fázy mitózy. mitóza - aparát delenia buniek Vznik deliaceho vretienka

b) osmotický tlak v bunke d) selektívna permeabilita

2. Škrupiny vlákien, rovnako ako chloroplasty, nemajú bunky

a) riasy b) machy c) paprade d) živočíchy

3. V bunke sa jadro a organely nachádzajú v

a) cytoplazma _ c) endoplazmatické retikulum

b) Golgiho komplex d) vakuoly

4. Syntéza prebieha na membránach granulárneho endoplazmatického retikula

a) bielkoviny b) sacharidy c) lipidy d) nukleové kyseliny

5. Škrob sa hromadí v

a) chloroplasty b) jadro c) leukoplasty d) chromoplasty

6. Bielkoviny, tuky a sacharidy sa hromadia v

a) jadro b) lyzozómy c) Golgiho komplex d) mitochondrie

7. Na tvorbe deliaceho vretena sa podieľajú

a) cytoplazma b) bunkové centrum c) vakuola d) Golgiho komplex

8. Organoid, pozostávajúci z mnohých vzájomne prepojených dutín, v
ktoré akumulujú organické látky syntetizované v bunke – to sú

a) Golgiho komplex c) mitochondrie

b) chloroplast d) endoplazmatické retikulum

9. K výmene látok medzi bunkou a jej prostredím dochádza prostredníctvom
škrupina kvôli prítomnosti v nej

a) molekuly lipidov c) molekuly sacharidov

b) početné otvory d) molekuly nukleových kyselín

10. Organické látky syntetizované v bunke sa presúvajú do organel
a) pomocou Golgiho komplexu c) pomocou vakuol

b) pomocou lyzozómov d) cez kanály endoplazmatického retikula

11. Štiepenie organických látok v bunke, sprevádzané uvoľňovaním.
energie a dochádza k syntéze veľkého počtu molekúl ATP v

a) mitochondrie b) lyzozómy c) chloroplasty d) ribozómy

12. Organizmy, ktorých bunky nemajú vytvorené jadro, mitochondrie,
Golgiho komplex, patria do skupiny

a) prokaryoty b) eukaryoty c) autotrofy d) heterotrofy

13. Prokaryoty zahŕňajú

a) riasy b) baktérie c) huby d) vírusy

14. Jadro hrá v bunke veľkú úlohu, pretože sa podieľa na syntéze

a) glukóza b) lipidy c) vláknina d) nukleové kyseliny a bielkoviny

15. Organoid ohraničený od cytoplazmy jednou membránou, obsahujúci
veľa enzýmov, ktoré rozkladajú zložité organické látky
až po jednoduché monoméry

a) mitochondrie b) ribozóm c) Golgiho komplex d) lyzozóm

dit: 1) rozpustenie jadrového obalu 2) vznik štiepneho vretienka 3) duplikácia DNA 4) rozpustenie jadierok. A3) u zvierat sa v procese mitózy na rozdiel od meiózy tvoria bunky: 1) somatické 2) s polovičnou sadou chromozómov 3) pohlavie 4) spóry. A4) divergencia chromotíd k pólom bunky nastáva v: 1) profáze prvého delenia meiózy 2) profáze druhého delenia meiózy 3) medzifáze pred prvým delením 4) interfáze pred druhým delením

hromadí sa v

ALE
– chloroplasty B – jadro C – leukoplasty D – chromoplasty
2. Cytoplazma nevykonáva
funkciu

ALE
– pohyb látok B – interakcie všetkých organel

AT
- výkon G - ochranný
3. Náhradné
živiny a produkty degradácie sa hromadia v rastlinných bunkách v

ALE
– lyzozómy B – chloroplasty C – vakuoly D – jadro
4. Bielkoviny,
tuky a sacharidy sa oxidujú, aby sa do nich uvoľnila energia

ALE
– mitochondrie B – leukoplasty

AT
– endoplazmatické retikulum D – Golgiho komplex
5. "Montáž"
ribozóm prebieha v

ALE
- endoplazmatické retikulum B - Golgiho komplex

AT
- cytoplazma D - jadierka
6. Na povrchu hladkého endoplazmatického retikula sa syntetizujú molekuly A - minerálne soli B - nukleotidy C - sacharidy, lipidy D - proteíny
7. A - lyzozómy B - mikrotubuly C - mitochondrie D - ribozómy sa nachádzajú na povrchu hrubého endoplazmatického retikula
8. Eukaryoty sú organizmy, ktoré majú A - plastidy B - bičíky C - bunkovú membránu D - vytvorené jadro
9. Bunka je základná stavebná jednotka všetkých organizmov, keďže A - rozmnožovanie organizmov je založené na bunkovom delení B - v bunke prebiehajú metabolické reakcie C - bunkové delenie je základom rastu organizmu D - všetky organizmy pozostávajú z buniek
10. A - cytoplazma B - bunkové centrum C - endoplazmatické retikulum D - vakuola sa podieľa na tvorbe deliaceho vretienka

Chromozómy sú oddelené mitotickým vretienkom

Vreteno je symetrická bipolárna štruktúra zložená z mikrotubulov umiestnených medzi dvoma pólmi. Na každom póle je centrozóm

Centrozómy sú pripojené k vretienku prostredníctvom interakcie ich kinetochórov s

Vreteno je zložitá dynamická štruktúra, ktorá sa rýchlo vytvorí na začiatku štiepneho procesu a rovnako rýchlo sa zničí na jeho konci. Vreteno je nevyhnutné pre mitózu a plní dve samostatné funkcie: (1) zabezpečuje, že sa replikované chromozómy rozdelia do dcérskych jadier počas delenia jadra (karyokinéza) a (2) riadi proces cytoplazmatického delenia (cytokinéza).

Ak blokovať tvorba vretena(napríklad ošetrením buniek rôznymi chemickými zlúčeninami), potom chromozómy kondenzujú, ale nepohybujú sa, ako je to zvyčajne pri mitóze, a proces delenia sa zastaví. Vreteno je v mnohých ohľadoch akýmsi biologickým motorom, ktorý premieňa chemickú energiu na mechanickú prácu potrebnú na pohyb chromozómov a delenie buniek. Funkcie vretena sa odrážajú v jeho štruktúre. Symetrická štruktúra s dvoma pólmi je nevyhnutná pre úspešný prechod mitózy.

V skutočnosti to odráža princíp párovanie bunkového delenia, v ktorom sa jedna bunka a replikovaná DNA rozdelia na dve samostatné dcérske bunky.

Vreteno možno vidieť pomocou rôznych metód. Hlavný konštrukčný prvok vretena, mikrotubuly, sú príliš malé na to, aby ich bolo možné vidieť pod svetelným mikroskopom (t. j. kvôli nedostatočnému rozlíšeniu). Preto, hoci kondenzované chromozómy možno často pozorovať v bunkách vyšších organizmov pomocou bežného svetelného mikroskopu, vreteno nie je viditeľné. V mnohých prípadoch však možno konštatovať, že vreteno je prítomné nepriamo, pretože táto štruktúra vytláča viditeľné bunkové organely. Súčasne, ako je znázornené na obrázku nižšie, priestor, ktorý zaberá vreteno, v porovnaní s okolitou cytoplazmou, sa zdá byť transparentnejší. Hoci spočiatku vedci verili, že vreteno pozostáva z vlákien, až do začiatku 50. rokov 20. storočia. tento predpoklad nebol potvrdený priamymi pozorovaniami.

Do tejto doby pokrok v technológii mikroskopia s polarizačným svetlom umožnilo vidieť vreteno na bunkových preparátoch. Typická fotografia vretena nasnímaná svetelným mikroskopom je znázornená na obrázku nižšie. Štruktúra získala čiernu farbu v dôsledku interakcie polarizovaného svetla s mikrotubulami. Počas 70. rokov 20. storočia Bola vyvinutá technika využívajúca fluorescenčné sondy, ktorá umožnila pozorovať zložky vretienka v trojrozmernom priestore, dokonca aj v živej bunke. Táto technika umožňuje sledovať polohy jedného alebo viacerých špecifických vretenových proteínov počas mitózy. Jedným z týchto proteínov je takmer vždy tubulín, pretože poskytuje vizualizáciu mikrotubulov.

Pri pohľade pod elektrónovým mikroskopom vreteno Typická cicavčia bunka má tri štruktúrne zložky. Ako je znázornené na obrázku nižšie, každá z dvoch polárnych oblastí obsahuje centrozóm. Táto krásna organela obsahuje pár malých, intenzívne sfarbených štruktúr nazývaných centrioly.

Sú viac-menej obkľúčení hustý difúzny materiál. Medzi centrozómami sú chromozómy, ktoré sú vo väčšine buniek najväčšími vretenovitými štruktúrami. Chromozómy pozostávajú z kompaktných, pevne stočených a vysoko bazofilných chromatínových fibríl s priemerom 25 nm. Každý chromozóm obsahuje dve malé štruktúry nazývané kinetochory (z gréckeho kineto – pohyblivý; chora – priestor). Kinetochory sa pripájajú na opačné strany ich centroméry. Medzi pólmi vretena prechádza hustý zväzok mikrotubulov usporiadaných paralelne navzájom.

Na obrázok najjasnejšie je to vidieť nižšie. Jeden z koncov vretenových mikrotubulov je zvyčajne umiestnený na samotnom póle alebo blízko neho. Druhý sa nachádza v oblasti vretena vo voľnom stave alebo je spojený s kinetochorom. Mikrotubuly vyrastajú z každého pólu, vďaka čomu je vretienko symetrickou štruktúrou tvorenou dvoma rovnobežnými a prekrývajúcimi sa zväzkami mikrotubulov. Každý z týchto zväzkov sa nazýva polovičné vreteno. U väčšiny stavovcov pozostáva polovreteno zo 600 – 750 mikrotubulov, z ktorých 30 – 40 % končí kinetochórmi.

V každom polovreteno, spolu s hlavnými mikrotubulami vychádzajú z každého pólu ďalšie mikrotubuly. Tieto mikrotubuly sa rozprestierajú vo všetkých smeroch a vytvárajú radiálne štruktúry nazývané hviezdy (asters) umiestnené v strede každého pólu. Rovnako ako vretenovité mikrotubuly, všetky astrálne mikrotubuly majú jeden koniec orientovaný smerom k pólu a druhý smerom k vzdialenému bodu v cytoplazme. V mitóze majú astrálne hviezdy niekoľko funkcií. Spolu s umiestnením vretienka v bunke, ktoré určuje rovinu cytokinézy, sa podieľajú aj na oddeľovaní pólov (centrozómov) pri tvorbe vretienka v anafáze B.

Kritická úloha pri mitóze hrajú tiež dva kinetochory každého chromozómu. Ich úloha pri pohybe chromozómov bola objavená už veľmi dávno, keďže sa ukázalo, že fragmenty chromozómov, ktoré neobsahujú kinetochór, nie sú schopné riadeného pohybu. Dôležité je najmä to, ako sú kinetochory usporiadané voči sebe navzájom. Pretože sú umiestnené na opačných stranách centroméry, smerujú k opačným pólom vretena, čo umožňuje replikovaným chromozómom pripojiť sa k obom pólom. Prítomnosť takéhoto polohového vzťahu medzi dvoma kinetochórmi je nevyhnutná pre segregáciu dvoch chromatidov do rôznych jadier. Pri tvorbe vretienka sa každý kinetochor viaže na konce mnohých mikrotubulov vychádzajúcich z jedného pólu a vytvára zväzok nazývaný zväzok kinetochor, ktorý prebieha medzi kinetochorom a pólom.

A samotné kinetochory nie sú len dopravným systémom lán, ktoré umožňujú chromatidám pohybovať sa smerom k pólom. S najväčšou pravdepodobnosťou zohrávajú dôležitejšiu aktívnu úlohu, nielenže určujú smer pohybu chromozómu, ale tiež vytvárajú sily potrebné na tento pohyb.

Aby sme pochopili molekulárne mechanizmy mitózy, je potrebné odpovedať na nasledujúce kardinálne otázky. Ako vzniká vreteno a ako je zabezpečená jeho bipolárna štruktúra? Ako vzniká úsilie na zabezpečenie pohybu chromozómov a ako je tento pohyb regulovaný? Ako je zabezpečená presnosť procesu segregácie chromozómov? Ako dochádza k oddeleniu cytoplazmy po segregácii chromozómov s vytvorením dvoch dcérskych buniek?

2n-->S-->4n-->2x2n

PROPHASE.
V profáze nastávajú nasledovné deje: kondenzácia chromozómov, tvorba deliaceho vretienka, rozpad jadierok, endoplazmatického retikula (ER), cytoplazmatické mikrotubuly, syntéza RNA klesá a zastavuje sa.
Každý chromozóm je dvojitý (2x2n), sú v tesnom kontakte a jeden voči druhému sa špirálovito otáčajú.
chromatínová kondenzácia.
Po S-fáze zostávajú sesterské chromatidy viazané multiproteínovým kohezínovým komplexom umiestneným pozdĺž chromatíd počas ich zdvojenia. Kohézy držia chromatidy pohromade, kým sa neoddelia v anafáze.
Prvým znakom mitózy je kondenzácia chromozómov (50-krát u ľudí). Kondenzíny sú proteíny, ktoré sa podieľajú na kondenzácii. Spustenie M-Cdk fosforylácie kondenzínov je zodpovedné za ich zostavenie do komplexov na DNA a kondenzáciu chromozómov. Kondenzácia spotrebováva energiu ATP. Chromozómy kondenzujú okolo pozdĺžnej centrálnej osi chromozómu, na ktorej je pozorovaná najvyššia koncentrácia kondenzínov. Vo fixných preparátoch sa najskôr pozoruje špirálovité naskladanie kondenzínov pozdĺž chromozómu (obr. 1)

obr.1 Špirálové stohovanie chromatidov - farbenie na špecifické proteíny ukazuje ich špirálovité usporiadanie v chromozómoch.

Kondenzíny a kohezíny sú štrukturálne príbuzné a fungujú podľa rovnakých mechanizmov. Zistilo sa, že ak po S-fáze nenastane správne spojenie chromatidov, potom tiež nenastane kondenzácia.
Kondenzíny (kohezíny) tvoria antiparalelné smerované diméry, na ktorých koncoch sú DNA- a ATP-väzbové domény a v strede je pružný pánt (obr. 2).

Kohézy viažu chromozómy, kým sú stále v S fáze.
Kohezín je proteínový komplex so štyrmi podjednotkami, v ktorom sa heterodimér proteínov SMC, v tomto prípade SMC1/SMC3, spája s dvomi ďalšími proteínmi, proteínmi Scc1/RAD21/Mcd1 a Scc3. U stavovcov existujú dva varianty Scc3, nazývané SA1 a SA2. (Jessberger 2005)
SMC (Strukturálna údržba chromozómových proteínov) boli nájdené v baktériách a archeách. Na rozdiel od eukaryotických sú to homodiméry kódované jedným génom.

obr.3 Štruktúra kohezínu a možný mechanizmus, ktorým by mohol držať sesterské chromatidy pohromade. (A) Smc1 (červená) a Smc3 (modrá) tvoria intramolekulárne antiparalelné stočené cievky, ktoré sú organizované pomocou pántových alebo spojovacích domén (trojuholníkov). Heterodiméry Smc1 / 3 sa tvoria prostredníctvom heterotypických interakcií medzi spojovacími doménami Smc1 a Smc3. COOH koniec Scc1 (zelený) sa viaže na Smc1 ABC-podobnú hlavu ATPázy, zatiaľ čo jeho NH2 koniec sa viaže na Smc3 hlavu, čím vytvára uzavretý kruh. Scc3 (žltá) sa viaže na COOH-koncovú polovicu Scc1 a nevytvára žiadny priamy stabilný kontakt s heterodimérom Smcl/3. Separázové štiepne miesta Scc1 sú označené šípkami. Štiepenie na oboch miestach je dostatočné na zničenie súdržnosti. Analogicky s bakteriálnymi proteínmi SMC sa očakáva, že ATP viaže hlavy Smc1 aj Smc3, mení ich konformáciu a možno ich privádza do tesnej blízkosti. Zmenou asociácie Scc1 s hlavami Smc by väzba ATP a / alebo hydrolýza mohla zohrávať úlohu pri otváraní a / alebo zatváraní kohezínového kruhu. (B) Kohezín by mohol držať molekuly sesterskej DNA pohromade tým, že ich obe zachytí v rovnakom kruhu. Štiepenie Scc1 separázou by otvorilo kruh, zničilo spoluzachytenie sesterských DNA a spôsobilo disociáciu kohezínu od chromatínu. (C) Komplexy obsahujúce Smc iné ako kohezín by mohli fungovať aj prostredníctvom zachytenia chromatidov. Napríklad kondenzín (čierny) by mohol organizovať mitotické chromozómy zachytením supercoilov. On a/alebo iné príbuzné komplexy by mohli držať pohromade vzdialené lokusy (šípka) a tým uľahčiť funkciu zosilňovačov a tlmičov transkripcie na veľké vzdialenosti.

Tvorba vretena
Vo vretenových mikrotubuloch je ~ 10^8 molekúl tubulínu. Vreteno funguje normálne, keď sú centrioly zničené laserom. Centrom organizácie mikrotubulov je amorfná látka centrozómu.
Mikrotubuly rastú z centrozómov, dynenínové proteíny viažu prekrývajúce sa mikrotubuly, ktoré pokračujú v raste a sú od seba odtláčané kinezínmi, zatiaľ čo póly sa rozchádzajú. V tomto čase sa mikrotubuly neviažu na kinetochore.
Počet mikrotubulov pripojených na kinetochory je u rôznych druhov rôzny - u niektorých húb - 1 mikrotubul, u ľudí - 20-40.
Zvyškové telo - fragmenty polárnych mikrotubulov + hustá matrica.
Po nástupe mitózy sa centrozómy oddelia a každý vytvorí radiálne symetrické centrum organizácie mikrotubulov (aster). Cenrozóm sa nachádza v jadre. Dve astry sa pohybujú na opačné strany jadra, aby vytvorili dva póly štiepneho vretena. Keď sa jadrový obal rozpadne (prometafáza), vreteno prevezme chromozómy. V embryonálnych bunkách Xenopus sa centrozóm zdvojnásobí, aj keď bolo jadro premiestnené alebo je potlačená replikácia DNA. Cyklus centrozómov pokračuje takmer normálne: najskôr 2, potom 4, 8 centrozómov atď. V oocytoch Xenopus sa ukázalo, že G1/S-Cdk (komplex cyklínu E a Cdk2) iniciuje replikáciu DNA vo fáze S a tiež stimuluje duplikáciu centrozómov, čo pravdepodobne vysvetľuje, prečo k duplikácii centrozómov dochádza skoro v S fáze.
Rast vretena závisí od motorických proteínov patriacich do dvoch rodín – proteíny súvisiace s kinezínom, ktoré sa pohybujú smerom k „+“
koniec a deneíny smerujúce k „–“. Vo vretienku sú pozorované tri typy mikrotubulov – astrálne, kinetochórové, prekrývajúce sa – vytvárajú správnu štruktúru vretienka. Mikrotubuly rastú od centrozómu dopredu s „+“ koncom. Tri typy mikrotubulov sa líšia svojim správaním a súbormi proteínových príloh.
Vreteno sa začne zhromažďovať v profáze. M-Cdks spúšťa fosforyláciu dvoch typov proteínov, ktoré riadia dynamiku mikrotubulov. Typy: motorické proteíny a proteíny spojené s mikrotubulami (MAP). Existujú aj bielkoviny katastrofínu.
V interfáze mikrotubuly odchádzajú z jedného centrozómu a sú v dynamickej rovnováhe. Prechod vedúci k rastu sa nazýva spása, prechod na redukciu mikrotubulov sa nazýva katastrofa. V profáze sa dlhé medzifázové mikrotubuly rýchlo transformujú na mnoho krátkych, ktoré obklopujú každý centrozóm, ktoré začínajú vytvárať štiepne vreteno.

ROZPADOK ER
ER sa rozpadá na malé vakuoly ležiace pozdĺž periférie bunky a Golgiho aparát (AG), ktorý stráca svoju perinukleárnu lokalizáciu, je rozdelený na jednotlivé diktyozómy rozptýlené v cytoplazme.

PROMETAFÁZA
Rozpad jadrovej membrány, náhodný pohyb chromozómov v oblasti bývalého jadra, chromozómy cez kinetochór sa spoja s vretienkom a začnú sa pohybovať.

Rozpad jadrového obalu

Kinetochore
Sc: kinetochore je asociovaný s centromerickým lokusom CEN: CDEI,II,III. CDEI,III - konzervatívne oblasti podobné Dm. CDEII - obohatený o AT, oblasť rôznej dĺžky. CDE je zodpovedná za väzbu na mt a interaguje s množstvom proteínov.
Kinetochore je multiproteínový komplex, ktorý pozostáva z troch vrstiev:
vonkajšia - hustá (CENP-E, CENP-F - podieľajú sa na väzbe mt), odstupuje z nej veľa fibríl - vláknitá koruna kinetochóru (CENP-E, dyneíny)
stredná - sypká, 3F3 / 2 - proteín, registruje napätie mt zväzkov
interná - hustá, GC oblasť obohatená o a-satelitnú DNA (CENP-B-viaže sa na a-DNA, MCAK-kinezín-podobný proteín-kohezín, INCENP-kohezín, CENP-A analóg H3, CENP-G-viaže sa na jadro matricové proteíny, СENP-S-f-tion nebol zistený)
Funkcia kinetochoru: chromatidová väzba, fixácia mt vretena.
min počet mt v Sc 1 na chromozóm, u vyšších rastlín 20-40 mt na chromozóm
kinetochorové proteíny sú prítomné vo všetkých štádiách CC, vznik a delenie CC prebiehalo v S-perióde
X-pohybujeme sa náhodne - metakinéza - buď sa priblížime k pólom, potom sa vzdialime do stredu vretena, až kým neobsadíme strednú polohu - kongres x-m. Mt je náhodne zachytený kinetochorom a x-kĺžeme pozdĺž mt smerom k pólu 25 µm/min pomocou analógu dyneínu. Počas pohybu sa mt nerozumie. Chromatidy sú spojené a tiahnu sa z dvoch strán. Ak laser reže mt na jednej strane, tak sa x-pretiahneme na opačný pól
Pohyb chromozómov smerom k rovníku
ak sú mitotické bunky ošetrené D2O alebo taxolom, potláčajú rozpad mt? mt predlžujú sa a neťahajú chromozómy? blokujú mitózu
kolchicín, nízky t, vysoký hydrostatický tlak – deštrukcia vretenových filament? blokujú mitózu
sila pôsobiaca na vlákno kinetochore je tým slabšia, čím je bližšie k pólu nah kinetochore

METAPHASE
Tvorba vretienka je dokončená, chromozómy sa prestanú pohybovať a zoradia sa pozdĺž rovníka vretena (rovníková platňa)
metafáza - syntéza bielkovín - 20-30% interfázy. Bunky sú najcitlivejšie na chlad, kolchicín a iné látky, ktoré ničia deliace vreteno a vedú k zastaveniu mitózy (K-mitóza); pri nízkych dávkach sa mitóza obnoví po niekoľkých hodinách (inak smrť alebo polyploidia).
Metafáza – chromozómy tvoria platničku, mikrotubuly dosahujú maximálnu koncentráciu a prekrývajú sa.

ANAPHASE
Anafáza – chromozómy sa zrazu od seba v rovnakom čase oddelia a začnú sa pohybovať smerom k pólom. Centroméry sa oddeľujú – degradácia centromérnych kohezínov. Najkratšie štádium, separácia chromatíd a divergencia chromozómov k pólom (v=0,2-5 µm/min). Niekedy sa póly od seba aj rozchádzajú.
Divergencia chromozómov v dôsledku kinetochorových zväzkov mikrotubulov je anafáza A, divergencia chromozómov spolu s pólmi v dôsledku predlžovania interpolárnych mikrotubulov je anafáza B.
Oddelenie chromatidov a pohyb smerom k pólom.
Vreteno a zovretie sú spojené tak, že kým sa chromozómy nerozptýlia, nenastane zovretie cytoplazmy.
Anafázové deje: pohyb filamentov kinetochóru k pólom, pohyb pólových filamentov odtláčajúcich póly od seba - pohybujú sa voči sebe navzájom; malé dávky chloralhydrátu zabraňujú predlžovaniu a pohybu polárnych filamentov, ale neovplyvňujú kinetochorové filamenty.

TELOFÁZA.
Telofáza trvá od okamihu, keď sa pohyb chromozómov zastaví. Nastáva rekonštrukcia jadier - tvorba jadrového obalu, despiralizácia chromozómov, aktivácia chromozómov - zvýšenie úrovne transkripcie, tvorba jadierok, deštrukcia deliaceho vretienka, delenie buniek, vznik zvyškového Fleminga telo, vznik zúženia.
V miestach kontaktu chromozómov s membránovými vezikulami sa začína vytvárať jadrový obal. Najprv sa tvorí na bočných povrchoch chromozómov, potom v centromerických a telomerických oblastiach. Po uzavretí jadrovej membrány dochádza k tvorbe jadierok.
Demontáž mikrotubulov postupuje od pólov k rovníku bývalej bunky, v strednej časti vretena zostávajú mikrotubuly najdlhšie - zvyškové teleso.
Cytokinéza.
Štiepna brázda je vytvorená v rovine metafázovej platne v pravom uhle k dlhej osi mitotického vretienka. Zúženie obsahuje aktínové vlákna a myozín II, ktoré sa nachádzajú pozdĺž rovníka deliacej sa bunky pod plazmatickou membránou (PM), ktoré ju sťahujú zvnútra.
Jedným z dôvodov, prečo k cytokinéze nedochádza pred koncom mitózy, je aktivita M-Cdk, ktorá je inaktivovaná na konci mitózy.

metafázový bunkový protinádorový mikrotubul

mikrotubuly

Počas mitózy pracuje v bunke molekulárny stroj nazývaný mitotické vreteno (obr. 1). Jeho úlohou je distribuovať chromozómy medzi dcérske bunky. Vreteno sa skladá z dvoch centrozómov, nazývaných bunkové centrá, a mikrotubulov.

Obrázok 1 - Schéma deliaceho vretienka: 1 - chromozómy; 2 -- vretenovité póly, centrozómy; 3 - interpolárne mikrotubuly; 4 -- kinetochorové mikrotubuly; 5 -- astrálne mikrotubuly

Mikrotubuly sú polárne, kinetochorové a astrálne. Póly sú zodpovedné za oddialenie centrozómov, kinetochory priľnú k chromozómom a posúvajú ich a astrálne sa prichytia na vnútorný povrch bunky a fixujú deliace póly. Mikrotubuly sú zodpovedné za pohyb chromozómov. Pozrime sa podrobnejšie na ich štruktúru.

Každý mikrotubul je dutý valec s vonkajším priemerom 25 nm, vnútorným priemerom 15 nm a dĺžkou až niekoľko mikrometrov. Ich hlavnou zložkou je tubulín. V bunke je vo forme diméru, ktorý pozostáva z dvoch foriem - α- a β-tubulínu. Molekuly tubulínu, stojace na sebe, tvoria protofilamentum a 13 protofilamentov, ktoré sa svojimi laterálnymi stranami spájajú, už tvoria mikrotubuly (to neznamená, že pri tvorbe mikrotubulu sa najskôr vytvoria protofilamenty, ktoré sa potom do seba zapadnú. bočné strany) (obr. 2, A).

Obrázok 2 - Štruktúra a dynamika mikrotubulov: A. Tubulínový dimér je súčasťou protofilamentu v mikrotubule. B. Elektrónové mikrofotografie a schematické obrázky koncov rastúceho a depolymerizujúceho mikrotubulu

Mikrotubuly môžu polymerizovať, t.j. rásť, keď sú naň pripojené jednotlivé diméry, pripájajú sa reverzibilne. Za normálnych podmienok tento proces pokračuje nepretržite, ak je v roztoku veľa tubulínu; v dôsledku toho trubica napriek odpojeniu postupne rastie.

Priemerná rýchlosť rastu mikrotubulov závisí od koncentrácie tubulínu v roztoku. V dôsledku polarity molekuly tubulínu je samotný mikrotubulín polárny: koniec zakončený α-tubulínom rýchlejšie polymerizuje a nazýva sa plusový koniec, druhý koniec končí α-tubulínom a nazýva sa mínusový koniec; mínusový koniec je pripojený k stredu bunky a plusový koniec je pripojený k chromozómu.

Polymerizovať môže iba tubulín spojený s molekulou guanozíntrifosfátu (GTP). V mikrotubule však GTP postupne podlieha hydrolýze na guanozíndifosfát (GDP). Preto, zatiaľ čo takmer celý mikrotubulín pozostáva z GDP-tubulínu, na plusovom konci je „viečko“ GTP-tubulínu. Keďže energia sa uvoľňuje počas hydrolýzy a prirodzeným stavom GDP-tubulínu je ohnutý protofilament, absencia takejto „čiapky“ by viedla mikrotubulu ku katastrofickej depolymerizácii („prasknutiu“ mikrotubulu) (obr. 2b). Experimenty ukazujú, že na stabilitu mikrotubulov sú potrebné aspoň dve vrstvy GTP-tubulínu.

Už dlho je známe, že v laboratórnych podmienkach môže túto úlohu vykonať depolymerizácia mikrotubulov (Coue et al., 1991). V tom čase však ešte nebolo možné úplne vylúčiť vplyv motorov závislých od ATP na pohyb chromozómov.

Aby sa otestovalo, či samotná depolymerizácia tubulínu dokáže urobiť dostatočnú mechanickú prácu na presun chromozómov, dobre preštudovaná kvasinková bunka, ktorá má známy genóm a tri motorické proteíny, ktoré môžu pohybovať chromozómami, odstránila všetky gény zodpovedné za tieto proteíny. Všetky takéto bunky sa ukázali ako životaschopné a schopné delenia, ktoré však prebiehalo pomalšie a s veľkým množstvom chýb. Ukázalo sa teda, že motorické proteíny nie sú potrebné na delenie a hlavnú prácu na pohybe chromozómov počas mitózy vykonávajú mikrotubuly.

Laboratórne štúdie umožnili merať silu produkovanú ohýbaním protofilamentov (Grischuk et al., 2005).

Keďže takéto sily sú príliš malé, použilo sa špeciálne zariadenie nazývané laserová pinzeta. Vytvára vysoko zaostrený laserový lúč, čím vytvára nerovnomerné elektromagnetické pole. Častice padajúce do takéhoto poľa majú tendenciu dostať sa do stredu. Navyše, čím ďalej je častica od stredu, tým väčšia sila na ňu pôsobí.

Obrázok 3. Experimentálne usporiadanie použité na meranie sily vyvinutej mikrotubulom

Na meranie sily depolymerizácie sa na stenu umelo vytvoreného mikrotubulu (s GTP „viečkom“ na konci) pripevnila guľôčka (obr. 3). Potom sa pomocou ďalšieho lasera odrezal koniec mikrotubuly a potom sa trubica začala depolymerizovať. Keď zakrivené konce protofilamentov dosiahli guľôčku, došlo k jej krátkemu trhnutiu, ktoré bolo zaznamenané pomocou kvadrantového detektora (obr. 4).

Obrázok 4 - Typ prijímaných dát

Tieto experimenty potvrdili zakrivenie protofilamentov na konci kontrahujúceho sa mikrotubulu a umožnili zmerať silu vyvinutú protofilamentami. Počas depolymerizácie mikrotubuly vyvíjajú sily dostatočné na pohyb chromozómov. Nameraná sila je 30-60 pN na mikrotubulu.

Mikrotubuly sú účinné motory: premieňajú 80-90% energie vynaloženej na ich vytvorenie na prácu pri pohybe lopty.

Delenie všetkých eukaryotických buniek je spojené s vytvorením špeciálneho aparátu na delenie buniek. Aktívna úloha pri delení mitotických buniek sa často pripisuje cytoskeletálnym štruktúram. Bipolárne mitotické vreteno, ktoré pozostáva z mikrotubulov a pridružených proteínov, je univerzálne pre živočíšne aj rastlinné bunky. Deliace vreteno zabezpečuje striktne identickú distribúciu chromozómov medzi pólmi delenia, v oblasti ktorých sa v telofáze tvoria jadrá dcérskych buniek.

Ďalšia rovnako dôležitá štruktúra cytoskeletu je zodpovedná za delenie cytoplazmy a v dôsledku toho za distribúciu bunkových organel. V živočíšnych bunkách je za cytokinézu zodpovedný kontraktilný kruh aktínových a myozínových filamentov. Vo väčšine buniek vyšších rastlín prebieha cytokinéza v dôsledku prítomnosti tuhej bunkovej steny vytvorením bunkovej platničky v rovine medzi dvoma dcérskymi bunkami. Zároveň je oblasť tvorby nových bunkových prepážok vopred určená predprofázovým pásom aktínových mikrofilamentov, a keďže aktín sa podieľa aj na tvorbe bunkových prepážok v hubách, je možné, že riadi cytokinézu vo všetkých eukaryotoch.

Deliace vreteno

Neskorá metafáza mitózy v bunke ľahkého mloka. Jasne viditeľné je vreteno delenia tvorené mikrotubulmi a chromozómami

Tvorba štiepneho vretena začína profázou. Na jeho tvorbe sa podieľajú polárne telieska vretienka a kinetochory chromozómov, pričom obe interagujú s mikrotubulmi, biopolymérmi pozostávajúcimi z tubulínových podjednotiek. Hlavným centrom organizácie mikrotubulov v mnohých eukaryotických bunkách je centrozóm, akumulácia amorfného fibrilárneho materiálu a vo väčšine živočíšnych buniek centrozómy zahŕňajú aj páry centriolov. Počas interfázy COMT, zvyčajne umiestnený v blízkosti bunkového jadra, iniciuje rast mikrotubulov, ktoré sa rozchádzajú smerom k obvodu bunky a tvoria cytoskelet. V S-fáze sa materiál centrozómu zdvojnásobí a v profáze mitózy začína divergencia dcérskych centrozómov. Z nich zas „vyrastajú“ mikrotubuly, ktoré sa predlžujú, až sa dostanú do vzájomného kontaktu, po ktorom sa centrozómy rozchádzajú. Potom, v prometafáze, po deštrukcii jadrovej membrány, mikrotubuly prenikajú do oblasti bunkového jadra a interagujú s chromozómami. Dva dcérske centrozómy sa teraz nazývajú vretenové póly.

Podľa morfológie sa rozlišujú dva typy mitotického vretienka: astrálne a anastálne.

Astrálny typ mitotickej postavy, charakteristický pre živočíšne bunky, sa vyznačuje malými zónami na póloch vretena, v ktorých sa zbiehajú mikrotubuly. Často centrozómy umiestnené na póloch astrálneho vretena obsahujú centrioly. Z deliacich pólov sa všetkými smermi rozbiehajú aj radiálne mikrotubuly, ktoré nie sú súčasťou vretena, ale tvoria hviezdicovité zóny – citastre.

Anastriálny typ mitotickej postavy sa vyznačuje širokými polárnymi oblasťami vretena, takzvanými polárnymi čiapočkami, ktoré nezahŕňajú centrioly. Zároveň sa mikrotubuly rozchádzajú v širokej prednej časti od celej zóny polárnych čiapočiek. Tento typ mitotickej figúry sa vyznačuje aj absenciou citastrov. Anastrálny typ mitotického vretienka je najcharakteristickejší pre deliace sa bunky vyšších rastlín, aj keď sa niekedy pozoruje u niektorých živočíšnych buniek.

mikrotubuly

Mikrotubuly sú dynamické štruktúry, ktoré sa aktívne podieľajú na stavbe deliaceho vretienka počas mitózy. Chemicky sú to biopolyméry zložené z tubulínových proteínových podjednotiek. Počet mikrotubulov v bunkách rôznych organizmov sa môže výrazne líšiť. V metafáze môže deliace vreteno v bunkách vyšších živočíchov a rastlín obsahovať až niekoľko tisíc mikrotubulov, kým v niektorých hubách ich je len okolo 40.

Mikrotubuly mitotického vretienka sú „dynamicky nestabilné“. Ich „kladné“ alebo „plusové“ konce, rozbiehajúce sa všetkými smermi od centrozómov, sa náhle menia z rovnomerného rastu na rýchle skracovanie, pri ktorom často dochádza k depolymerizácii celého mikrotubulu. Podľa týchto údajov sa vznik mitotického vretienka vysvetľuje selektívnou stabilizáciou mikrotubulov interagujúcich v rovníkovej oblasti bunky s chromozómovými kinetochórmi a s mikrotubulami pochádzajúcimi z opačného pólu delenia. Tento model vysvetľuje charakteristickú bipolárnu postavu mitotického vretienka.

Centroméry a kinetochory

Centroméry sú špecializované sekvencie DNA potrebné na väzbu na mikrotubuly vretienka a na následnú segregáciu chromozómov. V závislosti od lokalizácie sa rozlišuje niekoľko typov centromér. Holocentrické centroméry sú charakterizované tvorbou väzieb s vretenovitými mikrotubulami po celej dĺžke chromozómu. Na rozdiel od holocentrických, monocentrické centroméry slúžia na komunikáciu s mikrotubulmi v jednej oblasti chromozómu.

Chromozómové kinetochory sa zvyčajne nachádzajú v centromerickej oblasti - komplexné proteínové komplexy, morfologicky veľmi podobné štruktúre rôznym skupinám eukaryotov, ako sú napríklad rozsievky a ľudia. Zvyčajne je pre každú chromatídu jeden kinetochór. Na elektrónových mikrofotografiách sa kinetochór zvyčajne javí ako lamelárna trojvrstvová štruktúra. Poradie vrstiev je nasledovné: vnútorná hustá vrstva susediaca s telom chromozómu; stredná voľná vrstva; vonkajšia hustá vrstva, z ktorej odchádzajú mnohé fibrily, tvoriace tzv. vláknitá koruna kinetochóru.

Medzi hlavné funkcie kinetochoru patrí: fixácia vretenových mikrotubulov, zabezpečenie pohybu chromozómov počas mitózy za účasti mikrotubulov, väzba sesterských chromatíd k sebe a regulácia ich následnej separácie v anafáze mitózy. Na zabezpečenie pohybu chromozómu stačí minimálne jeden mikrotubul spojený s kinetochorom. Avšak celé zväzky pozostávajúce z 20-40 mikrotubulov môžu byť spojené s jedným kinetochórom, aby sa zabezpečila divergencia chromozómov k pólom bunky.