FUS MITOTIC: STRUCTURĂ, FORMARE, FUNCȚIE ȘI EVOLUȚIE - BIOLOGIE - 2025

Mitotic sau acromatic fuzeta , de asemenea , menționată ca mașinile mitotic, este o structură celulară formată din microtubuli de natură proteine care sunt formate în timpul diviziunii celulare (mitoza și meioză).

Termenul achromatic se referă la faptul că nu se colorează cu coloranții de orceină A sau B. Fusul participă la distribuția echitabilă a materialului genetic între cele două celule fiice, rezultat din diviziunea celulară.

Figura 1. Rezumatul procesului de separare a cromatidelor surori de fusul achromatic sau mitotic. Sursa: De Silvia3, de la Wikimedia Commons

Diviziunea celulară este procesul prin care atât gametii, care sunt celule meiotice, cât și celulele somatice necesare creșterii și dezvoltării unui organism sunt generate din zigot.

Tranziția dintre două diviziuni consecutive constituie ciclul celular, a cărui durată variază mult în funcție de tipul de celulă și de stimulii la care este expusă.

În timpul mitozei unei celule eucariote (o celulă care are un nucleu adevărat și organele delimitate de membrană), apar mai multe faze: faza S, faza, prometapaza, metafază, anafază, telofază și interfață.

Cromozomii se condensează inițial, formând două filamente identice numite cromatide. Fiecare cromatidă conține una dintre cele două molecule de ADN generate anterior, legate între ele de o regiune numită centromere, care joacă un rol fundamental în procesul de migrare către poli înainte de divizarea celulelor.

Diviziunea mitotică are loc de-a lungul vieții unui organism. Se estimează că în timpul vieții umane, aproximativ 10 ¹⁷ diviziuni celulare apar în corp . Diviziunea meotică are loc în celulele producătoare de gamete sau în celulele sexuale.

Structura și formarea

Relația cu citoscheletul

Fusul achromatic este considerat un sistem longitudinal de microfibrilele proteice sau microtubuli celulari. Se formează la momentul diviziunii celulare, între centromerele cromozomiale și centrosomii de la poli, și este legată de migrarea cromozomilor pentru a genera celule fiice cu aceeași cantitate de informații genetice.

Centrozomul este regiunea în care microtubulii provin atât din axul acromatic, cât și din citoschelet. Aceste microtubuli cu fus sunt alcătuite din dimeri de tubulină care sunt împrumutați de la citoschelet.

La debutul mitozei, rețeaua microtubulară a citoscheletului celulei se dezarticulează și se formează fusul achromatic. După apariția diviziunii celulare, fusul se dezarticulează și rețeaua de microtubuli a citoscheletului se reorganizează, readucând celula la starea de repaus.

Este important să diferențiați că există trei tipuri de microtubuli în aparatul mitotic: două tipuri de microtubuli cu ax (kinetochore și microtubuli polari) și un tip de microtubule aster (microtubuli astrali).

Simetria bilaterală a fusului achromatic se datorează interacțiunilor care își mențin cele două jumătăți între ele. Aceste interacțiuni sunt: ​​fie laterale, între capetele pozitive suprapuse ale microtubulilor polari; sau sunt interacțiuni terminale între microtubulele kinetochorei și kinetochorele cromatidelor surori.

Ciclul celular și axul acromatic: faza S, faza, prometafază, metafază, anafază, telofază și interfață.

Replicarea ADN-ului are loc în faza S a ciclului celular, apoi, în timpul faza, migrarea centrosomilor are loc spre poli opuși ai celulei, iar cromozomii se condensează.

prometafaza

În prometafază, apare formarea utilajelor mitotice, datorită asamblării microtubulilor și pătrunderii acestora în nucleu. Cromatidele surori legate de centromeri sunt generate și acestea, la rândul lor, se leagă de microtubuli.

metafază

În timpul metafazei, cromozomii se aliniază în planul ecuatorial al celulei. Arborele este organizat într-un fus mitotic central și o pereche de asteri.

Fiecare aster este format din microtubuli dispuse într-o formă de stea care se extind de la centrosomi în cortexul celular. Acești microtubuli astrali nu interacționează cu cromozomii.

Se spune atunci că asterul radiază de la centrozom la cortexul celular și participă atât la localizarea întregului aparat mitotic, cât și la determinarea planului diviziunii celulare în timpul citokineziei.

anafaza

Mai târziu, în timpul anafazei, microtubulele fusului achromatic sunt ancorate la capătul pozitiv al cromozomilor prin cinetochorii lor și la un capăt negativ al unui centrosom.

Se face separarea cromatidelor surori în cromozomi independenți. Fiecare cromozom atașat la un microtubul kinetochore se deplasează la un pol celular. Simultan, are loc separarea polilor celulari.

Telofază și citokineză

În cele din urmă, în timpul telofazei și citokineziei, membranele nucleare se formează în jurul nucleelor ​​fiice, iar cromozomii își pierd aspectul condensat.

Fusul mitotic dispare pe măsură ce microtubulii se depolimerizează și diviziunea celulară intră în interfață.

Mecanismul de migrare cromozomială

Totuși, mecanismul implicat în migrarea cromozomilor către poli și separarea ulterioară a poli unul de celălalt nu este cunoscut însă; Este cunoscut faptul că interacțiunile dintre kinetochore și microtubulul axului atașat la acesta sunt implicate în acest proces.

Pe măsură ce fiecare cromozom migrează spre polul corespunzător, apare depolimerizarea microtubulului atașat sau microtubul kinetochoric. Se crede că această depolimerizare poate genera mișcarea pasivă a cromozomului atașat la microtubul fusului.

De asemenea, se crede că pot exista și alte proteine ​​motorii asociate cu kinetochore, în care ar fi utilizată energia din hidroliza ATP.

Această energie ar servi pentru a conduce migrația cromozomului de-a lungul microtubulului până la capătul său numit „mai puțin” acolo unde este situat centrosoma.

La unison, ar putea să apară depolimerizarea capătului microtubulului care se leagă la kinetochor sau capătul „plus”, ceea ce ar contribui și la mișcarea cromozomului.

Funcţie

Fusul achromatic sau mitotic este o structură celulară care îndeplinește funcția de ancorare a cromozomilor prin cinetochorele lor, alinierea lor la ecuatorul celular și direcționarea finală a migrației cromatidelor spre poli opusi ai celulei înainte de divizarea lor, permițând distribuirea egalizarea materialului genetic între cele două celule fiice rezultate.

Dacă în acest proces apar erori, se generează o lipsă sau un exces de cromozomi, ceea ce se traduce prin tipare anormale de dezvoltare (care apar în timpul embriogenezei) și diverse patologii (care apar după nașterea individului).

Alte caracteristici de verificat

Evoluțional, a fost selectat ca un mecanism extrem de redundant, în care fiecare etapă este realizată de proteinele motorii microtubulare.

Se crede că achiziția evolutivă a microtubulilor s-a datorat unui proces de endosimbioză, în care o celulă eucariotă a absorbit din mediu o celulă procariotă care a prezentat aceste structuri axiale. Toate acestea s-ar fi putut întâmpla înainte de debutul mitozei.

Această ipoteză sugerează că structurile proteice de microtubuli ar fi putut îndeplini inițial o funcție de propulsie. Mai târziu, când au devenit parte dintr-un nou organism, microtubulii ar constitui citoscheletul și mai târziu, mașina mitotică.

În istoria evolutivă au existat variații în schema de bază a diviziunii celulare eucariote. Diviziunea celulară a reprezentat doar unele faze ale ciclului celular, ceea ce este un proces major.

Referințe

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White, HA și Wiedemann, CG (2003). Biologie celulară, un curs scurt. A doua editie. pp. 535. Wiley-Liss. ISBN: 0471263931, 9780471263937, 9780471461593
2. Friedmann, T., Dunlap, JC și Goodwin, SF (2016). Avansuri în genetică. Prima editie. Elsevier Academic Press. pp 258. ISBN: 0128048018, 978-0-12-804801-6
3. Hartwell, L., Goldberg, ML, Fischer, J. și Hood, L. (2017). Genetica: De la gene la genomi. Ediția a șasea. McGraw-Hill. pp 848. ISBN: 1259700909, 9781259700903
4. Mazia, D., & Dan, K. (1952). Izolarea și caracterizarea biochimică a aparatului mitotic al celulelor de divizare. Proceedings of the National Academy of Sciences, 38 (9), 826–838. doi: 10.1073 / pnas.38.9.826
5. Yu, H. (2017). Comunicarea geneticii: vizualizări și reprezentări. Palgrave Macmillan Marea Britanie. Prima editie. pp ISBN: 978-1-137-58778-7, 978-1-137-58779-4