Митоз. Учебное пособие

Таблица 1. Длительность фаз митоза

ПРОФАЗА

С целью упрощения изложения все события, протекающие в этот период митоза, удобнее разделить на две группы – события, происходящие в ядре (А) и идущие в цитоплазме (Б).

А. События профазы, происходящие в ядре.

1.Ранняя профаза. Хроматин преобразуется в тонкие длинные хромосомы, в которых только намечается малозаметное (на светооптическом уровне изучения) подразделение на хроматиды. Несмотря на то, что хромосомы уже двойные, в световой микроскоп они кажутся одинарными из-за плотного соединения хроматид. В ранней профазе в центромерах хромосом формируются кинетохоры. Каждый кинетохор представляет собой белоксодержащую пластинку (возможно, обладающую ферментативной активностью) размером около 0,25 мкм, состоящую из 1–2 плотных бесструктурных слоёв и промежуточных или рыхлых наружных тонкофибриллярных слоёв. Наружная часть кинетохора обладает способностью присоединяться к микротрубочкам веретена деления, а внутренняя часть соединена с нитями ДНК-протеидов хромосомы. Каждая хромосома ранней профазы содержит по два кинетохора, расположенных на двух противоположных участках центромеры хромосомы, каждый из которых соответствует отдельной хроматиде. Хроматиды, как правило, явно не отделены друг от друга. Ядерная характеристика, которая может быть дана с помощью изучения в световой микроскоп, в этот начальный период профазы – ранней профазы: 1{2n хромосом, 2n хроматид, 4c ДНК}. Цифра 1, стоящая перед фигурной скобкой, указывает на количество ядер в клетке в этот период митоза, а наличие фигурных скобок указывает о наличии видимой ядерной оболочки.

2.Средняя профаза характеризуется резким укорочением и утолщением хромосом за счёт их спирализации. Механизм спирализации точно не известен. Одновременно отмечается появление продольного разделения каждой отдельной хромосомы на две хроматиды, которые плотно соприкасаются друг с другом. Спирализация хромосом сопровождается выключением генов, т.е. прекращением их транскрипционной активности (прекращается синтез разных и-РНК, т-

9

РНК, р-РНК). Отмечается частичная фрагментация ядерной оболочки, потеря её связи с канальцами эндоплазматической сети. Ядерная характеристика делящейся клетки в этот период: 1{2n хромосом, 4n

хроматид, 4c ДНК}.

3. Поздняя профаза. Процессы спирализации хромосом и инактивации генов протекают разновременно по длине каждой хромосомы и асинхронно в разных хромосомах. Важным морфологически определяемым их последствием является исчезновение ядрышка. Это связано с прекращением деятельности ядрышковых цистронов ДНК, транскрибирующих р-РНК, и прекращением самосборки компонентов (р- РНК, белки) рибосомных субъединиц, протекающей в ядрышковом организаторе (зона вторичной перетяжки некоторых хромосом). Исчезновение ядрышка в поздней профазе означает паралич трансляционной активности клетки. Завершает профазу процесс везикуляции ядерной оболочки: она распадается на короткие фрагменты, которые преобразуются в мельчайшие пузырьки - везикулы, видимые только в электронный микроскоп. Эти везикулы мигрируют в периферические слои клетки и смешиваются с микропузырьками, возникающими при распаде (везикуляции) цитоплазматических мембранных структур. Ядерная характеристика клетки с завершенной профазой: 2n хромосом, 4n хроматид 4c ДНК.

Материнское ядро как дискретная мембраноограниченная часть клетки прекращает своё существование. Но следует отметить, что несмотря на отсутствие ядерной оболочки на протяжении других фаз митоза, хромосомы надёжно изолированы от возможного негативного влияния органоидов цитоплазмы с помощью удаления их – органоидов, из зоны расположения и транспортировки хромосом, а также с помощью ахроматинового веретена, которое создаёт новый – "фибриллярнокинетический" способ изоляции ядерного (хромосомного) материала взамен прежнего – "мембрано-статичного" способа обеспечения дискретности генома клетки.

Б. События профазы, проходящие в цитоплазме.

Главная цель изменений, протекающих в этот период в цитоплазме,

– это создание условий для будущего передвижения хромосом. Она достигается с помощь двух главных процессов.

Во-первых, удаления из центральной, осевой зоны клетки всех структур, могущих препятствовать передвижению хромосом, путём а) их частичного разрушения (фрагментации, везикуляции, диссоциации, деполимеризации), б) транслокации (перемещения) в поверхностные слои клетки и в) сочетания этих путей.

Во-вторых, формирования специального митотического аппарата

(МА), делительного аппарата, который непосредственно обеспечивает передвижение сестринских хромосом к противоположным полюсам клетки.

На протяжении ранней и средней профазы происходит разрушение (деполимеризация) или удаление за пределы клетки разнообразных включений. Например, гликоген – главный трофический полисахарид

10

животной клетки, деполимеризуется до глюкозы и, частично, очень коротких полисахаридных фрагментов, которые в интерфазе дочерних клеток могут быть использованы в качестве затравки при синтезе гликогена из глюкозы. Резко уменьшается количество РНК в цитоплазме. Включения, которые клетка не способна ликвидировать указанными способами, концентрируются в ней в определённой зоне цитоплазмы. Такой способ отмечается в дробящихся яйцеклетках животных, содержащих желток: митотическое веретено в них располагается в зоне цитоплазмы, свободной от желтка. При этом веретено деления располагается вдоль самого длинного участка свободной зоны цитоплазмы. Эндоплазматическая сеть распадается на мелкие фрагменты, которые "сворачиваются" в мельчайшие везикулы, перемещающиеся в кортикальный слой цитоплазмы. Аппарат Гольджи распадается на отдельные диктиосомы. В метафазе цитоплазматические мембраны, лизосомы, митохондрии, пластиды оказываются расположенными в полярных зонах клеток и по их периферии, как бы обрамляя веретено деления. Рибосомы распадаются на субъединицы (диссоциируют), а многие субъединицы – на составляющие их макромолекулы (дезагрегация субъединиц); распадаются также и полисомы, как связанные с оставшимися мембранами, так и свободные. Их количество уменьшается до 25% интерфазного уровня. Оставшиеся полисомы будут использованы клеткой в течение других фаз митоза, но, прежде всего полисомы – это форма сохранения специальных и-РНК, которые понадобятся для биосинтеза некоторых белков в телофазе, когда новые ядра ещё не сформировались и не способны поставлять матрицы для синтеза белка.

C уменьшением числа митохондрий снижается и их дыхательная активность. Возможно, это уменьшает вероятность повреждения хромосом свободными радикалами кислорода, которые могут возникать при интенсивной работе митохондрий в обычном режиме интерфазы. Кроме того митохондрии, а также фрагменты мембран, везикулы, содержащие ферменты обезвреживания активных форм кислорода в клетке (супероксиддисмутаза, каталаза, миелопероксидаза и др.), также располагаются в кортикальной зоне (под мембраной) клетки, составляя систему страховки от повреждающего действия свободных радикалов. Это, по-видимому, предотвращает диффузию кислорода в центральную осевую часть клетки, создавая анаэробные условия в данной зоне. Анаэробные условия зоны митотического веретена способствуют сохранению сульфгидрильных групп белков нитей этого временного (провизорного) органоида, содержание которых очень высоко.

Часть микропузырьков в последующем может быть использована для роста наружной мембраны клетки, что очень важно в условиях деградации вакуолярной системы клетки, которая в интерфазе и обеспечивает этот процесс. Микропузырьки могут интенсивно, неконтролируемо встраиваться в цитолемму, обеспечивая явление местного "вспучивания", "пузырения" поверхности клетки, постоянно отмечаемое при микрокиносъёмке митоза разных клеток.

11

Центросома (клеточный центр) обычно к моменту профазы уже состоит из двух пар центриолей. В каждой паре центриоли расположены перпендикулярно друг другу, образуя диплосому. В профазе начинается расхождение диплосом, при этом между ними возникают нитевидные структуры. По мере отхождения каждой диплосомы к "своему" полюсу эти структуры удлиняются, образуя прямые (в средней зоне) и дугообразные (по периферии зоны) нити, напоминающие магнитные силовые линии, визуализированные (проявленные) железной пылью. Весь этот комплекс нитей, называемых ахроматиновым веретеном, или

митотическим аппаратом, или веретеном деления. Скорее всего, оно не имеет никакого отношения к полям физической природы (магнитному, электромагнитному, электрическому, гравитационному), выражает собой особое морфогенетическое "поле", характеризуемое "зеркальным", т. е. противоположно направленным вектором самосборки нитей митотического веретена из протомеров – белков тубулинов и родственных им белков. С начала расхождения диплосом к полюсам около каждой из них возникает лучистое образование, состоящее из радиально идущих коротких нитей, названное звездой (астер, или монастер). В этот период в клетке видны две звезды (диастер). Эта картина хорошо видна в яйцах морского ежа. У растений звёзды не образуются из-за отсутствия центриолей. Лучи звезды построены из микротрубочек и везикулярных элементов эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи. Они выглядят очень грубо в сравнении с нитями ахроматинового веретена.

Митотическое (ахроматиновое) веретено (МВ) представляет собой пучки микротрубочек, формируемых из фонда субъединиц белка тубулина. Этот фонд состоит не только из тубулинов, синтезированных в постсинтетическом периоде интерфазы, но и может пополняться за счёт распада многочисленных микротрубочек цитоплазмы. У высших растений непосредственно перед профазой под плазмалеммой, по периметру клетки образуется "кольцо" из микротрубочек, которые существуют до начала образования веретена деления и, дезагрегируясь, поставляют тубулины и другие компоненты в новообразующееся митотическое веретено. Тубулиновые микротрубочки построены из глобулярных белков двух типов ( - и -тубулин). Из этих субъединиц образуются линейные полимеры (протофиламенты), в которых чередуются глобулы - и - тубулина. Из 13 протофиламентов, расположенных по кругу, получаются микротрубочки диаметром около 30 нм, с которыми в последующем взаимодействуют кинетохоры сестринских хроматид.

Микротрубочки, составляющие МВ можно подразделить, по меньшей мере, на два вида: 1) микротрубочки, идущие по всей длине веретена от одного полюса к другому – непрерывные или центральные нити, и 2) микротубочки, идущие от полюсов к центромерам анафазных хромосом – хромосомные, тянущие нити. Общее число микротрубочек этих двух видов должно быть 6n (где n – число хромосом в гаплоидном наборе): 2n микротрубочек (при исходном диплоидном наборе хромосом) служит в качестве направляющих для передвижения дочерних хромосом к противоположным полюсам в анафазе митоза (при этом по каждой нити

12

первого вида в противоположных направлениях движутся две дочерние хромосомы), 4n микротрубочек второго вида обеспечивают "подтягивание" каждой из 4n хромосом к своему полюсу. Часто количество нитей может быть больше 6n, что указывает на наличие и других видов микротубулярных волокон. По-видимому, 6n – это минимальное количество нитей, способное обеспечить расхождение к разным полюсам клетки двух наборов по 2n хромосом в каждом. Таким образом, передвижение каждой хромосомы в анафазе митоза обеспечивается как минимум 1,5 нитями МВ.

В том случае, когда во время митоза ядерная оболочка не исчезает, МВ формируется внутри ядра за счёт притока тубулинов из цитоплазмы через крупные отверстия в ядерной оболочке.

Химический состав митотического веретена. С помощью цитохимических, иммуноцитологических методов, а также способов препаративной биохимии клетки установлено, что МВ содержит от 12% до 50% всех белков клетки, что в 8 раз превышает содержание белков в ядре. От общей массы МВ белки МВ составляют 90%, РНК около 6%. Наличие РНК обусловливает базофилию (т.е. способность окрашиваться базофильными красителями, например гематоксилином, азуром, метиленовым синим, толуидиновым синим и др.) МВ. Предполагается структурная роль РНК в составе МВ, но, по всей вероятности, это лишь одна из её возможных ролей в составе МВ. В составе МВ обнаружены полисахариды и липиды. Аминокислотный состав белков МВ близок к составу актомиозина и белков жгутиков простейших. Иммунологически белки МВ отличаются от сократительных белков. Белки МВ отличаются высоким содержанием сульфгидрильных групп (SH-групп). Наличием SHгрупп и реципрокно связанных с ними дисульфидными группами (S-S- группами) объясняют разрушающее действие на митотический аппарат химических веществ (колхицина, колхамина, винбластина, винкристина,-меркаптоэтанола, таксола и др.) и физических факторов (повышенного давления, нагревания, резкого охлаждения). Одним из белков МВ является АТФ-аза (аденозинтрифосфатаза) в связи с чем значительный интерес в стабилизации митотического аппарата представляет участие ионов Ca2+ и Mg2+, так как эти ионы могут быть непосредственно связаны с активностью АТФ-азы. Существуют многочисленные наблюдения, указывающие на исключительную роль Са2+ в формировании МВ. В связи с этим важно отметить, что главным депо кальция в клетке являются митохондрии, в которых он тесно связан с работой АТФ-азы и АТФсинтазы. Именно из зоны расположения митохондрий в профазной клетке

– кортикальной зоны, происходит перемещение Са2+, "работающего" зоне МВ. Конкретная роль ионов Са2+ неизвестна, но предполагается его участие в образования кальциевых мостиков в процессе агрегации нитей веретена, стабилизации четвертичной структуры ряда белков, Сазависимых ферментных процессах. Следует вспомнить также и роль Са2+ в процессе мышечного сокращения и генерации энергии в митохондрии.

Наряду с фибриллярными образованиями МВ содержит бесструктурный матрикс, химический состав которого неизвестен.

13

Матрикс МВ - это та среда, в которой в метафазе – анафазе должны передвигаться хромосомы, и поэтому она не должна оказывать сопротивления, большего, чем сопротивление гиалоплазмы. Матрикс и фибриллы препятствуют проникновению в зону МВ других образований клетки и проникших в неё чужеродных объектов. Эту особенность МВ можно обозначить как стерильность МВ. На электронномикроскопическом уровне в пределах МВ можно обнаружить рибосомы и микропузырьки. Химический состав содержимого последних неизвестен. Они могут быть депо веществ, необходимых в процессе перемещения хромосом (АТФ или другие макроэрги, ионы Са, Мg и др.), а также могут накапливать в себе соединенияингибиторы, образующиеся при этом и требующие изоляции. Следует отметить, что во многом матрикс МВ напоминает матрикс центросомы – клеточного центра. У этого органоида также нет пограничной мембраны, но центросфера, содержащая центриоли, не смешивается с окружающей гиалоплазмой клетки. Содержимое центросферы отличается агрегатным состоянием: оно более желатинизированно, чем гиалоплазма клетки. Именно в матриксе центросомы протекают процессы почкования-репродукции центриолей, что указывает на особые условия, нужные для самосборки. Формально МВ можно представить как разросшийся на всю клетку клеточный центр, а собственно МВ является подобием центродесмозы, расположенной между центриолями в виде нити. Это сходство (аналогия), видимо, обеспечивается близостью процессов и условий, а не непосредственным преобразованием одних структур в другие.

Митотическое веретено – это провизорный (временно необходимый), одинарный, общий органоид клеток эукариот, видимый в световой микроскоп, имеющий немембранное строение (состоящий преимущественно из микротрубочек), не способный самовоспроизводиться (возникающий в результате самосборки). Он выполняет функцию обеспечения правильного распределения и передвижения хромосом (кинетическая функция) и их защиту от других компонентов клетки (функция изоляции, стерильность).

Итог профазы. 1. Произошло преобразование хроматинодеспирализованного, метаболически активного состояния ДНК-протеидов ядра в их транспортную форму – спирализованных, реплицированных, метаболически неактивных хромосом. 2. Сформировался провизорный органоид – МВ, определивший репродуктивную полярность клетки и создавший условия для беспрепятственного передвижения хромосом в анафазе. 3. Произошла декомпартментация процессов, характерных интерфазе (разрушились преграды ранее, обеспечивавшие "целостность" процессов, их изолированность). 4. Нарушилась прежняя и возникла новая система координационных отношений в клетке. Взамен "ядроцентрической, метаболической" системы, в которой главным было сохранение целостности и поддержание стационарного состояния на основе преобразования веществ (простых и сложных), регулируемого генетически (через посредство ферментов), возникла новая "хромосомокинетическая" система клетки. Цель и задача её – передача качественно и

14

количественно равноценного наследственного вещества (ДНК – "технологической документации") и достаточной мембранной организации (своеобразное "технологическое оборудование") потомству на основе реорганизации и перераспределения макромолекул и их комплексов в материнской клетке. Реорганизация во многом основана на самосборке, использующей механизмы, отличные от обычных ферментативных, и, следовательно, мало зависящие от актуальной активности генов. Самосборка не требует, как правило, притока энергии в форме макроэргических соединений, что важно в условиях дефицита макроэргов во все периоды митоза.

МЕТАФАЗА

В начале метафазы клетка имеет следующий вид. В центральной зоне клетки расположен клубок хромосом (обозначим его знаком *), в

котором 2n хромосом, 4n хроматид, 4с ДНК, 2n центромер, 4n

кинетохоров, L плеч хромосом. Через этот клубок проходят нити МВ, тянущиеся от полюса к полюсу клетки. На каждом полюсе расположены по две центриоли, ориентированные перпендикулярно по отношению друг к другу. За пределами МВ расположены оставшиеся органоиды клетки и продукты их разборки. В метафазе выделяют прометафазу или метакинез

исобственно метафазу.

Впрометафазе происходит преобразование клубка хромосом в хромосомный диск – метафазную пластинку (МП). Метакинетические движения хромосом связаны с присоединением нитей МВ к центромере каждой хромосомы. Механизм этих движений точно не установлен. Есть предположение, что, они обусловлены интенсивным ростом к полюсам хромосомных микротрубочек, формируемых двумя кинетохорами каждой хромосомы. По-видимому, конечные размеры каждой из двух хромосомных микротрубочек, идущих от одной хромосомы к противоположным полюсам клетки, одинаковы, что и определяет последующее центральное, экваториальное размещение отдельной хромосомы. Одинаковая длина хромосомных микротрубочек может быть связана с тем, что оба кинетохора одновременно и с одинаковой активностью производят сборку микротрубочек из тубулиновых протомеров. При этом следует допустить, что работа каждого из двух кинетохоров хромосомы заканчивается после совершения определённого, одинакового для обоих кинетохоров, числа соединительных актов. Другими словами, кинетохоры не только соединяют тубулины, но и считают их количество, выступая в роли компьютеров. Процесс самосборки тубулиновых нитей, регулируемый центрами организации микротрубочек – кинетохорами, начинается сразу после исчезновения ядерной оболочки, которая в профазе была препятствием поступлению тубулинов к кинетохорам. Рост хромосомных нитей направляется уже имеющимися непрерывными нитями МВ, идущими от полюса к полюсу.

Если посмотреть на метафазную пластинку с полюса, то заметно, что каждая хромосома напоминает V-образную фигуру, что связано с

15

резким изгибом в зоне первичной перетяжки, где расположена центромера, и некоторым сближением противоположных теломерных участков каждой хромосомы. Центромерные участки всех хромосом располагаются в одной плоскости – экватора клетки и направлены друг к другу (к центру клетки, центростремительно), а плечи хромосом ориентированы своими концами (теломерными участками) центробежно. Интересно отметить, что соседями каждой хромосомы являются чаще только определённые хромосомы из числа других (2n - 1) хромосом, т. е. хромосомы в МА расположены неслучайным образом, а составляют определённую последовательность. Механизм такого распределения метафазных хромосом не ясен.

Содержимое клетки с момента исчезновения ядерной оболочки ранее называли миксоплазмой, полагая, что при этом происходило перемешивание кариоплазмы с цитоплазмой. На самом деле этого не происходит хотя бы из-за того, что цитоплазма – это не жидкость, а определённая структурная организация; то же можно утверждать и в отношении кариоплазмы. Несмотря на отсутствие ядерной оболочки, хромосомы не контактируют с метаболически активными образованиями клетки, и ядерный материал (ДНК-протеиды) изолирован. На этом этапе роль компартментообразователя выполняет микротубулярный комплекс клетки, сконцентрированный в зоне МВ. ДНК-протеиды – хромосомы защищены с помощью скелетообразующих структур клетки. Нельзя исключить, что в древних клетках, ещё не имевших ядра, но приближавшихся по размерам к клеткам эукариот, роль защиты ДНКпротеидов выполняли микротрубочки, которые одновременно составляли осевой скелет клетки. Другими словами, преобразования в процессе митоза могут помочь реконструировать облик клетки самых древних эукариот, иллюстрируя известный биогенетический принцип "онтогенез – краткое повторение филогенеза".

За периодом метакинеза (прометафазы) следует собственно метафаза. После установления ориентации каждой хромосомы в клетке осуществляется её продольное расщепление на две сестринские хроматиды, каждая из которых уже напоминает вполне сформированную самостоятельную хромосому. Но хромосома приобретает статус полноценной дискретной генетической единицы генома только при наличии собственной центромеры, поэтому метафазные хроматидыхромосомы ещё не могут считаться самостоятельными образованиями. Благодаря наличию самостоятельной центромеры хромосомы способны передвигаться независимо от других хромосом, что обеспечивает правильность распределения генетического материала между дочерними клетками и эффекты перекомбинирования негомологичных хромосом при таком варианте митоза как редукционное деление (первое деление мейоза). В конце метафазы каждая хромосома имеет вид двойной буквы V с общей, слитной верхушкой и однонаправленными плечами или, что отмечается после особой осмотической и иной обработки, X-образный вид. Именно Х-образные хромосомы (метафазные), полученные путём блокировки МВ, например, колхицином (с целью предупреждения

16

расхождения хромосом и ненаступления анафазы) обычно изображены в учебниках и других пособиях. Как уже было сказано, каждая такая хромосома, по существу, является уже двумя, но с ещё неразделившейся общей центромерой. При взгляде на метафазную пластинку со стороны полюса делящейся клетки можно отметить, что наружные очертания всех хромосом образуют многоугольную фигуру, названную материнской звездой. Вследствие метафазных преобразований, приведших все хромосомы на единую "стартовую" позицию, создаются условия для синхронного расхождения дочерних хромосом к полюсам клетки.

Итог метафазы. В конце метафазы в клетке: одна хромосомная

пластинка (обозначим её символом |) с 2n хромосом, 4n хроматид, 4с ДНК, 2n центромер, 4n кинетохоров и 2L плеч хромосом. Формально можно считать, что в течение метафазы основные преобразования генома связаны с процессами: (*) (|) и L 2L.

АНАФАЗА

Это фаза передвижения дочерних хромосом к полюсам клетки, завершающаяся сегрегацией (изоляцией) двух идентичных наборов хромосом. В самом начале анафазы происходит два исключительно важных события: 1. Центромеротомия (расщепление) или удвоение

материнской центромеры, что сопровождается полным отделением сестринских хроматид друг от друга и исчезновением материнской хромосомы. Вновь образовавшиеся дочерние хромосомы имеют только одну хроматиду, в которой есть центромера и кинетохор. 2. Эквационное (выравнивающее) событие. В момент образования сестринских однохроматидных хромосом происходит приведение в соответствие количеству ДНК (4с) числа хромосом (4n). В этот отрезок времени в клетке ||, 4n хромосом, 4с ДНК, 4n хроматид, 4n центромер, 4n

кинетохоров, 2L плеч. Этот четвертной набор хромосом в составе двух параллельных хромосомных пластинок находится первоначально в плоскости экватора. Разделение центромеры приводит к немедленному расхождению дочерних хромосом к противоположным полюсам клетки. В конце анафазы на каждом полюсе сосредотачивается по половине общего набора хромосом клетки – |, 2n, 2c (другие количественные характеристики хромосомного набора также уменьшены в два раза). При передвижении хромосомы сохраняют V-образную форму и направлены центромерным участком вперёд (к полюсу), а концами плеч - к экватору. Завершается анафаза остановкой хромосом (поздняя анафаза).

Механизм расхождения хромосом. Первоначально наиболее вероятной казалась гипотеза сократительных нитей, объясняющая расхождение хромосом сокращением тянущих нитей веретена, которые рассматривали как вариант актино-миозинового комплекса. Но иммунологически показано, что белки МВ и актин различны. Сократительная способность микротрубочек МВ не обнаружена ни одним из современных методов. Вторая гипотеза предполагает участие механизма полимеризации-деполимеризации (сборки - разборки)

17

тубулиновых нитей в роли "двигателя" хромосом. Эта гипотеза имеет несколько вариантов. 1. Молекулы тубулина, контактирующие с кинетохором, отделяются от микротрубочкового комплекса и переходят в общий фонд растворимых тубулинов клетки, а кинетохор вступает в связь другой молекулой тубулина и также отделяет её от микротрубочки. С помощью этого механизма хромосома как бы подтягивается к полюсу клетки за счёт постоянного укорочения тянущих, хромосомных нитей МВ. Процесс последовательной деполимеризации тубулинового комплекса, повидимому, носит ферментативный характер. Следовательно, расхождение хромосом – это визуально наблюдаемая ферментативная реакция. 2. Движение за счёт расталкивания дочерних хромосом межхромосомными микротрубочками. Между дочерними хромосомами, в зоне их центромер происходит полимеризация (самосборка) тубулинового комплекса сразу с двух сторон – со стороны каждой из центромер. Возникающая микротрубочка расталкивает дочерние хромосомы в противоположные направления. За счет этого дополнительного прироста, обеспечиваемого межхромосомными микротрубочками, общая длина хромосомных нитей МВ увеличивается и клетка удлиняется. Такое удлинение клетки в анафазе действительно отмечается за счёт дополнительного расхождения полюсов. Есть и другие варианты комбинаций этих двух микротубулярных механизмов. Возможно, АТФ и не принимает участие в расхождении хромосом как донор энергии. Показано, что изолированный митотический аппарат (МВ + два набора дочерних хромосом) не реагирует реакцией расхождения хромосом на добавление к нему АТФ.

Кинезиновая гипотеза. Кинезин – один из самых простых механохимических белков, работающий как переносчик различных органелл (пластиды, митохондрии, лизосомы) и супермолекулярных частиц. В клетках высших эукариот (мышей) найдено более двадцати кинезиновых белков, у низших эукариот (дрожжей) – шесть. Молекула кинезина передвигается вдоль микротрубочки и тянет за собой субклеточную частицу. Вполне вероятно, что в зоне кинетохор имеются кинезины или они присоединяются к кинетохорам. По структурным и биохимическим свойствам кинезин напоминает миозин и также обладает АТФ-азной активностью. Димерная молекула кинезина имеет две головки (с ними и связана АТФ-азная активность) и хвостовую часть. Головки кинезина попеременно связываются с мономерными звеньями микротрубочки, вследствие чего кинезиновый димер смещается вдоль неё подобно перемещению двуногого существа. Детали этого "шагания" кинезина пока неизвестны. Предполагается, что это не простое передвижение, а больше напоминает "вальсирование". Длина шага точно соответствует размеру двух мономерных глобул ( -тубулин + -тубулин) и равна 8 нм. Одна молекула кинезина обычно совершает не менее 100 шагов (за одну секунду), прежде чем она отделяется от трубочки. При этом сила, развиваемая одной молекулой кинезина, составляет F= 6 пН, а коэффициент полезного действия достигает 60%. Для представления об уровне мощности кинезинового двигателя можно отметить, что если бы моторы современных автомобилей имели кинезиновую мощность в

18