Мітоз за п'ятьма фазами: як одна клітина стає двома

Одна клітина вірною дорогою перетворюється на дві

Мітоз – це процес, за допомогою якого еукаріотична клітина дублює весь свій геном і потім розділяється так, щоб кожна з двох отриманих дочірніх клітин отримала повну та ідентичну копію кожного хромосоми. Якщо все зроблено правильно – у вас виникнуть дві здорові клітини; якщо ні – то одна з дочірніх клітин матиме занадто багато або замало хромосом – анеуплоїдія, яка є ознакою багатьох ракових захворювань та таких станів, як синдром Дауна, коли помилки виникають під час процесу мейозу. Біологи традиційно розділяють цей процес на п’ять названих фаз, кожна з яких чітко визначена та візуально відрізняється.

Профаза: хромосоми конденсуються

Перед початком мітозу клітина вже дублювала ДНК під час фази S інтерфази, тому кожна хромосома тепер існує у вигляді двох ідентичних сестринських хроматид, з’єднаних центромерою. Під час профази ця розпутана хаотична хроматина згортається та конденсується в компактні видимі форми хромосом, які можна розрізнити під мікроскопом, ядерна оболонка починає руйнуватися, а два центросоми – центри організації мітотичного веретена клітин – починають мігрувати до протилежних полюсів клітини, формуючи його.

Під час профази відбувається конденсація хроматин, що забезпечує їхню видимість під мікроскопом. Клітина готується до поділу, розчиняючи ядерну оболонку та організовуючи мітотичний веретено.

Промофаза та метафаза: захоплення та вирівнювання

Після повного розчинення ядерної оболонки в промофазі, спальні мікротрубочки проникають у колишній ядерний простір і прикріплюються до кожного хромосоми на рівні білкової структури, званої кіноточкою, зібраною на центромері. Правильне приєднання означає, що кожна сестринська хроматида захоплюється мікротрубочками з протилежних спальних полюсів — конфігурація, яка називається амфітелічним приєднанням. Клітина не переходить до наступного етапу, поки кожна хромосома таким чином не буде захоплена та відтягнута до екваторіальної площини клітини – метафазної пластини; це вирівнювання активно контролюється спадковою перевіркою збирача, яка зупиняє цикл, якщо навіть одна кіноточка не приєднана або неправильно приєднана.

spindle assembly checkpoint, simplified:
  for each chromosome:
      if kinetochore not correctly attached to both poles:
          block anaphase onset (delay cell cycle)
  once all chromosomes report correct attachment -> release the brake -> anaphase begins

Анафаза: найшвидший і незворотній етап

Анафаза починається миттєво, як тільки перевірочна точка задоволена, і спровокована ферментним комплексом (APC/C), який позначає білок, що з’єднує генетичні копії хромосом (когезин) для руйнування. Після розщеплення когезину дві генетичні копії хромосом від кожного хромосоми відокремлюються одночасно та тягнуться до протилежних полюсів сполучної мікротрубочки, а самі полюси віддаляються один від одного завдяки взаємному зсуву переплетенних мікротрубочок – скоординована, практично незворотна подія, яка триває лише кілька хвилин.

Телофаза та цитокінез: дві клітини виділяються

Під час телофази два окремі набори хромосом доходять до протилежних полюсів, дегідратуються і повертаються у вільний вміст рекомбінантного ДНК, а новий ядерну оболонку формується навколо кожного набору, створюючи дві ядра все ще в одній клітині. Фізичне розділення на дві окремі клітини – цитокінез – зазвичай починається вже під час анафези у тваринних клітинах, через скоротливий кільцеподібний механізм з актину та міозинового волокна, який стискає клітинну мембрану всередину на екваторі, як зав’язка, нарешті відокремлюючи дві дочірні клітини.

Що показує симуляція

Ця симуляція відображає п'ять фаз послідовно – конденсацію хромосом, утворення пучки, захоплення кінетохором, метафазне вирівнювання, розділення сестер-хроматидів та остаточний розрив цитокінезу – так що механіка сегментації хромосом, і сувора контрольна точка, яка запобігає поширенню помилок, стають видимими як безперервний рух, а не п'ять статичних діаграм з підручника.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Mitosis 3D і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.