Что такое цитокинез и как он производится?



цитокинез это процесс деления цитоплазмы клетки, которая приводит к двум дочерним клеткам в процессе деления клетки.

Это происходит как в митозе, так и в мейозе и часто встречается в клетках животных. В случае некоторых растений и грибов цитокинез не происходит, потому что эти организмы никогда не делят свою цитоплазму. Цикл клеточной репродукции завершается разделением цитоплазмы через процесс цитокинеза.

В типичной клетке животного цитокинез возникает во время процесса митоза, однако могут быть некоторые типы клеток, такие как остеокласты, которые могут подвергаться процессу митоза без прохождения цитокинеза (Biology-Online.org, 2017 ).

Процесс цитокинеза начинается во время анафазы и заканчивается во время телофазы, полностью происходя в момент, когда начинается следующий интерфейс.

Первое видимое изменение цитокинеза в клетках животных становится очевидным, когда на поверхности клетки появляется разделительная бороздка. Эта борозда быстро становится более выраженной и расширяется вокруг клетки до тех пор, пока часть полностью не пройдет через середину. 

В клетках животных и многих эукариотических клетках структура, сопровождающая процесс цитокинеза, известна как «сократительное кольцо», динамический набор, состоящий из нитей актина, нитей миозина II и многих структурных и регуляторных белков. Он устанавливается под плазматической мембраной клетки и заключает договор на разделение его на две части..

Самая большая проблема, с которой сталкивается клетка, которая проходит через процесс цитокинеза, - это гарантия того, что этот процесс происходит в нужное время и в нужном месте. Поскольку цитокинез не должен возникать на ранних стадиях фазы митоза, иначе он может нарушить правильное деление хромосом..

Митотические колючки и деление клеток

Митотические веретена в клетках животных не несут единоличной ответственности за разделение полученных хромосом, они также указывают местоположение сократительного кольца и, следовательно, плоскость деления клеток..

Сократительное кольцо имеет неизменную форму в плоскости метафазной пластины. Когда он находится под правильным углом, он проходит вдоль оси митотического веретена, обеспечивая разделение между двумя наборами отдельных хромосом..

Часть митотического веретена, которая определяет плоскость деления, может варьироваться в зависимости от типа клетки. Связь между микротрубочками веретена и расположением сократительного кольца широко изучалась учеными.

Они манипулировали оплодотворенными яйцами морских позвоночных животных с целью наблюдения за скоростью, с которой борозды появляются в клетках без прерывания процесса роста (Guertin, Trautmann, & McCollum, 2002).

Когда цитоплазма чиста, шпиндель лучше виден, а также момент в реальном времени, в котором он находится в новом положении в раннем анафазном состоянии..

Асимметричное деление

В большинстве клеток цитокинез происходит симметрично. Например, у большинства животных сократительное кольцо формируется вокруг экваториальной линии родительской клетки, так что две получающиеся дочерние клетки имеют одинаковый размер и сходные свойства..

Эта симметрия возможна благодаря расположению митотического веретена, который имеет тенденцию фокусироваться на цитоплазме с помощью астральных микротрубочек и белков, которые тянут их назад и вперед..

В процессе цитокинеза есть много переменных, которые должны работать синхронно, чтобы он был успешным. Однако при изменении одной из этих переменных клетки могут быть разделены асимметрично, образуя две дочерние клетки разного размера и с разным цитоплазматическим содержанием (Education, 2014).

Обычно двум дочерним клеткам суждено развиваться по-разному. Чтобы это было возможно, материнская ячейка должна отделить некоторые детерминантные компоненты пункта назначения на одной стороне ячейки, а затем найти плоскость деления, чтобы указанная дочерняя ячейка наследовала эти компоненты во время деления..

Чтобы расположить деление асимметрично, митотический веретен должен перемещаться контролируемым образом в клетке, которая собирается делиться.

По-видимому, это движение веретена обусловлено изменениями в региональных зонах клеточной коры и локализованными белками, которые помогают смещать один из полюсов веретена с помощью астральных микротрубочек..

Сократительное кольцо

Поскольку астральные микротрубочки становятся длиннее и менее динамичны в своем физическом ответе, сократительное кольцо начинает формироваться под плазматической мембраной.

Однако большая часть подготовки к цитокинезу происходит раньше в процессе митоза, еще до того, как цитоплазма начинает делиться..

Во время взаимодействия нити актина и миозина II объединяются и образуют кортикальную сеть, и даже в некоторых клетках они генерируют большие цитоплазматические пучки, называемые стрессовыми волокнами..

В той степени, в которой клетка инициирует процесс митоза, эти механизмы разоружаются, и большая часть актина перестраивается, и нити миозина II высвобождаются..

По мере того, как хроматиды отделяются во время анафазы, миозин II начинает быстро накапливаться, создавая сократительное кольцо. Даже в некоторых клетках необходимо использовать белки из семейства киназ, чтобы регулировать состав как митотического веретена, так и сократительного кольца..

Когда сократительное кольцо полностью вооружено, оно содержит много различных белков для актина и миозина II. Наложенные матрицы из биполярных нитей актина и миозина II генерируют силу, необходимую для разделения цитоплазмы на две части, в процессе, подобном тому, который выполняют клетки гладких мышц (Rappaport, 1996)..

Однако то, каким образом сокращается сократительное кольцо, до сих пор остается загадкой. По-видимому, он не работает из-за механизма пуповины, когда нити актина и миозина II движутся друг на друга, как это делают скелетные мышцы..

Поскольку, когда кольцо сжимается, оно сохраняет свою жесткость на протяжении всего процесса. Это означает, что количество нитей уменьшается в меде, в которой кольцо закрывается (Alberts, et al., 2002).

Распределение органелл в дочерних клетках

Процесс митоза должен гарантировать, что каждая из дочерних клеток получает одинаковое количество хромосом. Однако, когда эукариотическая клетка делится, каждая дочерняя клетка также должна наследовать ряд важных клеточных компонентов, включая органеллы, заключенные в клеточную мембрану..

Клеточные органеллы, такие как митохондрии и хлоропласты, не могут генерироваться спонтанно из их отдельных компонентов, они могут возникать только в результате роста и деления уже существующих органелл..

Точно так же клетки не могут создать новый эндоплазматический ретикулум, если его часть не присутствует в клеточной мембране..

Некоторые органеллы, такие как митохондрии и хлоропласты, присутствуют в большом количестве клеток в материнской клетке, чтобы гарантировать, что две дочерние клетки наследуют их успешно..

Эндоплазматический ретикулум в период межклеточного взаимодействия постоянно обнаруживается вместе с клеточной мембраной и организован микроклеточными канальцами цитоскелета (Brill, Hime, Scharer-Schuksz & Fuller, 2000)..

После входа в фазу митоза реорганизация микротрубочек освобождает эндоплазматический ретикулум, который фрагментируется до такой степени, что оболочка ядра также разрушается. Аппарат Гольджи также, вероятно, фрагментирован, хотя в некоторых клетках он, по-видимому, распределяется через ретикулум, а затем выходит в телофазу..

Митоз без цитокинеза

Хотя деление клеток обычно сопровождается делением цитоплазмы, есть некоторые исключения. Некоторые клетки проходят несколько процессов клеточного деления без расщепления цитоплазмы..

Например, эмбрион плодовой мухи проходит 13 стадий ядерного деления, прежде чем происходит цитоплазматическое деление, в результате чего получается большая клетка с до 6000 ядер..

Эта схема в основном направлена ​​на ускорение процесса раннего развития, поскольку клеткам не нужно так много времени, чтобы пройти все стадии клеточного деления, связанные с цитокинезом..

После того, как происходит это быстрое деление ядра, клетки создаются вокруг каждого ядра в рамках одного процесса цитокинеза, известного как целеризация. Сократительные кольца образуются на поверхности клеток, а плазматическая мембрана расширяется внутрь и регулируется, чтобы охватить каждое ядро.

Процесс митоза без цитокинеза также происходит в некоторых типах клеток млекопитающих, таких как остеокласты, трофобласты и некоторые гепатоциты и клетки сердечной мышцы. Эти клетки, например, растут многоядерным способом, как некоторые грибы или плодовая муха (Zimmerman, 2012).

ссылки

  1. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К. и Уолтер П. (2002). Молекулярная биология клетки. 4-е издание. Нью-Йорк: Наука Гирлянды.
  2. Biology-Online.org. (12 марта 2017 г.). Биология Онлайн. Получено из цитокинеза: biology-online.org.
  3. Brill, J.A., Hime, G.R., Scharer-Schuksz, M. & Fuller, &. (2000).
  4. Образование, Н. (2014). Образование природы. Получено от цитокинеза: nature.com.
  5. Гертин Д. А., Траутманн С. и Макколлум Д. (июнь 2002 г.). Получено от цитокинеза у эукариот: ncbi.nlm.nih.gov.
  6. Раппапорт Р. (1996). Цитокинез в клетках животных. Нью-Йорк: издательство Кембриджского университета.
  7. Циммерман А. (2012). Митоз / Цитокинез. Академическая пресса.