MITOTISKĀ VĀRPSTA: UZBŪVE, VEIDOJUMS, FUNKCIJA UN EVOLŪCIJA - BIOLOĢIJA - 2025

Mitotiskais vai bezkrāsains vārpstveida , ko dēvē arī par mitozes mašīnas, ir šūnu struktūra, kas sastāv no mikrotubuļiem proteīnu rakstura, kas veidojas šūnu dalīšanās (mitozi un mejozes) laikā.

Termins ahromatisks attiecas uz faktu, ka tas nekrāsojas ar krāsvielām ar orceīnu A vai B. Vārpsta piedalās taisnā ģenētiskā materiāla sadalījumā starp abām meitas šūnām, kas rodas šūnu dalīšanas rezultātā.

1. attēls. Māsu hromatīdu atdalīšanas procesa kopsavilkums ar ahromatisko vai mitotisko vārpstu. Avots: Autors Silvia3, no Wikimedia Commons

Šūnu dalīšana ir process, kurā no zigotas tiek ģenerētas gan gametas, kas ir meiotiskās šūnas, gan somatiskās šūnas, kas vajadzīgas organisma augšanai un attīstībai.

Pāreja starp diviem secīgiem dalījumiem veido šūnu ciklu, kura ilgums ir ļoti atšķirīgs atkarībā no šūnas veida un stimuliem, kuriem tā ir pakļauta.

Eikariotu šūnas (šūnas, kurai ir īsts kodols un membrānas norobežotas organoīdi) mitozes laikā notiek vairākas fāzes: S fāze, fāze, prometafāze, metafāze, anafāze, teofāze un saskarne.

Sākumā hromosomas kondensējas, veidojot divus identiskus pavedienus, ko sauc par hromatīdiem. Katrā hromatīdā ir viena no divām iepriekš ģenerētajām DNS molekulām, kuras apvieno reģions, ko sauc par centromēru, kam ir galvenā loma migrācijas procesā pret poliem pirms šūnu dalīšanas.

Mitotiskā dalīšana notiek visā organisma dzīves laikā. Tiek lēsts, ka cilvēka dzīves laikā organismā notiek apmēram 10 ¹⁷ šūnu dalīšanās. Mejozes dalīšana notiek gametas ražojošās šūnās vai dzimumšūnās.

Uzbūve un veidojums

Saistība ar citoskeletu

Ahromatisko vārpstu uzskata par olbaltumvielu mikrofibrilu vai šūnu mikrotubulu garenisko sistēmu. Tas veidojas šūnu dalīšanās laikā starp hromosomu centromēriem un centrosomām pie šūnu poliem, un tas ir saistīts ar hromosomu migrāciju, lai radītu meitas šūnas ar tādu pašu ģenētiskās informācijas daudzumu.

Centrosoma ir reģions, kurā mikrotubulas rodas gan no ahromatiskās vārpstas, gan no citoskeleta. Šīs vārpstveida mikrotubulas veido tubulīna dimēri, kas aizgūti no citoskeleta.

Mitozes sākumā šūnas citoskeleta mikrotubulārais tīkls disartikulējas un veidojas ahromatiskā vārpsta. Pēc šūnu dalīšanās vārpsta disartikulējas un citoskeleta mikrotubulu tīkls tiek reorganizēts, atjaunojot šūnu miera stāvoklī.

Ir svarīgi atšķirt, ka mitotiskajā aparātā ir trīs veidu mikrotubulas: divu veidu vārpstveida mikrotubulas (kinetochore un polārie mikrotubules) un viena veida aster mikrotubulles (astrālās mikrotubules).

Ahromatiskās vārpstas divpusējā simetrija ir saistīta ar mijiedarbībām, kas abas tās puses tur kopā. Šīs mijiedarbības ir: vai nu sānu, starp polāro mikrotubulu pozitīvajiem galiem, kas pārklājas; vai arī tie ir termināla mijiedarbība starp kinetohora mikrotubulēm un māsas hromatīdu kinetohortu.

Šūnu cikls un ahromatiskā vārpsta: S fāze, fāze, prometafāze, metafāze, anafāze, teofāze un saskarne.

DNS replikācija notiek šūnu cikla S fāzē, pēc tam fāzes laikā centrosomu migrācija notiek pretējiem šūnas poliem un hromosomas arī kondensējas.

Prometafāze

Prometafāzē notiek mitotisko mehānismu veidošanās, pateicoties mikrotubulu salikšanai un to iekļūšanai kodolā. Izveidojas māsu hromatīdi, kurus savieno centromēri, un tie, savukārt, saistās ar mikrotubulēm.

Metafāze

Metafāzes laikā hromosomas izlīdzinās šūnas ekvatoriālajā plaknē. Vārpsta ir sakārtota centrālā mitotiskā vārpstā un asteru pārī.

Katru asteri veido mikrotubulas, kas izkārtotas zvaigznes formā un stiepjas no centrosomām šūnu garozā. Šīs astrālās mikrotubulas nav mijiedarbojas ar hromosomām.

Pēc tam tiek teikts, ka asters izstaro no centrosomas līdz šūnu garozai un piedalās gan visa mitotiskā aparāta atrašanās vietā, gan šūnu dalīšanas plaknes noteikšanā citokinēzes laikā.

Anaphase

Vēlāk anafāzes laikā ahromatiskās vārpstas mikrotubulas tiek noenkurotas pozitīvajā galā hromosomās caur to kinetohooriem un negatīvās beigās - uz centrosomu.

Notiek māsu hromatīdu atdalīšana neatkarīgās hromosomās. Katra hromosoma, kas pievienota kinetohora mikrotubulai, pārvietojas uz šūnas polu. Vienlaicīgi notiek šūnu polu atdalīšana.

Telofāze un citokinēze

Visbeidzot, telofāzes un citokinēzes laikā ap meitas kodoliem veidojas kodolenerģijas membrānas, un hromosomas zaudē savu kondensēto izskatu.

Mitotiskā vārpsta pazūd, kad mikrotubulas depolimerizējas un šūnās notiek dalīšanās, nonākot saskarnē.

Hromosomu migrācijas mehānisms

Tomēr precīzi nav zināms mehānisms, kas iesaistīts hromosomu migrācijā pret poliem un sekojošajā polu atdalīšanā viens no otra; Ir zināms, ka šajā procesā tiek iesaistīta mijiedarbība starp kinetohooru un tam pievienotās vārpstas mikrotubulu.

Kad katra hromosoma migrē uz atbilstošo polu, notiek pievienotās mikrotubulas jeb kinetochoric mikrotubulu depolimerizācija. Tiek uzskatīts, ka šī depolimerizācija var radīt hromosomas pasīvo kustību, kas piestiprināta pie vārpstas mikrotubula.

Tāpat tiek uzskatīts, ka ar kinetokoru var būt saistīti arī citi motorie proteīni, kuros tiks izmantota ATP hidrolīzes enerģija.

Šī enerģija kalpos, lai virzītu hromosomas migrāciju gar mikrotubulu līdz tās galam, ko sauc par "mazāku", kur atrodas centrosoma.

Vienojoties, varētu notikt mikrotubulas, kas saistās ar kinetohora galu, vai “plus” gala depolimerizācija, kas arī veicinātu hromosomas kustību.

Funkcija

Ahromatiskā vai mitotiskā vārpsta ir šūnas struktūra, kas pilda hromosomu noenkurošanas funkciju caur kinetochoriem, izlīdzinot tās ar šūnu ekvatoru un, visbeidzot, virzot hromatīdu migrāciju uz pretējiem šūnas poliem pirms to dalīšanas, ļaujot sadalīties ģenētiskā materiāla izlīdzināšana starp divām iegūtajām meitas šūnām.

Ja šajā procesā rodas kļūdas, rodas hromosomu trūkums vai pārpalikums, kas pārvēršas par patoloģiskiem attīstības modeļiem (rodas embrioģenēzes laikā) un dažādām patoloģijām (rodas pēc indivīda dzimšanas).

Citas funkcijas, kuras jāpārbauda

Evolucionāri tas tika izvēlēts kā ļoti lieks mehānisms, kurā katru soli veic mikrotubulu motorie proteīni.

Tiek uzskatīts, ka mikrotubulu evolūcijas iegūšana notika endosimbiozes procesa rezultātā, kurā eikariotu šūna no vides absorbēja prokariotu šūnu, kurai bija šīs ahromatiskās vārpstas struktūras. Tas viss varēja notikt pirms mitozes sākuma.

Šī hipotēze liek domāt, ka mikrotubulu olbaltumvielu struktūras sākotnēji varēja veikt vilces funkciju. Tad, kad tie kļuvuši par jauna organisma daļu, mikrotubulus veidos citoskelets un vēlāk - mitotiskās iekārtas.

Evolūcijas vēsturē ir bijušas variācijas eikariotu šūnu dalīšanās pamata shēmā. Šūnu dalīšana pārstāvēja tikai dažas šūnu cikla fāzes, kas ir nozīmīgs process.

Atsauces

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White, HA un Wiedemann, CG (2003). Šūnu bioloģija, īss kurss. Otrais izdevums. 535. lpp. Vailijs-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
2. Friedmann, T., Dunlap, JC un Goodwin, SF (2016). Ģenētikas sasniegumi. Pirmais izdevums. Elsevier Academic Press. 258. lpp. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
3. Hartvels, L., Goldbergs, L. L., Fišers, J. un Huds, L. (2017). Ģenētika: no gēniem līdz genomiem. Sestais izdevums. Makgreivs. 848. lpp. ISBN: 1259700909, 9781259700903
4. Mazia, D., & Dan, K. (1952). Šūnu dalīšanas mitotiskā aparāta izolēšana un bioķīmiskais raksturojums. Nacionālās zinātņu akadēmijas raksti, 38 (9), 826–838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
5. Yu, H. (2017). Komunikācijas ģenētika: vizualizācijas un attēlojumi. Palgrave Macmillan UK. Pirmais izdevums. lpp. ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4