MITOTIKUS ORSÓ: SZERKEZET, KIALAKULÁS, FUNKCIÓ ÉS EVOLÚCIÓ - BIOLÓGIA - 2025

A mitotikus vagy az akromatikus orsó, amelyet mitotikus gépednek is neveznek, egy olyan sejtszerkezet, amely fehérje jellegű mikrotubulusokból áll, amelyek a sejtosztódás (mitózis és meiozis) során alakulnak ki.

Az akromatikus kifejezés arra a tényre utal, hogy nem folt az orcein A vagy B. festékkel.A főorsó részt vesz a genetikai anyag méltányos eloszlásában a két lánysejt között, ami a sejtosztódás eredményeként jön létre.

1. ábra: A nővér kromatidok elválasztási folyamatának összefoglalása az akromatikus vagy a mitotikus orsóval. Forrás: Silvia3, a Wikimedia Commonsból

A sejtosztódás az a folyamat, amellyel mind a ivarsejtek, amelyek meiotikus sejtek, mind a szervezet növekedéséhez és fejlődéséhez szükséges szomatikus sejtek képződnek a zigótából.

A két egymást követő megosztás közötti átmenet képezi a sejtciklusot, amelynek időtartama nagyban változik, a sejt típusától és az ingerektől függően, amelyeknek ki vannak téve.

Az eukarióta sejt (egy valódi maggal és membránnal elválasztott organellákkal rendelkező sejtek) mitózisa során több fázis fordul elő: S fázis, prophase, prometaphase, metaphase, anaphase, telophase and interface.

A kromoszómák kezdetben kondenzálódnak, és két azonos filamentumot alkotnak, úgynevezett kromatidoknak. Mindegyik kromatid a két korábban előállított DNS-molekula egyikét tartalmazza, amelyeket egy centromernek nevezett régió köti össze, amely alapvető szerepet játszik a sejtosztódást megelőző pólusok felé történő migráció folyamatában.

A mitotikus megoszlás a szervezet egész életében zajlik. Becslések szerint az emberi élet során körülbelül 10 ¹⁷ sejtosztódás történik a testben. A meiotikus megosztás az ivarsejteket termelő sejtekben vagy a nemi sejtekben történik.

Felépítés és kialakulás

Kapcsolat a citoszkeletonnal

Az akromatikus orsót a protein mikrofibrillák vagy a sejt mikrotubulusok hosszanti rendszerének tekintik. A sejtosztódáskor alakul ki, a kromoszómális centromerek és a sejtoszlopok centroszómái között, és kapcsolatban áll a kromoszómák migrációjával, hogy azonos mennyiségű genetikai információval rendelkező lánysejteket hozzon létre.

A centroszóma az a régió, ahol a mikrotubulusok mind az akromatikus orsóból, mind a citoszkeletonból származnak. Ezek az orsó mikrotubulusok a citoszkeletonból kölcsönvett tubulin dimerekből állnak.

A mitózis kezdetén a sejt citoszkeletonjának mikrotubuláris hálója diszartikulálódik és az akromatikus orsó kialakul. A sejtosztódás bekövetkeztével az orsó diszartikulálódik, és a citoszkeleton mikrotubulus-hálózata újrarendeződik, visszatérve a sejtet nyugalmi állapotába.

Fontos megkülönböztetni, hogy a mitotikus készülékben háromféle mikrotubulus létezik: kétféle orsó mikrotubulus (kinetochore és poláris mikrotubulus) és egy típusú aszter mikrotubulus (asztrál mikrotubulus).

Az akromatikus orsó kétoldalú szimmetriája az interakcióknak köszönhető, amelyek két félét együtt tartják. Ezek az interakciók: vagy oldalsó, a poláris mikrotubulusok átfedő pozitív végei között; vagy ezek terminális interakciók a kinetochore mikrotubulusai és a testvér kromatidok kinetochore között.

Sejtciklus és akromatikus orsó: S fázis, fázis, prometafázis, metafázis, anafázis, teofázis és interfész.

A DNS replikációja a sejtciklus S fázisában zajlik, majd a fázis során a centroszómák vándorolása a sejt ellentétes pólusai felé történik, és a kromoszómák is kondenzálódnak.

prometafázis

A prometafázisban a mitotikus mechanizmus kialakulása következik be, a mikrotubulusok összeszerelésének és a magba való behatolásának köszönhetően. A centromerek által összekapcsolt nővér kromatidok jönnek létre, amelyek viszont a mikrotubulusokhoz kötődnek.

Metaphase

A metafázis során a kromoszómák igazodnak a sejt egyenlítői síkjába. Az orsó egy központi mitotikus orsóba és egy pár őszbe van osztva.

Mindegyik csillag csillag alakú mikrotubulusokból áll, amelyek a centroszómáktól a sejtkéregig terjednek. Ezek az asztrális mikrotubulusok nem lépnek kölcsönhatásba a kromoszómákkal.

Azt mondják, hogy az aszter a centroszómától a sejtkéregig sugárzik, és részt vesz mind a teljes mitotikus készülék elhelyezkedésében, mind a sejtosztás síkjának meghatározásában a citokinezis során.

anafázis

Később, az anafázis alatt az akromatikus orsó mikrotubulusai a kinetokorákon keresztül a kromoszómák pozitív végén és negatív végén egy centroszómán vannak rögzítve.

A nővérekromatidok szétválasztása független kromoszómákká alakul ki. Minden kinetochore mikrotubulushoz kapcsolt kromoszóma mozog egy sejt pólusra. Ezzel egyidejűleg megtörténik a sejtoszlopok elválasztása.

Telofázis és citokinezis

Végül, a telophase és a citokinesis során nukleáris membránok alakulnak ki a leánymagok körül, és a kromoszómák elveszítik kondenzált megjelenésüket.

A mitotikus orsó eltűnik, amikor a mikrotubulusok depolimerizálódnak, és a sejtosztódás belép az interfészbe.

Kromoszómális migrációs mechanizmus

A kromoszómák pólusok felé történő migrációjában és a pólusok egymást követő elválasztásában játszott mechanizmus azonban nem ismeretes pontosan; Ismeretes, hogy a kinetochore és a hozzá csatolt orsó mikrotubulusainak kölcsönhatásai részt vesznek ebben a folyamatban.

Mivel minden kromoszóma a megfelelő pólus felé vándorol, a kapcsolódó mikrotubulus vagy kinetochoric mikrotubulus depolimerizációja következik be. Úgy gondolják, hogy ez a depolimerizáció generálhatja az orsó mikrotubulusához kapcsolódó kromoszóma passzív mozgását.

Úgy gondolják továbbá, hogy a kinetokorral kapcsolatban vannak más motorfehérjék is, amelyekben az ATP hidrolíziséből származó energiát felhasználnák.

Ez az energia megkönnyítené a kromoszóma migrációját a mikrotubulus mentén a kevésbé nevezett végére, ahol a centroszóma található.

Egyhangúan előfordulhat, hogy a kinetochorához kötődő mikrotubulus vége, vagy „plusz” vége depolimerizálódik, ami szintén hozzájárul a kromoszóma mozgásához.

Funkció

Az akromatikus vagy mitotikus orsó egy olyan celluláris szerkezet, amely ellátja a kromoszómák rögzítését kinetokorákon keresztül, összehangolja őket a sejt egyenlítővel, és végül a kromatidok migrációját irányítja a sejt ellenkező pólusai felé megosztásuk előtt, lehetővé téve az eloszlást a genetikai anyag kiegyenlítése a kapott két lánysejt között.

Ha hibák fordulnak elő ebben a folyamatban, akkor a kromoszómák hiánya vagy feleslege keletkezik, ami rendellenes fejlődési mintázatokká alakul (az embriógenezis során fordul elő) és különféle patológiákká (az egyén születése után fordul elő).

Egyéb ellenőrizhető szolgáltatások

Evolúciós szempontból erősen redundáns mechanizmusként választották ki, amelyben minden lépést mikrotubulusos motorfehérjék hajtanak végre.

Úgy gondolják, hogy a mikrotubulusok evolúciós megszerzése az endosymbiosis folyamatának köszönhető, amelynek során az eukarióta sejt a környezetből olyan prokarióta sejtet abszorbeált, amely ezeket az akromatikus orsószerkezeteket mutatta. Mindez a mitózis kezdete előtt is megtörtént.

Ez a hipotézis azt sugallja, hogy a mikrotubulus fehérjeszerkezetek eredetileg meghajtási funkciót töltöttek be. Aztán, amikor egy új szervezet részévé váltak, a mikrotubulusok képezik a citoszkeletont, később pedig a mitotikus gépet.

Az evolúciós történelemben változások mutatkoztak az eukarióta sejtosztódás alaprendszerében. A sejtosztódás a sejtciklusnak csak néhány szakaszát képviselte, ez egy fontos folyamat.

Irodalom

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White, HA és Wiedemann, CG (2003). Sejtbiológia, egy rövid kurzus. Második kiadás. pp 535. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
2. Friedmann, T., Dunlap, JC és Goodwin, SF (2016). A genetika fejlődése. Első kiadás. Elsevier Academic Press. 258. o. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
3. Hartwell, L., Goldberg, ML, Fischer, J. és Hood, L. (2017). Genetika: A génekről a genomokra. Hatodik kiadás. McGraw-Hill. 848. o. ISBN: 1259700909, 9781259700903
4. Mazia, D. és Dan, K. (1952). A sejtek megosztására szolgáló mitotikus készülék izolálása és biokémiai jellemzése. A Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai, 38. (9), 826–838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
5. Yu, H. (2017). Kommunikációs genetika: megjelenítések és ábrázolások. Palgrave Macmillan UK. Első kiadás. pp ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4