KAS IR CITOKINĒZE UN KĀ TĀ TIEK RAŽOTA? - BIOLOĢIJA - 2025

Cytokinesis ir process šķērssienu citoplazmā šūnas rezultātā ir divas meitas šūnām šūnu dalīšanās laikā. Tas notiek gan mitozes, gan meiozes gadījumā un ir izplatīts dzīvnieku šūnās.

Dažiem augiem un sēnītēm citokinēze nenotiek, jo šie organismi nekad nesadala citoplazmu. Šūnu reprodukcijas cikls kulminē ar citoplazmas sadalīšanos citokinēzes procesa laikā.

Tipiskā dzīvnieku šūnā mitozes procesa laikā notiek citokinēze, tomēr var būt daži šūnu veidi, piemēram, osteoklasti, kas var iziet mitozes procesu, neveicot citokinēzi.

Citokinēzes process sākas anafāzes laikā un beidzas teofāzes laikā, pilnībā notiekot brīdī, kad sākas nākamā saskarne.

Mitofozes telofāzes un citokinēzes stadija. Avots: Kelvin Song CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0), izmantojot Wikimedia Commons,

Pirmās redzamās izmaiņas citokinēzē dzīvnieku šūnās kļūst acīmredzamas, kad uz šūnas virsmas parādās dalīšanas rieva. Šī rieva ātri kļūst izteiktāka un izplešas ap šūnu, līdz tā pilnībā sadalās pa vidu.

Dzīvnieku šūnās un daudzās eikariotu šūnās citokinēzes procesam pievienotā struktūra ir pazīstama kā “kontraktilais gredzens”, kas ir dinamisks mezgls, kas sastāv no aktīna pavedieniem, miozīna II pavedieniem un daudziem strukturāliem un regulējošiem proteīniem. Tas nokārtojas zem šūnas plazmas membrānas un sadala to divās daļās.

Ciliates, kurām tiek veikta citokinēze. Avots: Alfa Vilka CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0), izmantojot Wikimedia Commons

Lielākā problēma, ar kuru saskaras šūna, kurai tiek veikta citokinēze, ir šī procesa norise pareizajā laikā un vietā. Kopš citokinēze mitozes fāzē nedrīkst notikt agri, vai arī tā var pārtraukt pareizu hromosomu sadalīšanos.

Mitotiskās vārpstas un šūnu dalīšana

Citokinēzes procesa salīdzinājums augu un dzīvnieku šūnās. Avots: Mathilda Brinton CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), izmantojot Wikimedia Commons,

Mitotiskās vārpstas dzīvnieku šūnās ir atbildīgas ne tikai par iegūto hromosomu atdalīšanu, bet arī norāda kontraktilā gredzena atrašanās vietu un līdz ar to arī šūnu dalīšanas plakni.

Saraušanās gredzenam ir nemainīga forma metafāzes plāksnes plaknē. Pareizā leņķī tas virzās pa mitotiskās vārpstas asi, nodrošinot, ka dalījums notiek starp diviem atsevišķiem hromosomu komplektiem.

Mitotiskās vārpstas daļa, kas norāda dalīšanas plakni, var mainīties atkarībā no šūnas veida. Attiecības starp vārpstas mikrotubulēm un kontraktilā gredzena atrašanās vietu ir plaši pētījušas zinātnieki.

Viņi ir manipulējuši ar jūras mugurkaulnieku apaugļotajām olām, lai novērotu ātrumu, ar kādu šūnās parādās rievas, nepārtraucot augšanas procesu.

Kad citoplazma ir skaidra, vārpstu var vieglāk redzēt, kā arī reālā laika momentu, kurā tā atrodas jaunā stāvoklī agrīnās anafāzes stāvoklī.

Asimetriskais dalījums

Lielākajā daļā šūnu citokinēze notiek simetriski. Piemēram, lielākajā daļā dzīvnieku kontraktilais gredzens tiek veidots ap cilmes šūnas ekvatora līniju tā, lai abām iegūtajām meitas šūnām būtu vienāds izmērs un līdzīgas īpašības.

Šī simetrija ir iespējama, pateicoties mitotiskās vārpstas atrašanās vietai, kurai ir tendence koncentrēties uz citoplazmu ar astrālo mikrotubulu un olbaltumvielu palīdzību, kas tos velk no vienas puses uz otru.

Citokinēzes procesā ir daudz mainīgo, kuriem jāstrādā sinhroni, lai tas būtu veiksmīgs. Tomēr, mainoties vienam no šiem mainīgajiem, šūnas var sadalīties asimetriski, veidojot divas dažāda lieluma meitas šūnas ar atšķirīgu citoplazmas saturu.

Parasti abām meitas šūnām ir paredzēts attīstīties atšķirīgi. Lai tas būtu iespējams, cilmes šūnai no vienas šūnas puses ir jānodala daži likteni noteicošie komponenti un pēc tam jāatrod dalīšanas plakne, lai norādītā meitas šūna sadalīšanas brīdī pārmanto šos komponentus.

Lai dalījumu novietotu asimetriski, mitotiskā vārpsta jāpārvieto kontrolētā veidā šūnā, kas gatavojas sadalīties.

Acīmredzot šo vārpstas kustību virza izmaiņas šūnu garozas reģionālajos apgabalos un lokalizēti proteīni, kas ar astrālo mikrotubulu palīdzību palīdz novirzīt vienu no vārpstas poliem.

Kontraktivs gredzens

Tā kā astrālās mikrotubulas fiziskajā reakcijā kļūst garākas un mazāk dinamiskas, zem plazmas membrānas sāk veidoties kontraktilās gredzens.

Tomēr liela daļa citokinēzes sagatavošanās notiek mitozes procesā agrāk, pat pirms citoplazmas sāk sadalīties.

Saskarnes laikā aktīna un miozīna II pavedieni apvienojas, veidojot garozas tīklu, un pat dažās šūnās tie rada lielus citoplazmas saišķus, ko sauc par stresa šķiedrām.

Kad šūna sāk mitozes procesu, šie izkārtojumi sadalās un liela daļa aktīna tiek pārkārtoti un atbrīvoti miozīna II pavedieni.

Tā kā hromatīdi atdalās anafāzes laikā, miozīns II sāk ātri uzkrāties, veidojot kontraktilo gredzenu. Dažās šūnās ir nepieciešams pat izmantot proteīnus no kināzes saimes, lai regulētu gan mitotiskās vārpstas, gan kontraktilā gredzena sastāvu.

Kad kontraktilais gredzens ir pilnībā apbruņots, tas satur daudz olbaltumvielu, izņemot aktīnu un miozīnu II. Bipolārā aktīna un miozīna II pavedienu matricas, kas pārklājas, rada spēku, kas nepieciešams citoplazmas sadalīšanai divās daļās, līdzīgā procesā, ko veic gludās muskulatūras šūnas.

Tomēr veids, kādā kontraktilais gredzens noslēdz līgumu, joprojām ir noslēpums. Acīmredzot tas nedarbojas nabassaites mehānisma vārdā, ja aktīna un miozīna II pavedieni pārvietojas viens virs otra, kā to darītu skeleta muskuļi.

Tā kā, kad gredzens noslēdzas, tas visā procesa laikā saglabā savu stingrību. Tas nozīmē, ka pavedienu skaits samazinās, aizveroties gredzenam.

Organelle sadalījums meitas šūnās

Mitozes procesam ir jānodrošina, ka katra no meitas šūnām saņem vienādu hromosomu skaitu. Tomēr, kad eikariotu šūna sadalās, katrai meitas šūnai manto arī vairākus būtiskus šūnas komponentus, ieskaitot organellus, kas norobežoti šūnas membrānā.

Šūnu organellus, piemēram, mitohondrijus un hloroplastus, nevar ģenerēt spontāni no to atsevišķajiem komponentiem, tie var rasties tikai augot un sadaloties jau esošiem organelliem.

Tāpat šūnas nevar izveidot jaunu endoplazmatisku retikulumu, ja vien daļa no tā neatrodas šūnas membrānā.

Daži organoīdi, piemēram, mitohondriji un hloroplasti, cilmes šūnās atrodas daudzās formās, lai nodrošinātu, ka abas meitas šūnas tos veiksmīgi pārmanto.

Endoplazmatiskais retikulums šūnu saskarnes periodā nepārtraukti atrodas kopā ar šūnas membrānu, un to organizē citoskeleta mikrotubula.

Pēc nonākšanas mitozes fāzē mikrotubulu reorganizācija atbrīvo endoplazmatisko retikulumu, kas ir sadrumstalots, jo arī kodola apvalks ir salauzts. Golgi aparāts, iespējams, arī ir sadrumstalots, lai gan dažās šūnās šķiet, ka tas tika izplatīts caur retikulumu un vēlāk parādījās teofāzē.

Mitoze bez citokinēzes

Kaut arī šūnu dalīšanai parasti seko citoplazmas dalīšana, ir daži izņēmumi. Dažas šūnas iziet dažādus šūnu dalīšanas procesus, nesadalot citoplazmu.

Piemēram, augļu mušu embrijs pirms citoplazmas dalīšanas iziet 13 kodola dalīšanas posmus, kā rezultātā veidojas liela šūna ar līdz 6000 kodoliem.

Šis izkārtojums galvenokārt ir paredzēts, lai paātrinātu agrīnu attīstības procesu, jo šūnām nav nepieciešams tik ilgs laiks, lai izietu cauri visiem šūnu dalīšanas posmiem, kas saistīti ar citokinēzi.

Pēc šīs straujās kodola dalīšanās notiek šūnu veidošanās ap katru kodolu vienā citokinēzes procesā, kas pazīstams kā celurizācija. Uz šūnu virsmas veidojas kontrakcijas gredzeni, un plazmas membrāna stiepjas uz iekšu un savelkas, lai apņemtu katru kodolu.

Mitozes necitokinēzes process notiek arī dažu veidu zīdītāju šūnās, piemēram, osteoklastos, trofoblastos, kā arī dažos hepatocītos un sirds muskuļa šūnās. Piemēram, šīs šūnas aug daudzkodolu veidā, tāpat kā dažu sēņu vai augļu mucas.

Atsauces

1. Alberts, B., Džonsons, A., Lūiss, J., Rafs, M., Roberts, K., un Valters, P. (2002). Šūnas molekulārā bioloģija. 4. izdevums. Ņujorka: Garland Science.
2. Bioloģija-Online.org. (2017. gada 12. marts). Bioloģija tiešsaistē. Iegūts no citokinēzes: biology-online.org.
3. Brill, JA, Hime, GR, Scharer-Schuksz, M., & Fuller, &. (2000).
4. Izglītība, N. (2014). Dabas izglītība. Izgūts no citokinēzes: nature.com.
5. Guertin, DA, Trautmann, S., & McCollum, D. (2002. gada jūnijs). Izgūts no citokinēzes Eukariotos: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Rappaport, R. (1996). Citokinēze dzīvnieku šūnās. Ņujorka: Cambridge University Press.
7. Zimmermans, A. (2012). Mitoze / citokinēze. Akadēmiskā prese.