Ce este Cytokinesis și cum este produs?

Cytokineza este procesul de divizare a citoplasmei unei celule care are ca rezultat două celule fiice în timpul procesului de diviziune celulară.

Apare atât în ​​mitoze, cât și în meioze și este comună în celulele animale. În cazul unor plante și ciuperci, citokineza nu are loc, deoarece aceste organisme nu își divizează niciodată citoplasma. Ciclul reproducerii celulare culminează în divizarea citoplasmei prin procesul de citokineză.

Într-o celulă tipică de animale, citokineza apare în timpul procesului de mitoză, dar pot exista anumite tipuri de celule cum ar fi osteoclastele care pot suferi procesul de mitoză fără a avea loc o citokineză (Biology-Online.org, 2017 ).

Procesul de citokineză începe în timpul anafazei și se încheie în timpul telofazei, care are loc complet în momentul în care începe următoarea interfață.

Prima modificare vizibilă a citokinezei în celulele animale devine evidentă atunci când pe suprafața celulei apare un canal de divizare. Această brazdă devine mai pronunțată și se extinde în jurul celulei, până când partea este complet în mijloc.

În celulele animale și în multe celule eucariote, structura care însoțește procesul de citokineză este cunoscută sub denumirea de "inel contractil", un set dinamic compus din filamente de actină, filamente de miozină II și multe proteine ​​structurale și de reglementare. Acesta este instalat sub membrana plasmatică a celulei și se contractează pentru al împărți în două părți.

Cea mai mare problemă pe care o celulă care trece prin procesul de citokineză trebuie să se confrunte este asigurarea că acest proces are loc la momentul și locul potrivit. Deoarece citokineza nu trebuie să apară devreme în timpul fazei de mitoză sau poate întrerupe divizarea corectă a cromozomilor.

Mijloacele spinării și diviziunea celulară

Fusurile mitotice din celulele animalelor nu sunt singurele responsabile pentru separarea cromozomilor care rezultă, ele specifică și locația inelului contractil și, prin urmare, planul diviziunii celulare.

Inelul contractil are o formă invariabilă în planul plăcii metafazice. Când este la un unghi corect, se extinde de-a lungul axei axului mitotic, asigurând împărțirea între cele două seturi de cromozomi separați.

Partea axului mitotic care specifică planul diviziunii poate varia în funcție de tipul de celulă. Relația dintre microtubulele de arbore și locația inelului contractil a fost larg studiată de oamenii de știință.

Acestea au manipulat ouă fertilizate de animale vertebrate marine în scopul de a observa viteza cu care canalele apar în celule fără ca procesul de creștere să fie întrerupt (Guertin, Trautmann, & McCollum, 2002).

Atunci când citoplasma este clară, arborele poate fi văzut mai ușor, precum și momentul în timp real, în care se află într-o nouă poziție în starea de anafază timpurie.

Diviziunea asimetrică

În cele mai multe celule, citokineza are loc simetric. La majoritatea animalelor, de exemplu, inelul contractil este format în jurul liniei ecuator a celulei părinte, astfel încât cele două celule fiice rezultate să aibă aceeași dimensiune și proprietăți similare.

Această simetrie este posibilă datorită localizării axului mitotic, care tinde să se concentreze asupra citoplasmei cu ajutorul microtubulelor astrale și a proteinelor care le trag de la o parte la alta.

În cadrul procesului de citokineză există multe variabile care trebuie să funcționeze într-un mod sincron, astfel încât să aibă succes. Cu toate acestea, atunci când una dintre aceste variabile se modifică, celulele pot fi împărțite asimetric, producând două celule fiice de dimensiuni diferite și cu un conținut citoplasmatic diferit (Education, 2014).

De obicei, cele două celule fiice sunt destinate să se dezvolte diferit. Pentru ca aceasta să fie posibilă, celula mamă trebuie să segregeze unele componente determinante ale destinației într-o parte a celulei și apoi să localizeze planul de divizare astfel încât celula fiică indicată să moștenească aceste componente în momentul divizării.

Pentru a poziționa diviziunea asimetric, fusul mitotic trebuie mutat într-o manieră controlată în interiorul celulei care urmează să se împartă.

Aparent, această mișcare a axului este determinată de schimbări în zonele regionale ale cortexului celular și de proteinele localizate care ajută la deplasarea unuia dintre stalpii axului cu ajutorul microtubulilor astrali.

Inel contractil

Deoarece micro tubulii astrali devin mai lungi și mai puțin dinamici în răspunsul lor fizic, inelul contractil începe să se formeze sub membrana plasmatică.

Cu toate acestea, o mare parte din pregătirea pentru citokineză apare mai devreme în procesul de mitoză, chiar înainte ca citoplasma să înceapă să se divizeze.

În timpul interfeței, filamentele actin și myosin II combină și formează o rețea corticală și, chiar și în unele celule, generează grinzi mari citoplasmatice numite fibre de stres.

În măsura în care o celulă inițiază procesul de mitoză, aceste aranjamente sunt dezarmate și o mare parte din actină este rearanjată și filamentele miozinei II sunt eliberate.

În măsura în care cromatidele se separă în timpul anafazei, miozina II începe să se acumuleze rapid pentru a crea inelul contractil. Chiar și în unele celule, este necesar să se utilizeze proteine ​​din familia kinazelor pentru a regla compoziția atât a fusului mitotic cât și a inelului contractil.

Când inelul contractil este complet înarmat, acesta conține multe proteine ​​diferite față de actin și miosin II. Matricele suprapuse ale filamentelor actin bipolar și myosin II generează forța necesară pentru divizarea citoplasmei în două părți, într-un proces similar cu cel al celulelor musculare netede (Rappaport, 1996).

Cu toate acestea, modul în care contractele inel contractile este încă un mister. Se pare că nu funcționează ca urmare a unui mecanism cordon cu filamente de actină și miozină II care se deplasează unul peste celălalt, la fel ca mușchii scheletici.

Deoarece, atunci când inelul contractează, își păstrează aceeași rigiditate pe tot parcursul procesului. Aceasta înseamnă că numărul de filamente scade în meda în care inelul se închide (Alberts, et al., 2002).

Distribuția organelurilor în celulele fiice

Procesul mitozei trebuie să asigure că fiecare dintre celulele fiice primește același număr de cromozomi. Cu toate acestea, atunci când o celulă eucariotă se împarte, fiecare celula fiică trebuie să moștenească, de asemenea, o serie de componente celulare esențiale, inclusiv organele închise în membrana celulară.

Organelurile organice cum ar fi mitocondriile și cloroplastele nu pot fi generate spontan din componentele lor individuale, ele pot apărea numai din creșterea și divizarea organelurilor preexistente.

În mod similar, celulele nu pot face un nou reticul endoplasmatic, cu excepția cazului în care o parte din acesta este prezentă în membrana celulară.

Unele organele cum ar fi mitocondriile și cloroplastele sunt prezente într-un număr mare în celula mamă, pentru a se asigura că cele două celule fiice le moștenesc cu succes.

Reticulul endoplasmatic în timpul perioadei interfeței celulare se găsește în mod continuu împreună cu membrana celulară și este organizat de microtubulele citoscheletice (Brill, Hime, Scharer-Schuksz și Fuller, 2000).

După intrarea în faza de mitoză, reorganizarea microtubulilor eliberează reticulul endoplasmatic, fragmentat în măsura în care plicul de bază se rupe. Aparatul Golgi este, de asemenea, probabil fragmentat, deși în unele celule pare să fie distribuit prin reticul pentru a ieși mai târziu în telofază.

Mitoza fără citokineză

Deși diviziunea celulară este de obicei urmată de divizarea citoplasmei, există câteva excepții. Unele celule trec prin mai multe procese de diviziune celulară fără ca citoplasma să fie împărțită.

De exemplu, embrionul muștei de fructe trece prin 13 etape de divizare nucleară înainte de divizarea citoplasmatică, rezultând o celulă mare cu până la 6000 de nuclee.

Acest aranjament vizează în principal accelerarea procesului de dezvoltare timpurie, deoarece celulele nu trebuie să dureze atât de mult pentru a trece prin toate etapele de diviziune celulară implicate în citokineză.

După ce are loc această divizare nucleară rapidă, celulele sunt create în jurul fiecărui nucleu într-un singur proces de citokineză, cunoscut sub numele de celulozare. Inelele contractile sunt formate pe suprafața celulelor, iar membrana plasmatică se extinde spre interior și se adaptează pentru a include fiecare nucleu

Procesul de mitoză fără citokineză apare și în unele tipuri de celule mamifere, cum ar fi osteoclastele, trofoblastele și unele hepatocite și celulele musculare cardiace. Aceste celule, de exemplu, cresc într-o manieră multinucleară, la fel ca niște ciuperci sau zbura de fructe (Zimmerman, 2012).