ROLUL MICROTUBULILOR ÎN MITOZĂ

Microtubulii sunt structuri formate în urma asamblării, polimerizării, unor molecule proteice numite tubuline. Molecula de tubulină este un dimer fomat din două polipeptide globulare (α și β-tubulina). Când moleculele de tubulină se dispun în microtubuli, ele formează protofilamente. Un număr de 13 protofilamente, dispuse alăturat în jurul uni ax central, formeaza un microtubul (Fig. 1). Cu rare excepții, cum este cazul eritrocitelor de la mamifere, microtubulii sunt prezenți în citoplasma tuturor celulelor eucariote. Ei sunt reprezentați de structuri tubulare cu diametrul de 24 nm și cu o lungime variabilă, de la zecimi de

micrometru până la zeci de micrometri. Microtubulii stau la baza organizării diverselor structuri subcelulare, fiind implicați în diferite tipuri de mișcare: fusul mitotic și mișcarea cromozomilor în timpul diviziunii , mișcarea cililor și flagelilor, transportul veziculelor prin citoplasmă etc.

Mitoza sau cariokineza este forma superioară de diviziune celulară caracteristică țesuturilor corpului care posedă “eucarion”. Procesul începe la nivelul nucleului prin individualizarea sa, continuă cu diviziunea nucleului și se încheie prin diviziunea celulei. Denumirea de diviziune indirectă, provine tocmai de la faptul că diviziunea nucleului precede diviziunea celulei mamă în cele două celule fiice, identice în conținut cu celula mamă inițială. Este tipul de diviziune indirectă

1

caracteristică celulelor somatice, prin care dintr-o celulă mamă diploidă, rezultă două celule fiice diploide.

Mitoza implică desfășurarea unor procese complexe de motilitate care asigură deplasarea cromozomilor spre polii opuși ai celulei, precum și diviziunea citoplasmei în așa fel încât fiecare celulă fiică să primească cantitatea corespunzătoare de organite membranare și de proteine citoscheletale. Microtubulii au un rol major în toate aceste procese. Ei formează fusul mitotic care organizează cromozomii și citoplasma și, de asemenea, intervin într-o serie de mișcări intracelulare care au loc în mitoză.

Microtubulii intervin în trei aspecte importante în mitoză:1. Structurarea și formarea fusului mitotic și interacțiunea sa cu

cromozomii;2. Mecanismul prin care cromozomii se aliniază, se separă și apoi se mișcă;3. Mișcările care cauzează separarea celulelor fiice.Fusul mitotic la

celulele animale conține trei tipuri de microtubuli: microtubuli polari , care sunt dispuși între un pol al celulei și ”ecuatorul” acesteia; microtubuli kinetocorici, care leagă centromerul fiecărui cromozom de poli; și microtubuli astrali, care iradiază de la polii celulei către periferia acesteia (Fig. 2). Microtubulii și structurile lor asociate, care iradiază dinspre fiecare pol, formează un semi-fus.

Centrul unui fus mitotic din metafază este format din întrepătrunderea microtubulilor polari, cu originea în polii opuși ai celulei. Acești microtubuli polari formează o rețea care reprezintă baza mecanică prin care se realizează mișcarea cromozomilor și alungirea celulei în anafaza și telofaza mitozei.

Cromozomii metafazici sunt reprezentați de cromatina nucleară foarte condensată. Ei sunt formați din două cromatide surori care conțin fiecare, câte o

2

moleculă de ADN strâns împachetată cu histone și alte proteine. Cele două cromatide sunt identice, conținând aceeași moleculă de ADN obținută prin replicare. Scopul mitozei este acela de a distribui cromatidele surori către cele două celule fiice. Un rol esențial în acest proces îl au microtubulii kinetocorici.

Centromerul și kinetocorul sunt două componente ale cromozomului strâns legate. Astfel, centromerul reprezintă zona dintr-un cromozom metafazic în care se leagă cele două cromatide surori. Kinetocorii sunt structuri localizate în dreptul centromerului, la care se atașează microtubulii kinetocorici (pol-cromozom). Ei sunt esențiali pentru mișcarea corectă a cromozomilor (Fig. 3). În timpul anafazei, la nivelul kinetocorului se exercită forța care deplasează cromozomul spre poli. Centromerul unui cromozom are rolul de a determina atașarea kinetocorului la cromozom în timpul mitozei.

Placa ecuatorială metafazicăPe parcursul prometafazei, cromozomii

condensați se mișcă dezordonat între cei doi poli. Eventual, unul din cei doi kinetocori ai

unui cromozom se atașează la un microtubul polar. Asemenea cromozomi ”monoorientați” se mișcă rapid, întâi către polul la care sunt atașați, apoi se îndepărtează de acest pol. Aceasta până când și celălalt kinetocor se asociază cu un microtubul polar, dinspre polul opus.

Asocierea dintre kinetocori și polii celulei poate fi modificată experimental. În unele celule mari, prin micromanipulare cu ace de sticlă foarte fine, cromozomii metafazici pot fi rotiți cu 180° față de axul fusului. Această manevră rupe atașarea microtubuluilor kinetocorici cu polii. Totuși, cromatidele rotite cu 180° se reatașează la microtubuli, dar de această dată invers. Aceste observații, precum și alte studii, arată că există anumite forțe care împing cei doi kinetocori

3

ai cromatidelor surori către polii opuși. S-a constatat că mărimea acestor forțe este proporțională cu distanța dintre cromozom și pol. Aceste forțe opuse se echilibrează când un cromozom se află la ecuatorul fusului mitotic, astfel că cromozomul rămâne staționar aici. Dacă prin micromanipulare, un cromozom este îndepărtat față de un pol, asupra lui se exercită o forță dinspre polul opus, care îl împinge înapoi spre ecuator. Natura forțelor care mențin astfel cromozomii aliniați în metafază, este necunoscută.

Procesele de motilitate din anafazăAnafaza unei mitoze cuprinde două procese de motilitate distincte, procese

care au loc în același timp. Cromatidele surori se despart prin ruperea punctului lor de contact reprezentat de centromer, deplasându-se apoi către polii opuși ai celulei. Acest proces numit anafaza A se face prin scurtarea microtubulilor kinetocorici. Simultan se produce o alungire a celulei prin îndepărtarea polilor care astfel, vor intra în alcătuirea celor două celule fiice. Aceste procese care au loc la sfârșitul anafazei, anafaza B, implică alungirea microtubulilor polari. Astfel, microtubulii sunt esențiali pentru ambele tipuri de mișcări din anafază.

Microtubulii kinetocorici, la fel ca toți microtubulii fusului, sunt orientați cu capătul (-) către poli. Atât asamblarea cât și dezasamblarea microtubulilor kinetocorici se face doar la nivelul kinetocorului unde se află capătul (+) (Fig. 4).

Alungirea microtubulilor polari și separarea celor doi poli pe parcursul anafazei B se fac prin procese fundamental diferite în comparație cu mișcarea cromozomilor în anafaza A. Anafaza B nesesită hidroliza ATP, pe când anafaza A, nu.

4

Bibliografie:„Biologie celulară și moleculară”, Aurel Ardelean„Biologie celulară și moleculară”, Mihai Crucewww.wikipedia.ro

5