Что служит для формирования веретена деления
Веретено деления
Веретено образуют три основных структурных элемента: микротрубочки, полюса деления и хромосомы. В организации полюсов деления у животных участвуют центросомы, содержащие центриоли. У растений, а также в ооцитах некоторых животных центросомы отсутствуют, и образуется ацентросомальное веретено с широкими полюсами. Важную роль в формировании веретена играют моторные белки, относящиеся к семействам динеинов и кинезинов.
Полноценное веретено деления образуется на стадии прометафазы после разрушения ядерной мембраны, когда цитоплазматические микротрубочки и центросомы (у животных) получают доступ к хромосомам и другим компонентам веретена. Исключение составляет веретено деления почкующихся дрожжей, которое формируется внутри ядра.
Связанные понятия
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Хромати́да (греч. chroma — цвет, краска и греч. eidos — вид) — структурный элемент хромосомы, формирующийся в интерфазе ядра клетки в результате удвоения хромосомы.
Плодовая мушка Drosophila melanogaster была введена в качестве модельного организма в генетические эксперименты Томасом Морганом в 1909 году и до настоящего времени является одним из самых любимых модельных организмов среди исследователей, изучающих эмбриональное развитие животных. Малый размер, быстрая смена поколений, высокая плодовитость, прозрачность эмбрионов — делают дрозофилу идеальным объектом для генетических исследований.
Что служит для формирования веретена деления
• Хромосомы разделяются посредством митотического веретена
• Веретено представляет собой симметричную биполярную структуру, состоящую из микротрубочек, расположенных между двумя полюсами. На каждом полюсе находится центросома
• Центросомы прикрепляются к веретену за счет взаимодействия своих кинетохоров с микротрубочками
Веретено представляет собой сложную динамическую структуру, которая быстро образуется в начале процесса деления и при его окончании так же быстро разрушается. Веретено необходимо для митоза и служит для выполнения двух отдельных функций: (1) обеспечение разделения реплицированных хромосом по дочерним ядрам при делении ядра (кариокинез) и (2) управление процессом деления цитоплазмы (цитокинез).
Если заблокировать образование веретена (например, обработав клетки различными химическими соединениями), то хромосомы конденсируются, но не движутся, как это обычно происходит в митозе, и процесс деления останавливается. Во многом веретено представляет собой род биологического мотора, который превращает химическую энергию в механическую работу, необходимую для перемещения хромосом и деления клетки. Функции веретена отражаются в его строении. Симметричная структура с двумя полюсами необходима для успешного прохождения митоза.
Действительно, она отражает принцип парности клеточного деления, при котором одна клетка и реплицированная ДНК делятся на две отдельных дочерних клетки.
Метафазное веретено в живой клетке тритона, видимое в фазовоконтрастном и поляризационном микроскопе.
Показана часть такой же клетки с веретеном в той же ориентации после иммунофлуоресцентного окрашивания микротрубочек (зеленым), хромосом (синим) и кератиновых филаментов (красным).
Отметим, что веретено не видно в фазовом контрасте, но видно в поляризованном свете. Микротрубочки веретена наиболее отчетливо видны после иммунофлуоресцентного окрашивания.
Веретено можно увидеть с помощью различных методов. Основной структурный элемент веретена — микротрубочки, слишком малы для того, чтобы их можно было видеть с помощью светового микроскопа (т. е. из-за недостаточного разрешения). Поэтому, хотя в клетках высших организмов часто можно наблюдать с помощью обычного светового микроскопа конденсированные хромосомы, веретена при этом не видно. Однако во многих случаях можно сделать вывод о наличии веретена по косвенному признаку, поскольку эта структура вытесняет видимые клеточные органеллы. При этом, как показано на рисунке ниже, пространство, занимаемое веретеном, по сравнению с окружающей цитоплазмой кажется более прозрачным. Хотя вначале исследователи считали, что веретено состоит из волокон, до начала 1950-х гг. это предположение не было подтверждено прямыми наблюдениями.
К этому времени усовершенствования техники поляризационной световой микроскопии позволили увидеть веретено на препаратах клеток. Типичная фотография веретена, полученная с помощью светового микроскопа, представлена на рисунке ниже. Структура приобрела черную окраску из-за взаимодействия поляризованного света с микротрубочками. В течение 1970-х гг. была разработана техника с использованием флуоресцентных зондов, которая позволила наблюдать компоненты веретена в трехмерном пространстве даже в живой клетке. Эта техника позволяет прослеживать положения одного или нескольких специфических белков веретена в ходе митоза. Одним из таких белков почти всегда является тубулин, поскольку он обеспечивает визуализацию микротрубочек.
При наблюдении в электронном микроскопе веретено типичной клетки млекопитающих состоит из трех структурных компонентов. Как показано на рисунке ниже, в каждом из двух полярных участков находится центросома. Эта красивая органелла включает пару небольших, интенсивно окрашенных структур, называемых центриолями.
Они окружены более или менее плотным диффузным материалом. Между центросомами расположены хромосомы, которые в большинстве клеток являются самыми крупными структурами веретена. Хромосомы состоят из компактных, плотно скрученных и сильно базофильных фибрилл хроматина диаметром 25 нм. Каждая хромосома содержит две небольших структуры, называемых кинетохоры (от греч. kineto — подвижный; chora — пространство). Кинетохоры прикрепляются к противоположным сторонам своей центромеры. Между полюсами веретена проходит плотный пучок расположенных параллельно друг другу микротрубочек.
На рисунке ниже это видно наиболее отчетливо. Один из концов микротрубочек веретена обычно расположен на самом полюсе или рядом с ним. Другой находится в области веретена в свободном состоянии или связан с кинетохором. Микротрубочки растут от каждого полюса, что делает веретено симметричной структурой, образованной двумя параллельными и перекрывающимися пучками микротрубочек. Каждый из этих пучков называется полуверетено. У большинства позвоночных полуверетено состоит из 600-750 микротрубочек, 30-40% которых заканчиваются на кинетохорах.
В каждом полуверетене, наряду с основными микротрубочками, из каждого полюса выходят другие микротрубочки. Эти микротрубочки распространяются во всех направлениях, образуя радиальные структуры, которые называются звездами (астерами) и располагаются в центре каждого полюса. Так же как и микротрубочки веретена, все астральные микротрубочки одним концом ориентированы на полюс, а другим на отдаленную точку в цитоплазме. В митозе астральные звезды обладают несколькими функциями. Наряду с позиционированием веретена в клетке, которое определяет плоскость цитокинеза, они также участвуют в отделении полюсов (центросом) при образовании веретена в анафазе В.
Критическую роль в митозе также играют два кинетохора каждой хромосомы. Их роль в перемещении хромосом обнаружилась очень давно, поскольку оказалось, что фрагменты хромосом, не содержащие кинетохора, не способны к направленному движению. Особенно важно, каким образом располагаются кинетохоры по отношению друг к другу. Поскольку они расположены на противоположных сторонах центромеры, то обращены к противоположным полюсам веретена, что позволяет реплицированным хромосомам присоединяться к обоим полюсам. Наличие такой позиционной взаимосвязи между двумя кинетохорами существенно для сегрегации двух хроматид в разные ядра. При образовании веретена каждый кинетохор связывается с концами множества микротрубочек, исходящих из одного полюса, и образует пучок, называемый кинетохорным пучком, который проходит между кинетохором и полюсом.
Нити кинетохора и сами кинетохоры не являются всего лишь транспортной системой канатов, позволяющих хроматидам продвигаться к полюсам. Скорее всего, они играют более важную активную роль, не только определяя направление движения хромосомы, но и генерируя усилия, необходимые для этого движения.
Для того чтобы понять молекулярные механизмы митоза, необходимо ответить на следующие кардинальные вопросы. Каким образом формируется веретено и как обеспечивается его биполярная структура? Каким образом генерируются усилия, обеспечивающие движение хромосом и как это движение регулируется? Как обеспечивается точность процесса сегрегации хромосом? Каким образом после сегрегации хромосом происходит разделение цитоплазмы с образованием двух дочерних клеток?
Электронная микрофотография, демонстрирующая основные структурные элементы митотического веретена.
Крупные пучки микротрубочек соединяют каждую центросому с кинетохорами на хромосомах.
В центре фотографии кинетохоры, помеченные стрелками, иллюстрируют, что два кинетохора на хромосоме обращены к противоположным полюсам веретена. 
На основной фотографии помещено изображение центросомы в электронном микросокопе.
Две центриоли расположены под прямым углом друг к другу, так, что одна выглядит как круг, а другая как прямоугольник.
Вокруг первой центриоли находится скопление гранулярного материала
(сравните область, примыкающую к центриоли, с более удаленными частями цитоплазмы,
которые окрашены менее интенсивно и где заметно присутствие многих мембранных везикул). 
Нити кинетохора, прикрепленные к сестринским хроматидам.
Окрашивание иммунофлуоресцентным методом (слева) и фотография, сделанная в электронном микроскопе (в центре и справа). 
Последовательность событий мейоза включает два клеточных деления.
При первом делении происходит разделение гомологичных хромосом,
при втором разделяются индивидуальные хроматиды (каждой хромосомы).
При митозе происходит только разделение хроматид.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Что служит для формирования веретена деления
• Изменения в центросомах и в цитоплазме в начале митоза приводят к образованию вокруг каждой центросомы астральных структур, состоящих из коротких высокодинамичных микротрубочек
• Образование митотического веретена инициируется взаимодействием между астральными структурами, образованными двумя центросомами
• Разделение центросом зависит от белковых моторов микротрубочек
• Путь образования веретена зависит оттого, произошло расхождение центросом до или после разрыва оболочки ядра
По мере продвижения клетки из интерфазы в митоз, структура микротрубочек проходит через ряд быстрых и глубоких изменений. В цитоплазме происходит разборка длинных микротрубочек, типичных для интерфазной клетки, и каждая из двух центросом нуклеирует плотную радиальную структуру, состоящую из коротких микротрубочек (звезду, или звездчатую структуру).
Как показано на рисунке ниже, в конце концов две эти звездчатые структуры своими микротрубочками участвуют в образовании веретена. В начале митоза происходят изменения количества и распределения микротрубочек, которое определяется разными процессами, в том числе изменениями центросомы.
Незадолго до того как клетка коммитируется к митозу, меняются обе центросомы. Они становятся способны к нуклеации гораздо большего числа микротрубочек, чем в течение интерфазы. Как только это происходит, связанные с центросомой белки становятся более фосфорилированными, в центросомах возрастает содержание у-тубулина, и происходит расширение области перицентриолярного материала. Остается неясным, каким образом происходит процесс «созревания». Вероятно, в нем участвуют специфические киназы, которые активируются по мере перехода клетки из фазы G2 в митоз, включая главную регуляторную киназу митоза.
Для превращения одной структуры в другую требуется всего несколько минут.
Микротрубочки флуоресцируют зеленым цветом, хромосомы синим, а промежуточные филаменты — красным.
Примерно в то же время из-за изменения условий в цитоплазме происходит дестабилизация микротрубочек. Это приводит к замещению сети, состоящей из длинных интерфазных микротрубочек, двумя звездчатыми структурами, состоящими из коротких микротрубочек и образующимися на центросомах, как описано выше. В результате, к началу прометафазы общая длина микротрубочек в клетке уменьшается, и скорость, с которой образуются новые и разрушаются старые микротрубочки (т. е. оборот микротрубочек), увеличивается.
Это означает, что, как только начинается разрушение ядерной оболочки, область, окружающая ядро, постоянно зондируется большим количеством крайне динамичных микротрубочек, растущих от каждой звездчатой структуры. Как мы увидим далее, столь динамичный характер обеспечивает связывание звездчатых структур с хромосомами.
Как показано на рисунке ниже, образуется «однополюсное» полуверетено; оно сохраняется до тех пор, пока нс разойдутся две центросомы, после чего образуется двухполюсное веретено. Расхождение центросом после разрушения оболочки ядра включает эффект двух сил: одна их толкает за счет ки-незиноподобного белка Eg5, который взаимодействует с примыкающими микротрубочками противоположной полярности, расположенными между двумя центросомами. Вторая сила тянет центросомы за счет цитоплазматического динеина, закрепленного на периферии клетки (т. е. в ее кортексе).
В отсутствие препятствий эти две силы раздвигают центросомы до тех пор, пока не разойдутся две звездчатые структуры. Однако расхождение центросом ограничивается существованием других моторов, которые связаны со звездчатыми структурами, а также образованием нитей кинетохора на сестринских кинетохорах.
Веретено образуется другим способом, если две звездчатые структуры уже разошлись и произошло разрушение ядерной оболочки. При этом расхождение звездчатых структур происходит без участия Eg5, который оказывается недоступным, поскольку находится в ядре. Вместо него с микротрубочками, отходящими из каждой центросомы, взаимодействует цитоплазматический динеин, и когда укрепилась связь между двумя центросомами, он способен обеспечить их расхождение. В этом случае динеин локализован в клеточном кортексе и на поверхности ядерной оболочки. Актиновые филаменты определяют направление, по которому расходятся две центросомы, взаимодействуя с миозином, расположенным или в самих центросомах или вдоль микротрубочек
Когда расхождение двух звездчатых структур происходит до разрушения ядерной оболочки, то часто в области, где перекрываются микротрубочки, образуется первичное веретено. Однако до разрушения ядерной оболочки эта структура является неустойчивой, и микротрубочки центросом могут разойтись настолько далеко, что не будут перекрываться. Это объясняется тем, что для устойчивости веретена необходимы белки, которые находятся в интерфазном ядре, и выходят в цитоплазму только после разрушения оболочки ядра. В результате во многих клетках, находящихся в поздней профазе, две центросомы и звездчатые структуры расположены в противоположных участках ядра и не взаимодействуют между собой.
В таких клетках веретено образуется лишь после того, как кинетохоры станут доступными для микротрубочек и смогут связать две звездчатых структуры.
Кадр видеофильма, иллюстрирующий изменение организации микротрубочек в митотические структуры. 
Два механизма образования веретена различаются на этапе расхождения центросом по отношению к процессу разрушения ядерной оболочки.
Способность клетки к образованию веретена, независимо от того, когда расходятся центросомы, подчеркивает необычайно гибкий характер процесса его формирования. 
Слева представлено монополярное веретено, образующееся в клетке кенгуровой крысы,
при блокировании процесса расхождения центросом (вид сбоку).
Хромосомы (флуоресцируют оранжевым цветом) присоединены к одному из полюсов.
Видны толстые нити кинетохоров. Для сравнения на врезке показано обычное биполярное веретено.
Справа показано аналогичное монополярное веретено в клетке человека (вид спереди).
В центре находятся центросомы (флуоресцируют синим цветом). 
Процесс образования веретена начинается, как только произошел разрыв оболочки ядра.
Вначале обе центросомы примыкают друг к другу. Белки Eg5 и HSET представляют собой моторы микротрубочек и входят в семейство кинезинов.
Однако Eg5 движется к плюс-концу микротрубочки, a HSET — к ее минус-концу.
Длина веретена определяется балансом усилий, развиваемых тремя моторами.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Органоиды клетки
Клеточная мембрана (оболочка)
Запомните, что в отличие от клеточной стенки, которая есть только у растительных клеток и у клеток грибов (она придает им плотную, жесткую форму) клеточная мембрана есть у всех клеток без исключения! Этот важный момент объясню еще раз 🙂 У клеток животных имеется только клеточная мембрана, а у клеток растений и грибов есть и клеточная стенка, и клеточная мембрана.
Интегральные (пронизывающие) белки образуют каналы, по которым молекулы различных веществ могут поступать в клетку или удаляться из нее. «Заякоренные» молекулы олигосахаридов на поверхности клетки образуют гликокаликс, который выполняет рецепторную функцию, участвует в избирательном транспорте веществ через мембрану.
Вирусы и бактерии не являются исключением: они взаимодействуют только с теми клетками, на которых есть подходящие к ним рецепторы. Так, вирус гриппа поражает преимущественно клетки слизистой верхних дыхательных путей. Однако, если рецепторов нет, то вирус не может проникнуть в клетку, и организм приобретает невосприимчивость к инфекции. Вспомните врожденный иммунитет: именно по причине отсутствия рецепторов человек не восприимчив ко многим болезням животных.
Итак, вернемся к клеточной мембране. Ее можно сравнить со стенами помещения, в котором, вероятно, вы находитесь. Стены дома защищают его от ветра, дождя, снега и прочих факторов внешней среды. Рискну предположить, что в вашем доме есть окна и двери, которые по мере необходимости открываются и закрываются 🙂 Так и клеточная мембрана может сообщать внутреннюю среду клетки с внешней средой: через мембрану вещества поступают в клетку и удаляются из нее.
Внутрь клетки с помощью осмоса поступает вода. Путем простой диффузии в клетку попадают O2, H2O, CO2, мочевина. Облегченная диффузия характерна для транспорта глюкозы, аминокислот.
Активный транспорт чаще происходит против градиента концентрации, в ходе него используются белки-переносчики и энергия АТФ. Ярким примером является натрий-калиевый насос, который накачивает ионы калия внутрь клетки, а ионы натрия выводит наружу. Это происходит против градиента концентрации, поэтому без затрат энергии (АТФ) не обойтись.
Фагоцитоз был открыт И.И. Мечниковым, который создал фагоцитарную теорию иммунитета. Это теория гласит, что в основе иммунной системы нашего организма лежит явление фагоцитоза: попавшие в организм бактерии уничтожаются фагоцитами (T-лимфоцитами), которые переваривают их.
В ходе эндоцитоза мембрана сильно прогибается внутрь клетки, ее края смыкаются, захватывая бактерию, пищевые частицы или жидкость внутрь клетки. Образуется везикула (пузырек), который движется к пищеварительной вакуоли или лизосоме, где происходит внутриклеточное пищеварение.
Клеточная стенка
Цитоплазма
Постоянное движение цитоплазмы поддерживает связь между органоидами клетки и обеспечивает ее целостность.
Прокариоты и эукариоты
Немембранные органоиды
Очень мелкая органелла (около 20 нм), которая была открыта после появления электронного микроскопа. Состоит из двух субъединиц: большой и малой, в состав которых входят белки и рРНК (рибосомальная РНК), синтезируемая в ядрышке.
Это органоиды движения, которые выступают над поверхностью клетки и имеют в основе пучок микротрубочек. Реснички встречаются только в клетках животных, жгутики можно обнаружить у животных, растений и бактерий.
Одномембранные органоиды
ЭПС представляет собой систему мембран, пронизывающих всю клетку и разделяющих ее на отдельные изолированные части (компартменты). Это крайне важно, так как в разных частях клетки идут реакции, которые могут помешать друг другу, что нарушит процессы жизнедеятельности.
Выделяют гладкую ЭПС и шероховатую ЭПС. Обе они выполняют функцию внутриклеточного транспорта веществ, однако между ними имеются различия. На мембранах гладкой ЭПС происходит синтез липидов, обезвреживаются вредные вещества. Шероховатая ЭПС синтезирует белок, так как имеет на мембранах многочисленные рибосомы (потому и называется шероховатой).
Модифицированные вещества упаковываются в пузырьки и могут перемещаться к мембране клетки, соединяясь с ней, они изливают свое содержимое во внешнюю среду. Можно догадаться, что комплекс Гольджи хорошо развит в клетках эндокринных желез, которые в большом количестве синтезируют и выделяют в кровь гормоны.
В комплексе Гольджи появляются первичные лизосомы, которые содержат ферменты в неактивном состоянии.
В ходе апоптоза ферменты лизосомы изливаются внутрь клетки, ее содержимое переваривается. Предполагают, что нарушение апоптоза в раковых клетках ведет к бесконтрольному росту опухоли.
Пероксисомы (микротельца) содержат окислительно-восстановительные ферменты, которые разлагают H2O2 (пероксид водорода) на воду и кислород. Если бы пероксид водорода оставался неразрушенными, это приводило бы к серьезным повреждениям клетки.
Трудно переоценить значение вакуолей в жизнедеятельности растительной клетки. Вакуоли создают осмотическое давление, придают клетке форму.
Примечательно, что по размеру вакуолей можно судить о возрасте клетки: молодые клетки имеют вакуоли небольшого размера, а в старых клетках вакуоли могут настолько увеличиваться, что оттесняют ядро и остальные органоиды на периферию.
Двумембранные органоиды
Оболочка ядра состоит из двух мембран и пронизана большим количеством ядерных пор, через которые происходит сообщение между кариоплазмой и цитоплазмой. Главными функциями ядра является хранение, защита и передача наследственного материала дочерним клеткам.
Замечу, что хромосомы видны только в момент деления клетки. Хромосомы представляют собой сильно спирализованные молекулы ДНК, связанные с белками.
Хромосомы отличаются друг от друга по строению, форме, размерам. Совокупность всех признаков (форма, число, размер) хромосом называется кариотип. Кариотип может быть представлен по-разному: существует кариотип вида, особи, клетки.
В связи с этим, митохондрия считается полуавтономным органоидом. Вероятнее всего, изначально митохондрии были самостоятельными организмами, однако со временем вступили в симбиоз с эукариотами и стали частью клетки.
Так же, как и митохондрии, пластиды относятся к полуавтономным органоидам: в них имеется кольцевидная ДНК (находится в нуклеоиде), рибосомы.
Пластиды, которые содержат пигменты каратиноиды в различных сочетаниях. Сочетание пигментов обуславливает красную, оранжевую или желтую окраску. Находятся в плодах, листьях, лепестках цветков.
Хромопласты могут развиваться из хлоропластов: во время созревания плодов хлоропласты теряют хлорофилл и крахмал, в них активируется биосинтез каротиноидов.
Не содержат пигментов, образуются в запасающих частях растения (клубни, корневища). В лейкопластах накапливается крахмал, липиды (жиры), пептиды (белки). На свету лейкопласты могут превращаться в хлоропласты и запускать процесс фотосинтеза.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.