Познание мира

В последовательности нуклеотидов, составляющих эту хорошо известную двойную спираль, находятся ответы на все биологические процессы, поскольку эта нуклеиновая кислота содержит генетические инструкции, используемые в развитии и функционировании всех живых организмов.

В эукариотических клетках ДНК обернута ядерной мембраной, но это не мешает ей контактировать с остальным клеточным аппаратом. Посредством процессов транскрипции и трансляции (опосредованных РНК, ферментами и рибосомами) вся кодирующая информация, присутствующая в геноме, может быть переведена в синтез белка и, следовательно, обеспечивает любой метаболический процесс на клеточном и тканевом уровне.

В дополнение к этому удивительному механизму ДНК является основой самой эволюции. Благодаря этому биополимеру в форме двойной спирали живые существа наследуют информацию от наших отцов и матерей, и, кроме того, мы мутируем как виды и страдаем от изменений на протяжении веков. 

Что такое хромосомы и как они организованы?

Мы начинаем с установления ряда основных терминов, потому что прежде всего необходимо знать генетические характеристики человека. В каждой из наших клеток есть 23 пары хромосом (2n, диплоидия), то есть всего 46. Клетки, из которых состоят ткани, называются соматическими, и все из них они делятся митозом: благодаря этому механизму каждая клетка, полученная из другой, будет иметь одинаковое количество генетической информации, то есть 46 хромосом.

С другой стороны, наши половые клетки делятся посредством мейоза — процесса, в результате которого образуются гаплоидные гаметы (n), которые представляют собой яйцеклетки и сперматозоиды, с 23 хромосомами. Таким образом, когда зигота создается путем слияния этих половых клеток, состояние диплоидии восстанавливается, и плод дает начало функциональному человеку после своего развития. Основываясь на этой предпосылке, вы поймете, что половина вашей генетической информации исходит от вашего отца, а другая половина — от генома вашей матери.

Помимо схем наследования, важно знать, что ДНК сгруппирована в ядре наших клеток в вещество, называемое хроматином, которое, в свою очередь, образует хромосому. Если вы представите себе Х-образную хромосому и разрежете ее пополам по вертикальной оси, каждая из двух получаемых единиц называется хроматидами. Исходя из этого, мы наблюдаем следующие участки нормальной хромосомы:

1. Пленка и матрица: каждая хромосома ограничена мембраной, которая, в свою очередь, включает внутри студенистое вещество.
2. Хромонемы: нитевидная структура, составляющая каждую из двух хроматид, то есть половинок, составляющих Х-образную хромосому. Они состоят из ДНК и белков.
3. Хромомеры: последовательность гранул, которые сопровождают хромонемы по их длине.
4. Центромера: это узкая секция, разделяющая ветви хромосомы. 
5. Вторичные перетяжки: участки хромосомы, расположенные на концах плеч.
6. Теломеры: кончики хромосом. Они не реплицируются полностью во время деления клеток, поэтому с каждой новой клеткой они становятся немного короче. Они ответственны за старение клеток.

Хромосома содержит сотни тысяч генов, поэтому очевидно, что она должна претерпеть ряд изменений, когда дело доходит до репликации клетки путем митоза, то есть 2 клеточные тела формируются там, где было одно раньше. Здесь центромера играет существенную роль, которая не могла действовать без действия кинетохоры.

Что такое кинетохор?

Кинетохор представляет собой трехламинарную дискообразную структуру, расположенную в центромере каждой хромосомы. Микротрубочки митотического веретена закрепляются на этой особой структуре во время процессов клеточного деления.

Кинетохор имеет диаметр от 350 до 500 нанометров, и, благодаря ее функциональности, различные движения хромосом, которые так заметны во время митоза, организуются. В хромосомах животных различают 2 существенные части: внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя кинетохора организована на высоко повторяющихся последовательностях ДНК и собирается на специальной форме хроматина. Внутренняя часть является осмофильной и находится в непосредственном контакте с хромосомой, толщиной около 40 нанометров.

С другой стороны, внешняя кинетохора — это белковая структура со многими динамическими компонентами, которая функционирует только во время деления клетки.

Роль кинетохор в делении клеток

Чтобы понять, на чем основано назначение кинетохоры, мы должны кратко рассмотреть процесс деления клеток. Мы собираемся сосредоточиться на митозе, поскольку его гораздо легче объяснить, и он служит нам прекрасным примером работы этой структуры. 

1. Межфаза: фаза, в которой клетка проводит большую часть своей жизни. Во время не` происходит репликация генетической информации при подготовке к митозу.
2. Профаза: хромосомы конденсируются, ядерная мембрана разрывается и образуются волокна митотического веретена.
3. Метафаза — реплицированные хромосомы выстраиваются в середину клетки.
4. Анафаза: хромосомы разделяются, и клетка удлиняется с характерными полюсами.
5. Ядерные мембраны повторно формируются на 2 полюсах, и новая клеточная мембрана формируется для создания двух независимых клеток.

Благодаря этому процессу, где раньше была одна клетка, теперь их 2. Функциональность кинетохоры проявляется в метафазе и анафазе.

К этой структуре прикреплены микротрубочки, которые представляют собой нестабильные образования альфа- и бета-тубулина, которые дают начало так называемому митотическому веретену. В метафазе все хромосомы выровнены в центре клетки, а во время анафазы каждая из хроматид уносится благодаря действию микротрубочек. Кинетохоры — это точки соединения, в которых закрепляются эти тубулиновые образования, поэтому без них было бы невозможно осуществить деление клеток.

Кроме того, следует отметить, что количество микротрубочек, которые связываются с каждой кинетохорой, сильно варьируется в зависимости от исследуемых видов. Например, у дрожжей Saccharomyces cerevisiae одна микротрубочка связана с каждой кинетохорой, тогда как у млекопитающих это число легко увеличивается с 15 до 35. Однако не все микротрубочки митотического веретена в конечном итоге достигают кинетохоры.

Кинетохор и контрольная точка митоза

Контрольная точка митоза — это увлекательный механизм, который гарантирует правильное деление хромосом во время процесса. Включенные здесь механизмы подтверждают возможность перехода к следующей фазе клеточного цикла во время деления, поскольку неправильно распределенное количество хромосом в дочерних копиях может вызвать гибель клетки (в лучшем случае) или серию дисфункций и расстройств, такие как синдром Дауна и некоторые виды рака.

Кинетохор действует как своего рода митотическая контрольная точка, поскольку, если они обнаруживают ошибку, переход к следующей фазе откладывается до тех пор, пока она не будет устранена.