Co to jest cytokineza i jak się ją wytwarza?

Cytokineza to proces dzielenia cytoplazmy komórki, który 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 występuje 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 wyraźniejsza i rozszerza się wokół komórki, aż część znajdzie się całkowicie pośrodku.

W komórkach zwierzęcych i wielu komórkach eukariotycznych struktura towarzysząca procesowi cytokinezy jest znana jako „pierścień skurczowy”, dynamiczny zestaw złożony z włókien aktynowych, włókien miozyny II i wielu białek strukturalnych i regulatorowych. Jest zainstalowany pod błoną plazmatyczną komórki i kurczy się, aby podzielić ją 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 wcześnie podczas 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 oddzielonych 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 obserwacji prędkości, z jaką rowki pojawiają się w komórkach bez przerwania procesu wzrostu (Guertin, Trautmann i McCollum, 2002).

Gdy cytoplazma jest czysta, wrzeciono można łatwiej zobaczyć, 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 z jednej strony na drugą.

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

Zazwyczaj dwie komórki potomne są przeznaczone do innego rozwoju. Aby było to możliwe, komórka macierzysta musi oddzielić niektóre składowe wyznaczające miejsce przeznaczenia od jednej strony 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 mikrotubul.

Pierścień kurczliwy

Ponieważ astralne mikro-kanaliki stają się dłuższe i mniej dynamiczne w swojej fizycznej reakcji, pierścień kurczliwy zaczyna tworzyć się poniżej błony plazmatycznej.

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

Podczas połączenia włókna 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.

Kiedy 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 na drugiej, podobnie 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 zamyka się (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 również odziedziczyć serię istotnych składników komórkowych, w tym organelli zamkniętych w błonie komórkowej.

Organelle komórkowe, takie jak mitochondria i chloroplasty, nie mogą być wytwarzane spontanicznie z ich poszczególnych składników, mogą one powstać tylko ze wzrostu i podziału wcześniej istniejących organelli.

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

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

Retikulum endoplazmatyczne w okresie kontaktu komórkowego znajduje się w sposób ciągły razem z błoną komórkową i jest organizowane przez mikrogulkę cytoszkieletu (Brill, Hime, Scharer-Schuksz i Fuller, 2000).

Po wejściu w fazę mitozy reorganizacja mikrotubułek uwalnia siateczkę endoplazmatyczną, która jest fragmentowana 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 przez 13 etapów podziału jądrowego, zanim nastąpi podział cytoplazmatyczny, w wyniku czego powstaje duża komórka 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 muszki owocowe (Zimmerman, 2012).