¿Cómo las células que se dividen encuentran su centro?

He leído muchas veces “mitosis”, “meiosis” y división celular tanto en plantas como en animales de clase XI, Clase XII y sucesivamente, mientras busco MBBS.

Pero nunca se me ocurrió, cómo llegan a saber estas células, dónde se encuentra el centro exacto de la célula, ya que las células varían en forma y tamaño dependiendo de su ubicación y función. Seguí memorizando los detalles del proceso sin cuestionamientos y razonamientos.

Ahora, me doy cuenta de que había un defecto grave en mi método de estudio. Yo nunca cuestioné Simplemente salivaba, comía y luego digería lo que me arrojaban. Ahora cuando miro hacia atrás, me doy cuenta de la importancia del cuestionamiento y el pensamiento crítico, que deberían formar una parte importante de nuestra vida cotidiana. No seas un Dupe. ¡Sé un pensador crítico y creativo!

Recientemente, me encontré con un libro de Jamie A. Davies: ‘La vida desplegada: cómo se crea el cuerpo humano’. Cuenta la historia del desarrollo humano desde el huevo hasta el adulto, destacando cómo el conocimiento embriológico se está utilizando para comprender por qué los cuerpos envejecen y fallan. Despliegue de vida Discute y analiza en detalle, cómo una célula reconoce su centro.

Por lo tanto, únase a mí en este viaje extremadamente interesante en el mundo de una célula. Ten paciencia, y estoy seguro de que nunca te arrepentirás.

¿Cómo se divide una célula humana?

Una vez que los cuarenta y seis cromosomas se han replicado (durante la fase s), deben moverse para que una copia de cada cromosoma de la célula principal termine en cada célula hija.

Esta tarea se puede dividir en varias subtareas;

1. definiendo dónde estarán los centros de las dos células hijas ;
2. alineando todo el cromosoma copiado exactamente entre estos centros;
3. separando las copias para que una copia de cada par vaya a cada celda hija; y
4. separando las células hijas.

¿Cómo define una célula su centro?

El mecanismo utilizado es ingenioso e ilustra cómo los detalles aparentemente triviales de la bioquímica pueden ser críticamente importantes para el funcionamiento de una máquina celular.

La estrella del espectáculo es la proteína ‘tubulina’ , cuyas moléculas se pueden asociar entre sí para formar tubos largos llamados microtúbulos .

• Una peculiaridad del método mediante el cual las moléculas individuales de tubulina se asocian significa que el proceso de unas pocas moléculas de tubulina para comenzar un nuevo microtúbulo es un evento muy improbable , mientras que el proceso de una molécula de tubulina uniéndose a un microtúbulo existente para extenderlo es comparativamente fácil. Los microtúbulos, por lo tanto, tienden a no formarse espontáneamente aunque, una vez formados, tienden a crecer.
• Una segunda peculiaridad de la bioquímica de tubulina significa que cada molécula de tubulina individual puede existir en uno de los dos estados, a los que se hace referencia como frescos o añejos ( “frescos” = unidos a GTP, “añejos” = unidos al PIB después de GTP → GDP + Pi hidrólisis), y las moléculas nuevas se descomponen lentamente en las viejas. Solo las moléculas nuevas se unen al extremo de los microtúbulos existentes. Los extremos de los microtúbulos son estables solo si están hechos de tubulina en su estado fresco ( pero no importa si las tubulinas a lo largo de la longitud principal de un microtúbulo quedan obsoletas, siempre y cuando el extremo aún esté fresco ). [1]

Fuente de la imagen: estructura de un microtúbulo. La forma del anillo representa un microtúbulo en sección transversal, que muestra los 13 protofilamentos que rodean un centro hueco. Microtúbulo – Wikipedia

La inestabilidad dinámica se refiere a la coexistencia de ensamblaje y desmontaje en los extremos de un microtúbulo. El microtúbulo puede cambiar dinámicamente entre las fases de crecimiento y contracción en esta región. Los dímeros de tubulina pueden unir dos moléculas de GTP, una de las cuales puede hidrolizarse después del ensamblaje. Durante la polimerización, los dímeros de tubulina están en el estado unido a GTP. [8] El GTP unido a α-tubulina es estable y desempeña una función estructural en este estado unido. Sin embargo, el GTP unido a β-tubulina puede hidrolizarse a GDP poco después del ensamblaje. Las propiedades de ensamblaje de GDP-tubulin son diferentes de las de GTP-tubulin, ya que GDP-tubulin es más propenso a la despolimerización. Una subunidad de tubulina unida al PIB en la punta de un microtúbulo tenderá a caerse, aunque una tubulina unida al PIB en el medio de un microtúbulo no puede salir espontáneamente del polímero. Dado que la tubulina se agrega al extremo de los microtúbulos en el estado unido a GTP, se propone que exista un límite de tubulina unida a GTP en la punta del microtúbulo, protegiéndolo del desensamblaje. Cuando la hidrólisis alcanza la punta del microtúbulo, comienza una rápida despolimerización y contracción. Este cambio de crecimiento a contracción se llama catástrofe. La tubulina unida a GTP puede comenzar a agregarse a la punta del microtúbulo nuevamente, proporcionando un nuevo capuchón y protegiendo a los microtúbulos de la contracción. Esto se conoce como “rescate” https://en.wikipedia.org/wiki/Microtubule

• Si el final se vuelve rancio, comienza a deshacerse, y el desenredo continuará a lo largo del microtúbulo hasta que llegue a algún tubulín estable en estado fresco.
• Dado que las tubulinas en la longitud principal, desde el final, deben haber estado en el microtúbulo durante más tiempo que las que quedaron obsoletas al final, es probable que hayan quedado obsoletas hace mucho tiempo y que probablemente no queden tubulinas frescas para detenerlas. desenredando Por lo tanto, el microtúbulo fallará, catastróficamente. La única forma de proteger el microtúbulo contra el deshilachamiento, sin la ayuda especial de otras moléculas, es crecer lo suficientemente rápido como para agregar tubulinas frescas más rápido de lo que pueden descomponerse.
• Dejados solos, los microtúbulos generalmente están creciendo rápidamente o colapsándose catastróficamente, y la probabilidad constante de entrar en el estado de colapso significa que siempre hay menos túbulos largos que cortos. Esto es muy importante para el mecanismo que utilizan las células para encontrar sus centros .

Debido a que las moléculas de tubulina rara vez se unen para producir nuevos microtúbulos de manera espontánea, la célula incluye complejos especiales de proteínas que pueden catalizar el proceso. Estos complejos se encuentran en un lugar clave, el centrosoma y los microtúbulos irradian desde este lugar como los radios de un centro. [2]

Siempre y cuando crezcan lo suficientemente rápido como para que sus extremos consistan en tubulina en su estado fresco, estos microtúbulos se mantendrán extendiéndose hacia el borde de la célula.

Hay dos teorías sobre cómo ayudan al centrosoma a moverse al centro de la célula, y cada teoría ha sido respaldada por evidencia experimental obtenida en diferentes organismos. Todavía no está claro si uno u otro, o tal vez ambos, se utilizan en embriones humanos. Uno depende de empujar y el otro de tirar.

1. El mecanismo de empuje
2. El mecanismo de extracción

El mecanismo de empuje [3] usa la capacidad de hacer crecer microtúbulos para empujar directamente sobre el interior de la membrana celular. Si el centrosoma estuviera mucho más cerca de una superficie de la célula, incluso los microtúbulos cortos podrían alcanzar todo el camino hasta esa superficie y empujar hacia afuera contra ella. Por lo tanto, el centrosoma experimentará una fuerte presión desde este lado. El lado opuesto de la celda solo puede ser alcanzado por microtúbulos muy largos, que son raros debido al peligro omnipresente de una falla catastrófica. Por lo tanto, habría menos microtúbulos capaces de empujar de este lado, y el centrosoma experimentaría un empuje mucho más débil en esa dirección. El desequilibrio de fuerzas alejaría el centrosoma de la membrana cercana. Sólo cuando el equilibrio de las fuerzas de empuje sea igual, el centrosoma se estabilizará en una posición estable, y esta igualdad de empuje solo ocurrirá cuando sea equidistante de todas las superficies; en otras palabras, cuando está en el centro de la celda ( Figura a )

Los experimentadores montan centrosomas en cajas totalmente artificiales y han demostrado que logran encontrar el centro de la caja mediante este mecanismo de empuje. [4]

El mecanismo de extracción [5,6,7] se basa en proteínas motoras pequeñas, conocidas por estar diseminadas por toda la célula, que pueden unirse a los microtúbulos y tratar de “caminar” a lo largo de ellos hacia el centrosoma. Al caminar hacia el extremo del centrosoma de un microtúbulo, cada una de estas proteínas ejerce una pequeña atracción hacia afuera sobre los microtúbulos, de la misma forma que una persona que camina hacia adelante a lo largo de un bote tiende a empujar hacia atrás el bote. Mientras más largo sea el microtúbulo, más proteínas motoras se pueden unir a él y más fuerza recibe. [8] Por lo tanto, si un centrosoma está más cerca de un lado de una celda que el otro, los microtúbulos más largos que se estiran hacia el lado más alejado de la célula se sienten más tiradores que los más cortos, y el centrosoma se mueve hacia el centro de la celda ( figura b )

Los experimentos cuidadosos en los huevos fertilizados de animales simples, como el dólar de arena y el gusano redondo , han demostrado que el mecanismo de extracción es importante en estas células. Cuando, por ejemplo, algunos de los microtúbulos se cortan con un láser, los centrosomas retroceden como si previamente se hubieran mantenido en posición mediante microtúbulos bajo tensión. [9] Es posible que ambos mecanismos actúen juntos en algunas células, la fuerte extracción de los microtúbulos largos reduce aún más su capacidad para presionar el centrómero y aumenta el desequilibrio de las fuerzas de empuje que experimenta.

Referencias

1. Inoué S, Salmon ED. Generación de fuerza mediante ensamblaje / desmontaje de microtúbulos en mitosis y movimientos relacionados. Mol Biol Cell. 1995; 6: 1619 – 40.
2. Schatten H. El centrosoma de mamífero y su significado funcional. Histochem Cell Biol. 2008; 192: 667-86.
3. Reinsch S, Gönczy P. Mecanismo de posicionamiento nuclear. J Cell Sci. 1998; 111: 2283-95
4. Santo TE, Dogterom M, Yurke B, Leibler S. Montaje y posicionamiento de astros de microtúbulos en cámaras microfabricadas. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997; 94: 6228-31.
5. Grill SW, Hyman AA. Posicionamiento del husillo mediante fuerzas cortantes de tracción. Dev Cell. 2005; 8: 461-5.
6. Kimura A, Onami S. La represión local de la fuerza de tracción cortical cambia el centrado centrosonal y el desplazamiento posterior en C. elegans. J Cell Biol. 2007; 178; 1347-54.
7. Kimura A, Onami S. Las simulaciones por computadora y el procesamiento de imágenes revelan la fuerza de tracción dependiente de la longitud como mecanismo principal para la migración pronuclear de C. elegans. Dev Cell. 2005; 8: 765-75.
8. Vallee RB, Stehman SA. Cómo la dineína ayuda a la célula a encontrar su centro: un modelo de servomecánica. Tendencias Cell Biol. 2005; 15: 288-94.
9. Grill SW, Howard J, Schäffer E, Stelzer EH, Hymen AA. La distribución de los generadores de fuerza activa controla la posición del huso mitótico. Ciencia. 2003; 301; 518-21.

Las ediciones y sugerencias son siempre bienvenidas.