ЧТО ТАКОЕ ЦИТОКИНЕЗ И КАК ОН ПРОИЗВОДИТСЯ? - БИОЛОГИЯ - 2025

Цитокинеза представляет собой процесс разделения цитоплазмы клетки в результате в две дочерние клетки во время клеточного деления. Это происходит как в митозе, так и в мейозе и часто встречается в клетках животных.

В случае некоторых растений и грибов цитокинез не происходит, поскольку эти организмы никогда не делят свою цитоплазму. Цикл воспроизводства клеток завершается разделением цитоплазмы в процессе цитокинеза.

В типичной животной клетке цитокинез происходит в процессе митоза, однако могут существовать некоторые типы клеток, такие как остеокласты, которые могут проходить процесс митоза без цитокинеза.

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

Телофаза и цитокинезная стадия митоза. Источник: Kelvin Song CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) через Wikimedia Commons,

Первое видимое изменение цитокинеза в клетках животных становится очевидным, когда на поверхности клетки появляется бороздка деления. Эта бороздка быстро становится более выраженной и расширяется вокруг клетки, пока полностью не расстанется посередине.

В клетках животных и многих эукариотических клетках структура, сопровождающая процесс цитокинеза, известна как «сократительное кольцо», динамическая сборка, состоящая из нитей актина, нитей миозина II и многих структурных и регуляторных белков. Он располагается под плазматической мембраной клетки и сжимается, чтобы разделить ее на две части.

Инфузории, подвергающиеся цитокинезу. Источник: Alpha Wolf CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) через Wikimedia Commons

Самая большая проблема, с которой сталкивается клетка, подвергающаяся цитокинезу, - это обеспечение того, чтобы этот процесс происходил в нужное время и в нужном месте. Поскольку цитокинез не должен происходить на ранней стадии митоза, иначе он может нарушить правильное разделение хромосом.

Митотические веретена и деление клеток

Сравнение процесса цитокинеза в клетках растений и животных. Источник: Mathilda Brinton CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) через Wikimedia Commons,

Митотические веретена в клетках животных не только ответственны за разделение образующихся хромосом, они также определяют расположение сократительного кольца и, следовательно, плоскость деления клетки.

Сократительное кольцо имеет неизменную форму в плоскости метафазной пластинки. Когда он находится под правильным углом, он проходит вдоль оси митотического веретена, гарантируя, что деление происходит между двумя отдельными наборами хромосом.

Часть митотического веретена, определяющая плоскость деления, может варьироваться в зависимости от типа клетки. Взаимосвязь между микротрубочками веретена и расположением сократительного кольца широко изучена учеными.

Они манипулировали оплодотворенными яйцами морских позвоночных животных, чтобы наблюдать скорость, с которой бороздки появляются в клетках, не прерывая процесс роста.

Когда цитоплазма чистая, можно легче увидеть веретено, а также момент в реальном времени, когда он находится в новом положении в раннем анафазном состоянии.

Асимметричное деление

В большинстве клеток цитокинез происходит симметрично. У большинства животных, например, сократительное кольцо образуется вокруг экваториальной линии стволовой клетки, так что две полученные дочерние клетки имеют одинаковый размер и сходные свойства.

Эта симметрия возможна благодаря расположению митотического веретена, которое имеет тенденцию фокусироваться на цитоплазме с помощью астральных микротрубочек и белков, которые тянут их с одной стороны на другую.

В процессе цитокинеза есть много переменных, которые должны работать синхронно, чтобы он был успешным. Однако, когда одна из этих переменных изменяется, клетки могут делиться асимметрично, производя две дочерние клетки разных размеров и с разным содержанием цитоплазмы.

Обычно двум дочерним клеткам суждено развиваться по-разному. Для того, чтобы это было возможно, стволовая клетка должна секретировать некоторые определяющие судьбу компоненты с одной стороны клетки, а затем определить положение плоскости деления, чтобы указанная дочерняя клетка унаследовала эти компоненты во время деления.

Чтобы позиционировать деление асимметрично, митотическое веретено должно контролируемым образом перемещаться внутри клетки, которая собирается делиться.

По-видимому, это движение веретена вызвано изменениями в региональных областях коры клетки и локализованными белками, которые помогают сдвинуть один из полюсов веретена с помощью астральных микротрубочек.

Сократительное кольцо

По мере того как астральные микротрубочки становятся длиннее и менее динамичными в своей физической реакции, под плазматической мембраной начинает формироваться сократительное кольцо.

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

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

Когда клетка инициирует процесс митоза, эти механизмы разрушаются, и большая часть актина перестраивается, и филаменты миозина II высвобождаются.

Поскольку хроматиды разделяются во время анафазы, миозин II начинает быстро накапливаться, чтобы создать сократительное кольцо. В некоторых клетках даже необходимо использовать белки из семейства киназ, чтобы регулировать состав как митотического веретена, так и сократительного кольца.

Когда сократительное кольцо полностью вооружено, оно содержит много белков, кроме актина и миозина II. Перекрывающиеся матрицы нитей биполярного актина и миозина II генерируют силу, необходимую для разделения цитоплазмы на две части, в процессе, аналогичном тому, который выполняется клетками гладких мышц.

Однако то, как сокращается сократительное кольцо, все еще остается загадкой. По-видимому, он не действует от имени механизма пуповины с нитями актина и миозина II, движущимися друг над другом, как это сделали бы скелетные мышцы.

Поскольку, когда кольцо сжимается, оно сохраняет свою жесткость на протяжении всего процесса. Это означает, что количество нитей уменьшается по мере закрытия кольца.

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 унаследовать ряд важных клеточных компонентов, включая органеллы, заключенные в клеточной мембране.

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

Точно так же клетки не могут образовать новый эндоплазматический ретикулум, если его часть не находится внутри клеточной мембраны.

Некоторые органеллы, такие как митохондрии и хлоропласты, присутствуют в стволовых клетках в различных формах, чтобы гарантировать их успешное наследование двумя дочерними клетками.

Эндоплазматический ретикулум в период межклеточного взаимодействия постоянно находится вместе с клеточной мембраной и организован микротрубочкой цитоскелета.

После входа в фазу митоза реорганизация микротрубочек высвобождает эндоплазматический ретикулум, который фрагментируется, поскольку оболочка ядра также разрушается. Аппарат Гольджи, вероятно, также фрагментирован, хотя в некоторых клетках он, по-видимому, распространился через ретикулум и позже появился в телофазе.

Митоз без цитокинеза

Хотя за делением клеток обычно следует деление цитоплазмы, есть некоторые исключения. Некоторые клетки проходят различные процессы клеточного деления без разрушения цитоплазмы.

Например, эмбрион плодовой мухи проходит 13 стадий деления ядер, прежде чем происходит деление цитоплазмы, в результате чего образуется большая клетка с числом ядер до 6000.

Такое расположение в основном нацелено на ускорение процесса раннего развития, поскольку клеткам не нужно так много времени, чтобы пройти все стадии клеточного деления, в которые вовлечен цитокинез.

После этого быстрого деления ядра вокруг каждого ядра создаются клетки в ходе единственного процесса цитокинеза, известного как целюризация. На поверхности клеток образуются сократительные кольца, а плазматическая мембрана расширяется внутрь и сжимается, чтобы окружить каждое ядро.

Нецитокинезный процесс митоза также происходит в некоторых типах клеток млекопитающих, таких как остеокласты, трофобласты и некоторые гепатоциты и клетки сердечной мышцы. Эти клетки, например, растут многоядерно, как клетки некоторых грибов или плодовых мух.

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 о гирляндах.
2. Biology-Online.org. (12 марта 2017 г.). Биология онлайн. Получено из Cytokinesis: biology-online.org.
3. Brill, JA, Hime, GR, Scharer-Schuksz, M., & Fuller, &. (2000).
4. Просвещение, Н. (2014). Природное образование. Получено из цитокинеза: nature.com.
5. Гертин Д.А., Траутманн С. и Макколлум Д. (июнь 2002 г.). Получено из 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.