangel på eller overskudd av kromosomer, som oversettes til unormale utviklingsmønstre (som skal oppstå under embryogenese), og forskjellige patologier (som skal oppstå etter fødselen til individet).

Andre funksjoner å sjekke

Evolusjonært er det valgt som en meget overflødig mekanisme, der hvert trinn utføres av mikrotubulære motorproteiner.

Det antas at den evolusjonære tilegnelsen av mikrotubuli skyldtes en prosess med endosymbiose, der en eukaryotisk celle absorberte fra omgivelsene en prokaryotisk celle som viste disse achromatiske spindelstrukturene. Alt dette kunne ha skjedd før mitosen begynte.

Denne hypotesen antyder at mikrotubulus-proteinstrukturene opprinnelig kunne ha oppfylt en fremdriftsfunksjon. Da de ble en del av en ny organisme, ville mikrotubuli utgjøre cytoskjelettet og senere det mitotiske maskineriet.

I evolusjonshistorien har det vært variasjoner i det grunnleggende skjemaet for eukaryotisk celledeling. Celledeling representerte bare noen faser av cellesyklusen, som er en viktig prosess.

referanser

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White, HA og Wiedemann, CG (2003). Cellebiologi, et kort kurs. Andre utgave. s. 535. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
2. Friedmann, T., Dunlap, JC og Goodwin, SF (2016). Fremskritt innen genetikk. Første utgave. Elsevier Academic Press. s. 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
3. Hartwell, L., Goldberg, ML, Fischer, J. and Hood, L. (2017). Genetikk: Fra gener til gener. Sjette utgave. McGraw-Hill. s 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903
4. Mazia, D., & Dan, K. (1952). Isolering og biokjemisk karakterisering av det mitotiske apparatet for deling av celler. Proceedings of the National Academy of Sciences, 38 (9), 826–838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
5. Yu, H. (2017). Kommuniserende genetikk: Visualiseringer og representasjoner. Palgrave Macmillan Storbritannia. Første utgave. s ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4