Was ist Zytokinese und wie wird sie produziert?

Die Zytokinese ist der Prozess der Teilung des Zytoplasmas einer Zelle, die während der Zellteilung zu zwei Tochterzellen führt.

Es tritt sowohl in der Mitose als auch in der Meiose auf und ist in Tierzellen üblich. Bei einigen Pflanzen und Pilzen findet keine Zytokinese statt, da diese Organismen ihr Zytoplasma niemals teilen. Der Zyklus der zellulären Reproduktion kulminiert in der Teilung des Zytoplasmas durch den Prozess der Zytokinese.

In einer typischen tierischen Zelle tritt Zytokinese während der Mitose, jedoch kann es einige Zelltypen wie Osteoklasten sein kann Mitose ohne Zytokinese laufen (Biology-Online.org 2017 erfolgt ).

Der Prozess der Zytokinese beginnt während der Anaphase und endet während der Telophase und findet vollständig in dem Moment statt, in dem die nächste Schnittstelle beginnt.

Die erste sichtbare Veränderung der Zytokinese in Tierzellen wird deutlich, wenn auf der Zelloberfläche eine sich teilende Furche auftritt. Diese Nut wird schnell ausgeprägter und dehnt sich um die Zelle herum aus, bis der Teil vollständig in der Mitte ist.

In tierischen Zellen und viele eukaryotische Zellen, die Struktur, die den Prozess der Zytokinese genannten „kontraktilen Ring“, einen dynamischen Satz bestehend aus Aktinfilamente, Myosin II und viele strukturelle und regulatorische Proteine ​​einhergeht. Es ist unter der Plasmamembran der Zelle installiert und zieht sich zusammen, um es in zwei Teile zu teilen.

Das größte Problem, das eine Zelle, die den Prozess der Zytokinese durchläuft, bewältigen muss, ist die Gewissheit, dass dieser Prozess zur richtigen Zeit und am richtigen Ort stattfindet. Da die Zytokinese nicht früh während der Mitosephase auftreten darf, kann sie die korrekte Teilung der Chromosomen unterbrechen.

Mitotische Stacheln und Zellteilung

Die mitotischen Spindeln in den Zellen von Tieren sind nicht allein verantwortlich für die Trennung der resultierenden Chromosomen, sie spezifizieren auch den Ort des kontraktilen Rings und daher die Ebene der Zellteilung.

Der kontraktile Ring hat eine unveränderliche Form in der Ebene der Metaphasenplatte. Wenn es im richtigen Winkel ist, erstreckt es sich entlang der Achse der mitotischen Spindel und stellt sicher, dass die Teilung zwischen den zwei Gruppen von getrennten Chromosomen stattfindet.

Der Teil der mitotischen Spindel, der die Ebene der Teilung angibt, kann je nach Zelltyp variieren. Die Beziehung zwischen den Mikro-Tubuli der Spindel und der Position des kontraktilen Rings wurde von Wissenschaftlern ausführlich untersucht.

Diese befruchteten Eier werden marine Wirbeltiere manipulieren zum Zweck der Beobachtung der Geschwindigkeit, mit der die Rillen in Zellen erscheinen, ohne dass der Wachstumsprozess unterbrochen (Guertin, Trautmann, & McCollum, 2002).

Wenn das Zytoplasma klar ist, kann die Spindel leichter gesehen werden, ebenso wie das Moment in Echtzeit, in dem es sich in einer neuen Position im frühen Anaphasen-Zustand befindet.

Asymmetrische Teilung

In den meisten Zellen tritt Zytokinese symmetrisch auf. Bei den meisten Tieren wird beispielsweise der kontraktile Ring um die Äquatorlinie der Elternzelle gebildet, so dass die beiden resultierenden Tochterzellen die gleiche Größe und ähnliche Eigenschaften haben.

Diese Symmetrie ist möglich dank der Lage der mitotischen Spindel, die auf dem Cytoplasma mit Hilfe von Astral Mikrotubuli und Proteine ​​gezogen von einer Seite zur anderen konzentrieren neigt.

Im Prozess der Zytokinese gibt es viele Variablen, die synchron arbeiten müssen, um erfolgreich zu sein. Ändert sich jedoch eine dieser Variablen, können die Zellen asymmetrisch geteilt werden, wodurch zwei Tochterzellen unterschiedlicher Größe und mit unterschiedlichem zytoplasmatischem Inhalt entstehen (Education, 2014).

Normalerweise sind die beiden Tochterzellen dazu bestimmt, sich anders zu entwickeln. Um dies möglich zu machen, sollen die Stammzellen einige Schlüsselkomponenten Schicksal beiseite die Zelle ausscheiden und dann die Teilungsebene lokalisieren, so dass die Tochterzelle diese Komponenten erbt zum Zeitpunkt der Teilung angegeben.

Um die Teilung asymmetrisch zu positionieren, muss die mitotische Spindel innerhalb der sich teilenden Zelle kontrolliert bewegt werden.

Offensichtlich ist diese Bewegung der Spindel durch Veränderungen in regionalen Bereichen der Zelle cortex und lokalisierte Proteine ​​angetrieben, die einen der Pole der Spindel mit Hilfe von Astral Mikrotubuli verdrängen helfen.

Kontraktionsring

Insofern die astralen Mikrotubuli in ihrer physikalischen Antwort länger und weniger dynamisch werden, beginnt sich der kontraktile Ring unterhalb der Plasmamembran zu bilden.

Ein Großteil der Vorbereitung auf Zytokinese tritt jedoch früher im Prozess der Mitose auf, noch bevor das Zytoplasma sich zu teilen beginnt.

Während der Grenzfläche verbinden sich die Actin- und Myosin II-Filamente und bilden ein kortikales Netzwerk, und selbst in einigen Zellen erzeugen sie große cytoplasmatische Strahlen, die Stressfasern genannt werden.

In dem Ausmaß, in dem eine Zelle den Prozess der Mitose initiiert, werden diese Anordnungen unscharf gemacht und ein Großteil des Aktins wird neu angeordnet und die Myosin II-Filamente werden freigesetzt.

In dem Ausmaß, in dem sich die Chromatiden während der Anaphase trennen, beginnt sich Myosin II schnell zu akkumulieren, um den kontraktilen Ring zu bilden. Sogar in einigen Zellen ist es notwendig, Proteine ​​aus der Familie der Kinasen zu verwenden, um die Zusammensetzung sowohl der mitotischen Spindel als auch des kontraktilen Rings zu regulieren.

Wenn der kontraktile Ring vollständig bewaffnet ist, enthält er viele verschiedene Proteine ​​für Aktin und Myosin II. Die überlagerten Matrizen der bipolaren Aktin- und Myosin II-Filamente erzeugen die Kraft, die notwendig ist, um das Zytoplasma in zwei Teile zu teilen, in einem Prozess ähnlich dem, der von glatten Muskelzellen durchgeführt wird (Rappaport, 1996).

Die Art und Weise, in der sich der kontraktile Ring zusammenzieht, ist jedoch noch immer ein Mysterium. Offensichtlich funktioniert es nicht aufgrund eines Schnurmechanismus, bei dem sich Aktin- und Myosin II-Filamente übereinander bewegen, wie es die Skelettmuskeln tun würden.

Wenn sich der Ring zusammenzieht, behält er während des gesamten Prozesses seine Steifigkeit. Dies bedeutet, dass die Anzahl der Filamente in der Medaille abnimmt, in der sich der Ring schließt (Alberts, et al., 2002).

Verteilung von Organellen in Tochterzellen

Der Prozess der Mitose muss sicherstellen, dass jede der Tochterzellen die gleiche Anzahl an Chromosomen erhält. Wenn sich jedoch eine eukaryotische Zelle teilt, muss jede Tochterzelle auch eine Reihe von essentiellen zellulären Komponenten erben, einschließlich der Organellen, die in der Zellmembran eingeschlossen sind.

Zellorganellen wie Mitochondrien und Chloroplasten können nicht spontan aus ihren einzelnen Komponenten erzeugt werden, sie können nur aus dem Wachstum und der Teilung bereits existierender Organellen entstehen.

Ebenso können Zellen kein neues endoplasmatisches Retikulum bilden, es sei denn, ein Teil davon ist in der Zellmembran vorhanden.

Einige Organellen wie die Mitochondrien und Chloroplasten sind in einer großen Anzahl innerhalb der Mutterzelle vorhanden, um sicherzustellen, dass die beiden Tochterzellen sie erfolgreich erben.

Das endoplasmatische Retikulum während der Periode der zellulären Grenzfläche wird kontinuierlich zusammen mit der Zellmembran gefunden und wird durch den zytoskeletalen mikrozellulären Tubulus organisiert (Brill, Hime, Scharer-Schuksz & Fuller, 2000).

Nach Eintritt in die Mitosephase wird durch die Reorganisation der Mikrotubuli das endoplasmatische Retikulum freigesetzt, das so fragmentiert wird, dass auch die Kernhülle bricht. Der Golgi-Apparat ist wahrscheinlich auch fragmentiert, obwohl er in manchen Zellen durch das Retikulum verteilt erscheint und später in die Telophase übergeht.

Mitose ohne Zytokinese

Obwohl auf die Zellteilung gewöhnlich eine Teilung des Zytoplasmas folgt, gibt es einige Ausnahmen. Einige Zellen durchlaufen mehrere Zellteilungsprozesse, ohne dass das Zytoplasma gespalten wird.

Zum Beispiel durchläuft der Embryo der Fruchtfliege 13 Stadien der Kernteilung, bevor die zytoplasmatische Teilung stattfindet, was zu einer großen Zelle mit bis zu 6000 Kernen führt.

Diese Anordnung zielt hauptsächlich darauf ab, den frühen Entwicklungsprozess zu beschleunigen, da die Zellen nicht so lange brauchen müssen, um alle Stadien der Zellteilung, die an der Zytokinese beteiligt sind, zu durchlaufen.

Nachdem diese schnelle Kernteilung stattgefunden hat, werden die Zellen um jeden Zellkern in einem einzigen Prozess der Zytokinese, der so genannten Celurisation, gebildet. Die kontraktilen Ringe sind auf der Oberfläche der Zellen gebildet, und die Plasmamembran erstreckt sich nach innen und passt sich an, um jeden Kern zu umschließen

Der Prozess der Mitose ohne Zytokinese tritt auch in einigen Arten von Säugetierzellen auf, wie Osteoklasten, Trophoblasten und einigen Hepatozyten und Herzmuskelzellen. Diese Zellen wachsen zum Beispiel mehrkernig, ebenso Pilze oder Fruchtfliegen (Zimmerman, 2012).

Referenzen

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., und Walter, P. (2002). Molekularbiologie der Zelle. 4. Ausgabe. New York: Garland-Wissenschaft.
2. Biologie-Online.org. (12. März 2017). Biologie Online. Erhalten von Cytokinesis: biology-online.org.
3. Brill, J. A., Hime, G. R., Scharer-Schuksz, M., & Fuller, &. (2000).
4. Bildung, N. (2014). Naturerziehung. Aus Zytokinese gewonnen: nature.com.
5. Guertin, D.A., Trautmann, S., und McCollum, D. (Juni 2002). Von Cytokinese in Eukaryoten: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Rappaport, R. (1996). Cytokinese in tierischen Zellen. New York: Cambridge Universitätspresse.
7. Zimmerman, A. (2012). Mitose / Cytokinese. Akademische Presse.