КАКВО Е ЦИТОКИНЕЗАТА И КАК СЕ ПРОИЗВЕЖДА? - БИОЛОГИЯ - 2025

На цитокините е процес на разделяне на цитоплазмата на клетката Получената в две дъщерни клетки по време на клетъчното делене. Той се среща както при митоза, така и при мейоза и е често срещан в животинските клетки.

При някои растения и гъби цитокинезата не се извършва, тъй като тези организми никога не разделят цитоплазмата си. Цикълът на клетъчната репродукция завършва с разделянето на цитоплазмата чрез процеса на цитокинеза.

В типична животинска клетка цитокинезата се случва по време на процеса на митоза, обаче, може да има някои видове клетки като остеокласти, които могат да преминат през процеса на митоза, без да се извършва цитокинеза.

Процесът на цитокинеза започва по време на анафаза и завършва по време на телофазата, като се осъществява напълно в момента, в който започва следващият интерфейс.

Телофазната и цитокинезната стадия на митозата. Източник: Kelvin Song CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) чрез Wikimedia Commons, Първата видима промяна в цитокинезата в животинските клетки става очевидна, когато на повърхността на клетката се появи разделен канал. Този жлеб бързо става по-изразен и се разширява около клетката, докато не се раздели напълно в средата.

В животинските клетки и много еукариотни клетки структурата, която съпътства процеса на цитокинеза, е известна като "контрактилен пръстен", динамичен сбор, съставен от актинови нишки, нишки на миозин II и много структурни и регулаторни протеини. Той се установява под плазмената мембрана на клетката и се свива, за да я раздели на две части.

Цилиати, подложени на цитокинеза. Източник: Alpha Wolf CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) чрез Wikimedia Commons

Най-големият проблем, пред който е изправена клетката, подложена на цитокинеза, е да се гарантира, че този процес протича в точното време и място. Тъй като цитокинезата не трябва да се проявява рано по време на фазата на митозата или може да прекъсне правилното разделяне на хромозомите.

Митотични вретена и клетъчно деление

Сравнение на процеса на цитокинеза в растителни и животински клетки. Източник: Mathilda Brinton CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) чрез Wikimedia Commons, Митотичните вретена в клетките на животни не само са отговорни за отделянето на получените хромозоми, те също така определят местоположението на контрактилния пръстен и следователно равнината на делене на клетките.

Контрактилният пръстен има неизменна форма в равнината на метафазната плоча. Когато е под правилния ъгъл, той върви по оста на митотичното вретено, като гарантира, че разделянето се извършва между двата отделни набора от хромозоми.

Частта от митотичното вретено, която определя равнината на деление, може да варира в зависимост от вида на клетката. Връзката между микротубулите на вретеното и местоположението на контрактилния пръстен е подробно проучена от учените.

Те са манипулирали оплодените яйца на морските гръбначни животни, за да наблюдават скоростта, с която каналите се появяват в клетките, без да прекъсват процеса на растеж.

Когато цитоплазмата е ясна, вретеното може да се види по-лесно, както и моментът в реално време, в който се намира в ново положение в ранното анафазно състояние.

Асиметрично деление

В повечето клетки цитокинезата протича симетрично. При повечето животни, например, свиващият пръстен се образува около екваторната линия на стволовата клетка, така че двете получени дъщерни клетки да имат еднакъв размер и сходни свойства.

Тази симетрия е възможна благодарение на местоположението на митотичното вретено, което има тенденция да се фокусира върху цитоплазмата с помощта на астралните микротрубове и протеините, които ги изтеглят от едната страна на другата.

В процеса на цитокинезата има много променливи, които трябва да работят синхронно, за да бъдат успешни. Когато обаче една от тези променливи се промени, клетките могат да се разделят асиметрично, произвеждайки две дъщерни клетки с различна големина и с различно цитоплазмено съдържание.

Обикновено двете дъщерни клетки са предназначени да се развиват по различен начин. За да е възможно това, стволовата клетка трябва да отделя някои определящи съдбата компоненти от едната страна на клетката и след това да намира равнината на деление, така че посочената дъщерна клетка да наследи тези компоненти по време на разделянето.

За да разположи деленето асиметрично, митотичното вретено трябва да бъде преместено контролирано в рамките на клетката, която предстои да се раздели.

Очевидно това движение на вретеното се ръководи от промени в регионалните области на клетъчната кора и от локализирани протеини, които помагат за изместване на един от полюсите на вретеното с помощта на астралните микротрубове.

Контрактилен пръстен

Докато астралните микротрубове стават по-дълги и по-малко динамични във физическата си реакция, контрактилният пръстен започва да се образува под плазмената мембрана.

Голяма част от подготовката за цитокинеза обаче става по-рано в процеса на митоза, дори преди цитоплазмата да започне да се дели.

По време на интерфейса актиновите и миозин II нишки се комбинират и образуват кортикална мрежа и дори в някои клетки те генерират големи цитоплазмени снопове, наречени стресни влакна.

Тъй като клетката инициира процеса на митоза, тези механизми се разрушават и голяма част от актина се пренарежда и нишките на миозин II се освобождават.

Тъй като хроматидите се отделят по време на анафаза, миозин II започва бързо да се натрупва, за да създаде контрактилен пръстен. В някои клетки е необходимо дори да се използват протеини от семейство кинази, за да се регулира състава както на митотичното вретено, така и на контрактилния пръстен.

Когато контрактилният пръстен е напълно въоръжен, той съдържа много протеини, различни от актин и миозин II. Насложените матрици от биполярни актинови и миозин II нишки генерират силата, необходима за разделяне на цитоплазмата на две части, в процес, подобен на този, осъществяван от клетките на гладката мускулатура.

Начинът, по който контрактиращият пръстен се свива, все още е загадка. Очевидно, тя не действа от името на шнуров механизъм с актинови и миозин II нишки, движещи се един върху друг, както биха направили скелетните мускули.

Тъй като, когато пръстенът се свие, той поддържа същата си твърдост през целия процес. Това означава, че броят на нишките намалява, когато пръстенът се затваря.

Разпределение на органела в дъщерните клетки

Процесът на митоза трябва да гарантира, че всяка от дъщерните клетки получава същия брой хромозоми. Въпреки това, когато еукариотната клетка се раздели, всяка дъщерна клетка също трябва да наследи редица основни клетъчни компоненти, включително органелите, затворени в клетъчната мембрана.

Клетъчните органели като митохондриите и хлоропластите не могат да бъдат генерирани спонтанно от техните отделни компоненти, те могат да възникнат само от растежа и разделянето на съществуващите органели.

По подобен начин клетките не могат да направят нов ендоплазмен ретикулум, освен ако част от него не присъства в клетъчната мембрана.

Някои органели като митохондриите и хлоропластите присъстват в множество форми в стволовата клетка, за да се гарантира, че двете дъщерни клетки ги наследяват успешно.

Ендоплазменият ретикулум по време на периода на клетъчния интерфейс е непрекъснато заедно с клетъчната мембрана и е организиран от цитоскелетната микротубула.

След навлизане във фазата на митозата, реорганизацията на микротубулите освобождава ендоплазмения ретикулум, който е фрагментиран, тъй като обвивката на ядрото също е счупена. Апаратът на Голджи вероятно също е фрагментиран, въпреки че в някои клетки се оказва, че той е бил разпределен през ретикулума и по-късно се е появил в телофазата.

Митоза без цитокинеза

Въпреки че клетъчното делене обикновено е последвано от разделяне на цитоплазмата, има някои изключения. Някои клетки преминават през различни процеси на клетъчно делене, без цитоплазмата да бъде нарушена.

Например, ембрионът с плодови мухи преминава през 13 етапа на ядрено делене, преди да се извърши цитоплазменото деление, което води до голяма клетка с до 6000 ядра.

Тази подредба е насочена най-вече към ускоряване на процеса на ранно развитие, тъй като не е необходимо клетките да отнемат толкова време, за да преминат през всички етапи на клетъчното делене, които включва цитокинезата.

След това бързо ядрено разделение се създават клетки около всяко ядро ​​в един процес на цитокинеза, известен като целуризация. Контрактилните пръстени се образуват на повърхността на клетките, а плазмената мембрана се разширява навътре и се стяга, за да затвори всяко ядро.

Процесът на нецитокинеза на митозата се среща и при някои видове клетки на бозайници, като остеокласти, трофобласти и някои хепатоцити и клетки на сърдечния мускул. Тези клетки, например, растат по многоядрен начин, както биха били тези на някои гъбички или плодовете.

Препратки

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2002). Молекулярна биология на клетката. 4-то издание. Ню Йорк: Garland Science.
2. Biology-Online.org. (12 март 2017 г.). Биология онлайн. Получава се от цитокинеза: biology-online.org.
3. Brill, JA, Hime, GR, Scharer-Schuksz, M., & Fuller, &. (2000 г.).
4. Образование, Н. (2014). Природообразование. Извлечено от цитокинезата: nature.com.
5. Guertin, DA, Trautmann, S., & McCollum, D. (юни 2002). Извлечено от цитокинезата в Eukaryotes: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Rappaport, R. (1996). Цитокинеза в клетките на животните. Ню Йорк: Cambridge University Press.
7. Цимерман, А. (2012). Митоза / Цитокинеза. Академична преса.