CO TO JEST CYTOKINEZA I JAK JEST WYTWARZANA? - BIOLOGIA - 2026

Cytokinezy to proces podziału cytoplazmy komórek otrzymanego w dwóch komórek potomnych w czasie podziału komórki. Występuje zarówno w mitozie, jak i 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 się komórek kończy się podziałem cytoplazmy w procesie cytokinezy.

W typowej komórce zwierzęcej cytokineza zachodzi podczas procesu mitozy, jednak mogą istnieć pewne typy komórek, takie jak osteoklasty, które mogą przejść przez proces mitozy bez zachodzenia cytokinezy.

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

Etap mitozy telofaza i cytokineza. Źródło: Kelvin Song CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) przez Wikimedia Commons,

Pierwsza widoczna zmiana w cytokinezy w komórkach zwierzęcych uwidacznia się, gdy na powierzchni komórki pojawia się rowek podziałowy. Ten rowek szybko staje się bardziej wyraźny i rozszerza się wokół komórki, aż całkowicie rozchodzi się pośrodku.

W komórkach zwierzęcych i wielu komórkach eukariotycznych struktura towarzysząca procesowi cytokinezy jest znana jako „pierścień kurczliwy”, dynamiczny zespół składający się z włókien aktyny, włókien miozyny II i wielu białek strukturalnych i regulatorowych. Osiada pod błoną plazmatyczną komórki i kurczy się, dzieląc ją na dwie części.

Orzęski przechodzące cytokinezę. Źródło: The Alpha Wolf CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) przez Wikimedia Commons

Największym problemem, z jakim boryka się komórka przechodząca cytokinezę, jest zapewnienie, że proces ten zachodzi we właściwym czasie i miejscu. Ponieważ cytokineza nie może wystąpić wcześnie w fazie mitozy lub może zakłócić prawidłowy podział chromosomów.

Wrzeciona mitotyczne i podział komórek

Porównanie procesu cytokinezy w komórkach roślinnych i zwierzęcych. Źródło: Mathilda Brinton CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) przez Wikimedia Commons,

Wrzeciona mitotyczne w komórkach zwierząt są nie tylko odpowiedzialne za oddzielanie powstałych chromosomów, ale także określają położenie pierścienia kurczliwego, a tym samym płaszczyznę podziału komórki.

Pierścień kurczący się ma niezmienny kształt w płaszczyźnie płyty metafazowej. Pod odpowiednim kątem przebiega wzdłuż osi wrzeciona mitotycznego, zapewniając podział między dwoma oddzielnymi zestawami chromosomów.

Część wrzeciona mitotycznego określająca płaszczyznę podziału może się różnić w zależności od typu komórki. Związek między mikrotubulami wrzeciona a umiejscowieniem skurczowego pierścienia był szeroko badany przez naukowców.

Manipulowali zapłodnionymi jajami kręgowców morskich, aby obserwować szybkość, z jaką pojawiają się rowki w komórkach bez przerywania procesu wzrostu.

Gdy cytoplazma jest czysta, wrzeciono jest lepiej widoczne, 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 kurczliwy 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 mikrotubul astralnych i białek, które ciągną je z jednej strony na drugą.

W procesie cytokinezy istnieje wiele zmiennych, które muszą działać synchronicznie, aby odnieść sukces. Jednak gdy zmienia się jedna z tych zmiennych, komórki mogą dzielić się asymetrycznie, tworząc dwie komórki potomne o różnej wielkości i odmiennej zawartości cytoplazmatycznej.

Zwykle przeznaczeniem dwóch komórek potomnych jest inny rozwój. Aby było to możliwe, komórka macierzysta musi wydzielać pewne składniki determinujące losy na jedną stronę 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 poruszane w kontrolowany sposób w komórce, która ma się podzielić.

Najwyraźniej ten ruch wrzeciona jest napędzany zmianami w regionalnych obszarach kory komórkowej oraz zlokalizowanymi białkami, które pomagają przesunąć jeden z biegunów wrzeciona za pomocą mikrotubul astralnych.

Pierścień kurczliwy

Gdy astralne mikrotubule stają się dłuższe i mniej dynamiczne w swojej fizycznej odpowiedzi, pod błoną plazmatyczną zaczyna się tworzyć pierścień kurczliwy.

Jednak większość przygotowań do cytokinezy zachodzi wcześniej w procesie mitozy, nawet zanim cytoplazma zacznie się dzielić.

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

Gdy komórka inicjuje proces mitozy, układy te ulegają rozpadowi i duża część aktyny ulega rearanżacji, a włókna miozyny II są uwalniane.

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

Gdy pierścień kurczliwy jest w pełni uzbrojony, zawiera wiele białek innych niż aktyna i miozyna II. Zachodzące na siebie matryce dwubiegunowych włókien aktyny i miozyny II wytwarzają siłę niezbędną do podzielenia cytoplazmy na dwie części, w procesie podobnym do tego, jaki wykonują komórki mięśni gładkich.

Jednak sposób, w jaki kurczący się pierścień kurczy się, pozostaje tajemnicą. Najwyraźniej nie działa w imieniu mechanizmu sznurkowego z filamentami aktyny i miozyny II poruszającymi się jeden na drugim, tak jak robią to mięśnie szkieletowe.

Ponieważ, gdy pierścień się kurczy, zachowuje tę samą sztywność przez cały proces. Oznacza to, że liczba włókien zmniejsza się, gdy pierścień się zamyka.

Dystrybucja organelli w komórkach potomnych

Proces mitozy musi zapewnić, że każda z komórek potomnych otrzyma taką samą liczbę chromosomów. Jednak gdy komórka eukariotyczna dzieli się, każda komórka potomna musi również odziedziczyć szereg niezbędnych składników komórkowych, w tym organelle zawarte w błonie komórkowej.

Organelle komórkowe, takie jak mitochondria i chloroplasty, nie mogą powstać spontanicznie z ich poszczególnych składników, mogą powstać jedynie w wyniku wzrostu i podziału wcześniej istniejących organelli.

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

Niektóre organelle, takie jak mitochondria i chloroplasty, występują w komórkach macierzystych w wielu formach, aby zapewnić, że dwie komórki potomne z powodzeniem je odziedziczą.

Retikulum endoplazmatyczne w okresie połączenia komórkowego jest stale wraz z błoną komórkową i jest organizowane przez mikrotubule cytoszkieletu.

Po wejściu w fazę mitozy reorganizacja mikrotubul powoduje uwolnienie retikulum endoplazmatycznego, który ulega fragmentacji wraz z rozerwaniem otoczki jądra. Aparat Golgiego jest prawdopodobnie również rozdrobniony, chociaż w niektórych komórkach wydaje się, że był rozprowadzany przez siateczkę, a później wyłonił się w telofazie.

Mitoza bez cytokinezy

Chociaż po podziale komórki zwykle następuje podział cytoplazmy, są pewne wyjątki. Niektóre komórki przechodzą różne procesy podziału bez uszkodzenia cytoplazmy.

Na przykład zarodek muszki owocówki przechodzi 13 etapów podziału jądrowego, zanim nastąpi podział cytoplazmatyczny, w wyniku czego powstaje duża komórka z nawet 6000 jąder.

To ustawienie ma głównie na celu przyspieszenie wczesnego procesu rozwoju, ponieważ komórki nie muszą tak długo przechodzić przez wszystkie etapy podziału komórki, w które zaangażowana jest cytokineza.

Po tym szybkim podziale jądra komórki powstają wokół każdego jądra w jednym procesie cytokinezy, zwanym celuryzacją. Na powierzchni komórek tworzą się kurczliwe pierścienie, a błona plazmatyczna rozciąga się do wewnątrz i zacieśnia się, otaczając każde jądro.

Niecytokinezy proces mitozy zachodzi również w niektórych typach komórek ssaków, takich jak osteoklasty, trofoblasty oraz niektóre hepatocyty i komórki mięśnia sercowego. Te komórki, na przykład, rosną w sposób wielojądrowy, podobnie jak komórki niektórych grzybów lub muszki owocowej.

Bibliografia

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2002). Biologia molekularna komórki. Wydanie 4. Nowy Jork: Garland Science.
2. Biology-Online.org. (12 marca 2017). Biology Online. Uzyskane z Cytokinesis: biology-online.org.
3. Brill, JA, Hime, GR, Scharer-Schuksz, M. i Fuller, &. (2000).
4. Edukacja, N. (2014). Edukacja przyrodnicza. Pobrane z cytokinesis: nature.com.
5. Guertin, DA, 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.