0106; 30.03.2009, cwiczenia nr 6., - Wrzeciono podziałowe; Paul Esz
Dwa procesy, które opisują mikrotubule:
 dynamiczna niestabilność  fluktuacja pomiędzy fazami elongacji i skracania, jest procesem, w którym
polimery mikrotubulinowe podlegają wydłużonemu okresowi gromadzenia, po którym następuje gwałtowny
okres demontażu tych struktur
 treadmilling  polega na włączaniu dimerów tubulinowych na końcu plus i równoczesnym uwalnianiu ich z
końca minus; długość polimeru pozostaje niezmienna podczas przebiegu procesu równocześnie otrzymując
ciągły przepływ dimerów tubulinowych z końca plus do końca minus
Wrzeciono podziałowe
Powstaje w profazie, zgodnie z jednbym z wzorców:
 w obecności centrosfery
 lub jej braku
Na tej podstawie można wyróżnić wrzeciona podziałowe:
 anastralne (rośliny nasienne)
 astralne (w komórkach pozostałych eukaritów)
Na obu biegunach wrzeciona astralnego występują pary centriol, z których wyrastają promieniście mikrotuibule 
tworząc astrosferę. Struktura astrosfery bierze swój początek w centrum komórki, albo centrosomie.
Cytocentrum
 postać zżelowanej cytoplazmy, strukturalnie mało zdefiniowana, jest ośrodkiem formowania mikrotubul
 cytocentrum nazywane jest centrum organizacyjnym mikrotubul lub MTOC.
 środek cytocentrum zajmuje para centriol, cylindrycznych tworów ustawionych prostopadle względem siebie,
zbudowanych z 9 tripletów mikrotubul ułożonych skośnie względem siebie.
 w profazie obu typów podziałów cytocentrum staje się inicjatorem organizacji wrzeciona podziałowego
Centrosom  zlokalizowany blisko jądra kom,orkowego, występuje pojedynczo lub wielokrotnie.
Elementy wrzeciona kariokinetycznego
 głównym ośrodkiem organizacyjnym wrzeciona astralnego są dwie astrosfery, które w dojrzałym wrzecionie
są usytuowane na jego przeciwległych biegunach;
 astrosfery zbudowane są z centralnie położonej pary centriol  diplosomu  wokół którego znajduje się
sferyczna przestrzeń reprezentująca centrosferę, z której wyrastają promieniście mikrotubule  tzw. włókna
astralne rozchodzące się promieniście od obu biegunów tworząc astrosferę
 włókna biegunowe przebiegają nieprzerwanie przez całą długość wrzeciona od jednego bieguna do drugiego
 włókna chromosomowe biorą swój początek przy biegunach wrzeciona i kończą się na kinetochorach
chromatyd
 włókna międzychromosomowe są obecne tylko w anafazie między dwiema grupami chromosomów
Rysunek
Koniec minus jest zakotwiczony w centrosomie. Wolne końce plus są  dynamicznie niestabilne i przełączają się z
wydłużania na skracanie. W strefie zachodzenia białka związane z mikrotubulami łączą takie mikrotubule razem ze
sobą (czarne punkty), końce ulegają destabilizacji.
Typy wrzecion podziałowych (DO SAMODZIELNEGO OPRACOWANIA)
I Astralne:
 wrzeciono rozproszone:
 występują w komórkach owadów wachlarzoskrzydłych (małe podobna do chrząszczy)
 dzielące się mitotycznie komórki zaopatrują każdy chromosom w indywidualna wrzeciona
podziałowe
 wrzeciono jednobiegunowe:
 występuje w komórkach jednej z muchówek tj. ziemiórki
 składa się z jednej astrosfery, od której odchodzą jedynie włókna chromosomowe
 część chromosomów jest przyciągana do jednego bieguna
 pozostałe są odpychane w kierunku przeciwnego bieguna
 wrzeciono podziałowe asymetryczne:
 występuje w komórkach płciowych modliszki
 w czasie metafazy II podziału mejotycznego chromosom płci pozostaje poza wrzecionem
 nie jest przyczepiony do żadnego włókna wrzeciona
 ale przechodzi losowo, do którejś z komórek - gamet
 wrzeciono zewnętrzne pierwotne:
 występuje w komórkach ewolucyjnie starych pierwotniaków, tj. bruzdnic
 w czasie podziału mitotyczengo wrzeciono podziałowe pozostaje całkowicie poza
wewnętrznym obszarem jądra, natomiast chromosomy nie opuszczają jądra i są
przyczepione do osłonki jądrowej, która nie ulega rozpadowi
 włókna wrzeciona przebiegają w kanałach powstałych przez głębokie wpuklenia osłonki
jądrowej
 chromosomy nie są bezpośrednio przyczepione do włókien wrzeciona
 włókna wrzeciona nadają jedynie kierunek ruchu i wyznaczają płaszczyznę podziału
 ten system podziału przypomina bardzo pierwotny podział bakterii  gdzie chromosomy są
przyczepione do błony komórkowej, a rozdział między nimi dokonuje się dzięki wrastaniu
między nie błony komórkowej
 wrzeciono zewnętrzne zaawansowane:
 brak większych różnic od poprzedniego
 nadal pozostaje poza jądrem komórkowym
 bierze pośrednio udział w rozdziale chromatyd chromosomów
 w początkowej fazie chromosomy pozostają przyczepione do osłonki jądrowej
 ich chromatydy zostają rozsunięte w kierunku biegunów jądra, dzięki gwałtownemu
wzrostowi osłonki jądrowej
 gdy chromatydy osiągną okolicę biegunów, ich kinetochory łączą się z biegunowymi
włóknami wrzeciona za pośrednictwem osłonki jądrowej i zostają całkowicie przeciągnięte
do biegunów
 wrzeciono podziałowe wewnętrzne:
 całkowicie odmienne
 w komórkach pierwotniaków, glonów i grzybów
 tworzy się pomiędzy tzw. ciałkami polarnymi wrzeciona; SPB
 składa się z trzech warstw płytek, na przemian o gęstej i rzadkiej strukturze, wbudowanych
w osłonkę jądrową
 np. drożdże  płytka zewnętrzna przylega do osłonki jądrowej, środkowej  wtopionej w
osłonkę, i wewnętrznej leżącej tuż pod osłonką jądrową, we wnętrzu jądra
 w czasie interfazy SPB leży z jednej strony i służy jako ośrodek organizacyjny mikrotubul
 od płytki zewnętrznej odchodzą w głąb cytoplazmy pęki mikrotubul tworząc szkielet
komórkowych
 w póz
nej profazie SPG dzieli się na dwie części
 dwa SPB zajmują dwa przeciwległe bieguny jądra
 w czasie wędrówki SPB na przeciwlegle bieguny jądra z wewnętrznych płytek SPB
 wyrastają mikrotubule, które wnikają w głąb jądra i tworzą wrzeciono wewnętrzne jądra
 mikrotubule odchodzące od zewnętrznej płytki SPB pozostają nadal i rozciągają się w głąb
cytoplazmy
 podział chromosomów przebiega w jądrze bez naruszenia osłonki jądrowej
 po rozdziale chromosomów w anafazie wytwarza się bruzda podziałowa, która dzieli jądro
na dwa potomne
II Anastralne:
 wrzeciono anastralne
 powstaje bez udziału astrosfer i centriol
 pierwsze fazy formowania wrzeciona występują już we wczesnej profazie
 wokół jądra komórkowego pojawia się wąska, jasna obwódka
 obwódka powiększa się i przybiera postać wrzeciona, całkowicie obejmującego jądro
komórkowe
 obwódka składa się z rozrzuconych mikrotubul, które następnie układają się w równoległe
pęczki
 występują głównie w komórkach roślin wyższych, pierwotniaków, oocytach zwierząt
wyższych
O ile rozdzielenie chromatyd przebiega bez udziału elementów wrzeciona podziałowego  jego mikrotubul, o tyle
w przesunięciu chromatyd do biegunów wrzeciona uczestniczą mikrotubule wrzeciona podziałowego.
Inne elementy odpowiedzialne za podział komórki
 pierścień kurczliwy:
 w komórkach zwierzęcych cytokineza wygląda następująco
 w płaszczyz
nie równikowej dzielącej się komórki tworzy się tzw. pierścień kurczliwy
 zbudowany z cząsteczek białek - miozyny i aktyny
 w wyniku zaciskania się tego pierścienia powstaje tzw. bruzda podziałowa
 pod bruzdą podziałową zlokalizowane są pęcherzyki siateczki wewnątrzplazmatycznej, które
łączą się i pomagają rozdzielić cytoplazmę oraz odtworzyć (błonę komórkową)
 ostatecznie prowadzi to do rozdzielenia cytoplazmy pomiędzy dwie komórki potomne
Kinetochor
 chromosom po replikacji zaopatrzony jest w dwie odrębne struktury białkowe kinetochory, które są
usytuowane na poziomie przewężenia pierwotnego (centromeru) i należą do siostrzanych chromatyd
 (glony, owady, śluzowce, ssaki i pierwotniaki)
 są zbudowane z trzech płytek
 najbardziej zewnętrzna (35 do 40 nm) składa się z luz
nej sieci włókien o średnicy 10.20 nm i filamentów,
które wysterczają z zewnętrznej płytki na odległość od 0,1 do 0,3 um, tworząc koronę kinetochoru
 płytka środkowa ma budowę włóknistą, a jej grubości wynosi 15-35 nm.
 Płytka wewnętrzna przylegająca bezpośrednio do centromerowego rejonu chromatyny, ma strukturę ziarnistą
Funkcje kinetochorów
 kontrolują segregacją chromatyd chromosomów podczas mitozy
 służą jako miejsce zakotwiczenia dla włókien wrzeciona kariokinetycznego
 są rejonem inicjującym polimeryzację i depolimeryzację mikrotubul
 są strukturami odpowiedzialnymi głównie za ruch chromosomów do przeciwległych biegunów wrzeciona
podziałowego i za precyzyjną orientację chromosomów w płaszczyz
nie płytki metafazowej
 białka wchodzące w skład kinetochoru:
 CENP-B oraz INCNP (wiążą siostrzane chromatydy)
 CENP-A, CENP-B, CENP-C oraz CENP-D (związane z inicjacją polimeryzacji tubuliny)
Rysunek nr 1 Rysunek nr 3
Schemat organizacji wrzeciona podziałowego astralnego 1  korona kinetochoru
1  diplosomy 2  płytka środkowa
2  centrosfery  sferyczne przestrzenie 3  płytka wewnętrzna
3  astrosfery zbudowane z włókien astralnych 4  mikrotubule kinetochorowe
4  włókna biegunowe
5  włókna chromosomowe, kinetochorowe