Що таке цитокінез і як він виробляється?

The цитокінез є процесом ділення цитоплазми клітини, що призводить до появи двох дочірніх клітин під час процесу поділу клітин.

Це відбувається як в мітозі, так і в мейозі, і часто зустрічається в клітинах тварин. У випадку деяких рослин і грибів цитокінез не відбувається, тому що ці організми ніколи не ділять їх цитоплазму. Цикл клітинної репродукції завершується розділенням цитоплазми через процес цитокінезу.

У типовій клітині тварин цитокінез відбувається під час процесу мітозу, однак можуть бути деякі типи клітин, такі як остеокласти, які можуть пройти процес мітозу без проведення цитокінезу (Biology-Online.org, 2017 ).

Процес цитокінезу починається під час анафази і закінчується під час телофази, що відбувається повністю в момент, коли починається наступний інтерфейс.

Перша видима зміна цитокінезу в клітинах тварин стає очевидною, коли на поверхні клітини з'являється розділювальний паз. Ця борозна швидко стає більш вираженою і розширюється навколо клітини, поки частина повністю не пройде посередині. 

У клітинах тварин і багатьох еукаріотичних клітинах структура, що супроводжує процес цитокінезу, відома як "контрактильное кільце", динамічний набір, що складається з актинових філаментів, філаментів міозину II і багатьох структурних і регуляторних білків. Вона встановлюється під плазматичною мембраною клітини і укладається для поділу її на дві частини.

Найбільшою проблемою, з якою стикається клітина, яка проходить процес цитокінезу, є впевненість, що цей процес відбувається в потрібний час і в потрібний час. Оскільки цитокінез не повинен виникати рано під час фази мітозу, або він може перервати правильний поділ хромосом..

Мітотичні шипи і поділ клітин

Мітотичні веретени в клітинах тварин не несуть єдиної відповідальності за відділення утворюються хромосом, вони також вказують розташування скорочувального кільця і, отже, площину поділу клітин..

Скорочувальне кільце має незмінну форму в площині метафазної пластини. Коли він знаходиться під правильним кутом, він простягається вздовж осі мітотичного веретена, забезпечуючи, що поділ відбувається між двома наборами окремих хромосом..

Частина мітотичного шпинделя, що визначає площину поділу, може змінюватися в залежності від типу осередку. Взаємозв'язок між шпиндельним мікро-канальцем і розташуванням скорочувального кільця широко вивчали вчені.

Вони маніпулювали заплідненими яйцями морських хребетних тварин з метою спостереження за швидкістю, з якою борозни з'являються в клітинах без переривання процесу росту (Guertin, Trautmann, & McCollum, 2002)..

Коли цитоплазма ясна, шпиндель може бути більш легко видно, а також момент у реальному часі, в якому він знаходиться в новому положенні в ранньому анафазному стані.

Асиметричне поділ

У більшості клітин цитокінез відбувається симетрично. У більшості тварин, наприклад, скоротливе кільце утворюється навколо лінії екватора батьківської клітини, так що дві отримані дочірні клітини мають однаковий розмір і подібні властивості.

Ця симетрія можлива завдяки розташуванню мітотичного веретена, який прагне зосередитися на цитоплазмі за допомогою астральних мікроканальців і білків, які тягнуть їх назад і вперед..

У процесі цитокінезу існує безліч змінних, які повинні працювати синхронно так, щоб воно було успішним. Однак, коли одна з цих змінних змінюється, клітини можуть бути розділені асиметрично, виробляючи дві дочірні клітини різних розмірів і з різнорідним цитоплазматичним вмістом (Освіта, 2014)..

Зазвичай дві дочірні клітини призначені для розвитку по-різному. Щоб це було можливо, материнська клітина повинна розділити деякі детермінанти компонентів призначення на одній стороні клітини, а потім розташувати площину поділу так, щоб зазначена дочірня клітина успадковувала ці компоненти під час поділу..

Щоб розташувати поділ асиметрично, мітотичний шпиндель повинен переміщатися контрольованим чином всередині клітини, яка збирається розділити.

Очевидно, цей рух веретена обумовлений змінами в регіональних зонах клітинної кори і локалізованими білками, які допомагають витіснити один з полюсів веретена за допомогою астральних мікроканальців..

Скорочувальне кільце

Оскільки астральні мікрокабули стають довшими і менш динамічними в їхньому фізичному відповіді, скоротливе кільце починає формуватися під плазматичною мембраною.

Однак значна частина препарату для цитокінезу відбувається раніше в процесі мітозу, ще до того, як цитоплазма починає ділитися..

Під час взаємодії нитки актину та міозину II об'єднуються і утворюють кортикальну мережу, і навіть у деяких клітинах вони генерують великі цитоплазматичні пучки, які називаються стресовими волокнами..

У тій мірі, в якій клітина ініціює процес мітозу, ці механізми роззброєні і більша частина актину перебудовується, а філаменти міозину II вивільняються..

У тій мірі, в якій хроматиди відокремлюються під час анафази, міозин II починає швидко накопичуватися для створення контрактильного кільця. Навіть у деяких клітинах необхідно використовувати білки з сімейства кіназ для регулювання складу як мітотичного веретена, так і скоротливого кільця..

Коли скоротливе кільце повністю озброєне, воно містить безліч різних білків для актину і міозину II. Накладені матриці філаментів біполярного актину і міозину II створюють силу, необхідну для поділу цитоплазми на дві частини, в процесі, подібному до тих, що виконуються гладком'язовими клітинами (Rappaport, 1996)..

Тим не менш, спосіб укладання контракційних контрактів залишається загадкою. Мабуть, він не діє через механізм шнура з актином і міозином II, що рухаються один на одного, як би скелетні м'язи..

Оскільки, коли кільце контрактується, воно зберігає таку ж жорсткість протягом усього процесу. Це означає, що кількість філаментів зменшується в меді, в якій замикається кільце (Alberts, et al., 2002)..

Розподіл органел в дочірніх клітинах

Процес мітозу повинен гарантувати, що кожна з дочірніх клітин отримує однакову кількість хромосом. Однак, коли еукаріотична клітина ділиться, кожна дочірня клітина також повинна успадковувати ряд істотних клітинних компонентів, включаючи органели, укладені в клітинній мембрані..

Клітинні органели, такі як мітохондрії і хлоропласти, не можуть генеруватися спонтанно з їх окремих компонентів, вони можуть виникати тільки внаслідок росту і поділу вже існуючих органел..

Крім того, клітини не можуть створити новий ендоплазматичний ретикулум, якщо тільки частина її не знаходиться в клітинній мембрані.

Деякі органели, такі як мітохондрії та хлоропласти, присутні у великій кількості клітин всередині материнської клітини, щоб забезпечити, щоб дві дочірні клітини успішно успадковували їх..

Ендоплазматичний ретикулум протягом періоду клітинного інтерфейсу знаходиться безперервно разом з мембраною клітини і організований цитоскелетним мікроелементним канальцем (Brill, Hime, Scharer-Schuksz, & Fuller, 2000)..

Після вступу в фазу мітозу, реорганізація мікро канальців вивільняє ендоплазматичний ретикулум, який фрагментується в тій мірі, в якій оболонка ядра також розривається. Апарат Гольджі також, ймовірно, фрагментований, хоча в деяких клітинах він, як видається, розподіляється через ретикулум, щоб пізніше вийти в телофазу..

Мітоз без цитокінезу

Хоча поділ клітин зазвичай супроводжується поділом цитоплазми, є деякі винятки. Деякі клітини проходять через кілька процесів поділу клітин без розщеплення цитоплазми.

Наприклад, ембріон плодової мушки проходить через 13 стадій ядерного поділу до того, як відбувається цитоплазматичне поділ, в результаті чого утворюється велика клітина з кількістю до 6000 ядер..

Такий механізм спрямований, головним чином, на прискорення процесу раннього розвитку, оскільки клітини не повинні тривати так довго, щоб пройти всі стадії поділу клітин, залучених до цитокінезу..

Після того, як відбувається це швидке поділ ядер, клітини створюються навколо кожного ядра в одному процесі цитокінезу, відомого як целізування. Скорочувальні кільця формуються на поверхні клітин, і плазматична мембрана поширюється всередину і пристосовується до кожного ядра

Процес мітозу без цитокінезу також відбувається в деяких типах клітин ссавців, таких як остеокласти, трофобласти і деякі гепатоцити і клітини серцевого м'яза. Ці клітини, наприклад, ростуть у багатоядерній манері, як і деякі гриби або плодова муха (Zimmerman, 2012).

Список літератури

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2002). Молекулярна біологія клітини. 4-е видання. Нью-Йорк: Гарландська наука.
2. Biology-Online.org. (12 березня 2017 р.). Біологія онлайн. Отримано з цитокінезу: biology-online.org.
3. Brill, J.A., Hime, G.R., Scharer-Schuksz, M., & Fuller, &. (2000).
4. Освіта, Н. (2014). Природа освіти. Отримано з цитокінезу: nature.com.
5. Guertin, D.A., Trautmann, S., & McCollum, D. (червень 2002). Отримано з цитокінезу у еукаріотів: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Rappaport, R. (1996). Цитокінез у клітинах тварин. Нью-Йорк: Cambridge University Press.
7. Циммерман, А. (2012). Мітоз / Цитокінез. Academic Press.