Co to jest cytokineza i jak się ją wytwarza?

The cytokineza jest procesem podziału cytoplazmy komórki, która powoduje powstanie dwóch komórek potomnych podczas procesu podziału komórki.

Występuje zarówno w mitozie, jak iw mejozie i jest powszechny w komórkach zwierzęcych. W przypadku niektórych roślin i grzybów cytokineza nie zachodzi, ponieważ organizmy te nigdy nie dzielą swojej cytoplazmy. Cykl rozmnażania komórkowego kończy się podziałem cytoplazmy przez proces cytokinezy.

W typowej komórce zwierzęcej cytokineza zachodzi podczas procesu mitozy, jednak mogą istnieć pewne typy komórek, takie jak osteoklasty, które mogą przejść proces mitozy bez zachodzenia cytokinezy (Biology-Online.org, 2017 ).

Proces cytokinezy rozpoczyna się podczas anafazy i kończy się podczas telofazy, zachodząc całkowicie w momencie rozpoczęcia następnego interfejsu.

Pierwsza widoczna zmiana cytokinezy w komórkach zwierzęcych staje się widoczna, gdy na powierzchni komórki pojawia się rowek dzielący. Ta bruzda szybko staje się bardziej wyraźna i rozszerza się wokół komórki, aż do części całkowicie przez środek. 

W komórkach zwierzęcych i wielu komórkach eukariotycznych struktura towarzysząca procesowi cytokinezy jest znana jako „pierścień skurczowy”, dynamiczny zestaw składający się z filamentów aktynowych, włókien miozyny II i wielu białek strukturalnych i regulatorowych. Jest on instalowany pod błoną plazmową komórki i jest zakontraktowany, aby podzielić go na dwie części.

Największym problemem, z jakim musi się zmierzyć komórka przechodząca przez proces cytokinezy, jest pewność, że proces ten zachodzi we właściwym czasie i miejscu. Ponieważ cytokineza nie może wystąpić na wczesnym etapie fazy mitozy, może też przerwać prawidłowy podział chromosomów.

Kolce mitotyczne i podział komórek

Wrzeciona mitotyczne w komórkach zwierząt nie są wyłącznie odpowiedzialne za rozdzielanie powstałych chromosomów, określają również położenie pierścienia kurczliwego, a zatem płaszczyznę podziału komórki.

Pierścień kurczliwy ma niezmienny kształt w płaszczyźnie płytki metafazy. Kiedy jest pod właściwym kątem, rozciąga się wzdłuż osi wrzeciona mitotycznego, zapewniając podział między dwoma zestawami oddzielnych chromosomów..

Część wrzeciona mitotycznego, która określa płaszczyznę podziału, może się różnić w zależności od typu komórki. Związek między mikro-kanalikami wrzecionowymi a położeniem pierścienia kurczliwego został szeroko zbadany przez naukowców.

Manipulowały zapłodnionymi jajami morskich kręgowców w celu zaobserwowania prędkości, z jaką bruzdy pojawiają się w komórkach bez przerwania procesu wzrostu (Guertin, Trautmann i McCollum, 2002).

Gdy cytoplazma jest czysta, wrzeciono można łatwiej dostrzec, a także moment w czasie rzeczywistym, w którym znajduje się w nowej pozycji we wczesnym stanie anafazy.

Podział asymetryczny

W większości komórek cytokineza zachodzi symetrycznie. Na przykład u większości zwierząt pierścień skurczowy tworzy się wokół linii równika komórki macierzystej, tak że dwie powstałe komórki potomne mają ten sam rozmiar i podobne właściwości.

Ta symetria jest możliwa dzięki położeniu wrzeciona mitotycznego, które ma tendencję do skupiania się na cytoplazmie za pomocą astralnych mikro-kanalików i białek, które ciągną je w tę iz powrotem..

W procesie cytokinezy istnieje wiele zmiennych, które muszą działać synchronicznie, aby odnieść sukces. Jednakże, gdy jedna z tych zmiennych ulega zmianie, komórki można podzielić asymetrycznie, wytwarzając dwie komórki potomne o różnych rozmiarach i odmiennej zawartości cytoplazmy (Edukacja, 2014).

Zazwyczaj dwie komórki potomne są przeznaczone do innego rozwoju. Aby było to możliwe, komórka macierzysta musi oddzielić niektóre składowe wyznaczające miejsce przeznaczenia po jednej stronie komórki, a następnie zlokalizować płaszczyznę podziału, tak aby wskazana komórka potomna dziedziczyła te składniki w momencie podziału..

Aby ustawić podział asymetrycznie, wrzeciono mitotyczne musi być przemieszczane w kontrolowany sposób w komórce, która ma się podzielić.

Wydaje się, że ten ruch wrzeciona jest napędzany przez zmiany w regionalnych strefach kory komórkowej i przez zlokalizowane białka, które pomagają wyprzeć jeden z biegunów wrzeciona za pomocą astralnych mikro-kanalików.

Pierścień kurczliwy

O ile astralne mikro-kanaliki stają się dłuższe i mniej dynamiczne w swojej fizycznej reakcji, pierścień kurczliwy zaczyna tworzyć się pod błoną plazmatyczną.

Jednak większość preparatów do cytokinezy występuje wcześniej w procesie mitozy, nawet zanim cytoplazma zaczyna się dzielić..

Podczas połączenia filamenty aktyny i miozyny II łączą się i tworzą sieć korową, a nawet w niektórych komórkach generują duże wiązki cytoplazmatyczne zwane włóknami stresowymi..

W zakresie, w jakim komórka inicjuje proces mitozy, układy te zostają rozbrojone, a duża część aktyny jest przestawiana i włókna miozyny II są uwalniane.

W stopniu, w jakim chromatydy oddzielają się podczas anafazy, miozyna II zaczyna się szybko gromadzić, tworząc pierścień kurczliwy. Nawet w niektórych komórkach konieczne jest użycie białek z rodziny kinaz do regulacji składu zarówno wrzeciona mitotycznego, jak i pierścienia kurczliwego..

Gdy pierścień kurczliwy jest w pełni uzbrojony, zawiera wiele różnych białek do aktyny i miozyny II. Nałożone macierze dwubiegunowych aktyn i włókien miozyny II wytwarzają siłę niezbędną do podzielenia cytoplazmy na dwie części, w procesie podobnym do tego, który wykonuje się w komórkach mięśni gładkich (Rappaport, 1996)..

Jednak sposób, w jaki kontrakty kontraktowe są nadal tajemnicą. Najwyraźniej nie działa z powodu mechanizmu sznurkowego z włóknami aktyny i miozyny II, które poruszają się jedna nad drugą, tak jak mięśnie szkieletowe..

Ponieważ gdy pierścień się kurczy, zachowuje tę samą sztywność podczas całego procesu. Oznacza to, że liczba włókien zmniejsza się w meda, w której pierścień się zamyka (Alberts i in., 2002).

Dystrybucja organelli w komórkach potomnych

Proces mitozy powinien zapewnić, że każda z komórek potomnych otrzyma taką samą liczbę chromosomów. Jednakże, gdy komórka eukariotyczna dzieli się, każda komórka potomna musi także odziedziczyć serię istotnych składników komórkowych, w tym organelli zamkniętych w błonie komórkowej..

Organelli komórkowych, takich jak mitochondria i chloroplasty, nie mogą być generowane spontanicznie z ich poszczególnych składników, mogą one powstać tylko ze wzrostu i podziału wcześniej istniejących organelli.

Podobnie komórki nie mogą wytworzyć nowej retikulum endoplazmatycznego, chyba że jego część jest obecna w błonie komórkowej.

Niektóre organelle, takie jak mitochondria i chloroplasty, są obecne w dużej liczbie komórek w komórce macierzystej, aby zapewnić, że dwie komórki potomne odziedziczą je pomyślnie..

Retikulum endoplazmatyczne w okresie kontaktu komórkowego znajduje się stale wraz z błoną komórkową i jest organizowane przez kanalik mikrokomórkowy cytoszkieletu (Brill, Hime, Scharer-Schuksz i Fuller, 2000).

Po wejściu w fazę mitozy reorganizacja mikrorurek uwalnia siateczkę endoplazmatyczną, która jest fragmentaryczna do tego stopnia, że ​​pęka również rdzeń. Aparat Golgiego jest również prawdopodobnie rozdrobniony, chociaż w niektórych komórkach wydaje się, że jest rozprowadzany przez siateczkę, aby później wyłonić się w telofazę..

Mitoza bez cytokinezy

Chociaż po podziale komórek następuje zazwyczaj podział cytoplazmy, istnieją pewne wyjątki. Niektóre komórki przechodzą przez kilka procesów podziału komórki bez podziału cytoplazmy.

Na przykład zarodek muszki owocowej przechodzi 13 etapów podziału jądrowego przed podziałem cytoplazmatycznym, co powoduje powstanie dużej komórki z do 6000 jąder..

Ten układ ma głównie na celu przyspieszenie wczesnego procesu rozwoju, ponieważ komórki nie muszą tak długo przechodzić przez wszystkie etapy podziału komórek zaangażowane w cytokinezę..

Po tym szybkim podziale jądrowym komórki są tworzone wokół każdego jądra w jednym procesie cytokinezy, znanym jako celurizacja. Pierścienie kurczliwe powstają na powierzchni komórek, a błona plazmatyczna rozciąga się do wewnątrz i dostosowuje do zamknięcia każdego jądra

Proces mitozy bez cytokinezy występuje również w niektórych typach komórek ssaków, takich jak osteoklasty, trofoblasty i niektóre hepatocyty i komórki mięśnia sercowego. Komórki te, na przykład, rosną w sposób wielojądrowy, podobnie jak niektóre grzyby lub owoce latają (Zimmerman, 2012).

Referencje

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., i Walter, P. (2002). Molekularna biologia komórki. 4. edycja. Nowy Jork: Garland Science.
2. Biologia-Online.org. (12 marca 2017 r.). Biologia online. Otrzymany z Cytokinesis: biology-online.org.
3. Brill, J.A., Hime, G.R., Scharer-Schuksz, M., i Fuller, &. (2000).
4. Edukacja, N. (2014). Edukacja przyrodnicza. Otrzymany z cytokinezy: nature.com.
5. Guertin, D. A., Trautmann, S. i McCollum, D. (czerwiec 2002). Źródło: Cytokinesis in Eukaryotes: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Rappaport, R. (1996). Cytokineza w komórkach zwierzęcych. Nowy Jork: Cambridge University Press.
7. Zimmerman, A. (2012). Mitoza / cytokineza. Academic Press.