Wat is cytokinese en hoe wordt het geproduceerd?

de cytokinese is het proces van het delen van het cytoplasma van een cel die resulteert in twee dochtercellen tijdens het proces van celdeling.

Het komt zowel voor bij mitose als bij meiose en komt veel voor in dierlijke cellen. In het geval van sommige planten en schimmels vindt cytokinese niet plaats, omdat deze organismen hun cytoplasma nooit delen. De cyclus van cellulaire reproductie culmineert in de verdeling van het cytoplasma door het proces van cytokinese.

In een typische dierlijke cel, cytokinese optreedt tijdens mitose, maar er kunnen een aantal celtypes zoals osteoclasten kunnen mitose ondergaan zonder cytokinese (Biology-Online.org 2017 plaatsvindt ).

Het proces van cytokinese begint tijdens de anafase en eindigt tijdens de telofase, die volledig plaatsvindt op het moment dat de volgende interface begint.

De eerste zichtbare verandering van cytokinese in dierlijke cellen wordt duidelijk wanneer een scheidingsgroef op het celoppervlak verschijnt. Deze groef wordt snel meer uitgesproken en breidt zich uit rond de cel tot het deel volledig door het midden. 

In dierlijke cellen en veel eukaryote cellen, de structuur die het proces van cytokinese genaamd "contractiele ring", een dynamische geheel bestaande uit actine filamenten, myosine II en vele structurele en regulerende proteïnen begeleidt. Het wordt onder de plasmamembraan van de cel geplaatst en instort tot uit twee delen.

Het grootste probleem dat een cel ondervindt die door het proces van cytokinese heen gaat, is de zekerheid dat dit proces op de juiste tijd en plaats plaatsvindt. Omdat cytokinese niet vroeg in de mitosefase mag voorkomen of de juiste verdeling van de chromosomen kan onderbreken.

Mitotische stekels en celdeling

De mitotische spillen in de cellen van dieren zijn niet alleen verantwoordelijk voor het scheiden van de resulterende chromosomen, ze specificeren ook de locatie van samentrekkende ring en daarom het vlak van celdeling.

De samentrekkende ring heeft een onveranderlijke vorm in het vlak van de metafaseplaat. Als deze zich in de juiste hoek bevindt, strekt deze zich uit langs de as van de mitotische spil, zodat er een scheiding plaatsvindt tussen de twee sets afzonderlijke chromosomen..

Het deel van de mitotische spil dat het vlak van de deling aangeeft, kan variëren, afhankelijk van het type cel. De relatie tussen de spindelknobb tubuli en de locatie van de samentrekkende ring is uitgebreid bestudeerd door wetenschappers.

De bevruchte eieren mariene gewervelde dieren gemanipuleerd ten behoeve van het waarnemen van de snelheid waarmee de groeven worden in cellen zonder het groeiproces wordt onderbroken (Guertin, Trautmann, en McColIum 2002).

Wanneer het cytoplasma helder is, kan de spindel beter worden weergegeven, evenals het moment in realtime waarin het zich op een nieuwe positie in de vroege anafase bevindt.

Asymmetrische verdeling

In de meeste cellen vindt cytokinese symmetrisch plaats. Bij de meeste dieren, bijvoorbeeld, wordt de samentrekbare ring gevormd rond de evenaarlijn van de oudercel, zodat de twee resulterende dochtercellen dezelfde afmeting en soortgelijke eigenschappen hebben.

Deze symmetrie is mogelijk dankzij de locatie van de mitotische spil, die de neiging heeft om zich te concentreren op het cytoplasma met behulp van de astrale microtubuli en de eiwitten die ze heen en weer trekken..

In het proces van cytokinese zijn er veel variabelen die op een synchrone manier moeten werken, zodat deze succesvol is. Wanneer een van deze variabelen echter verandert, kunnen de cellen asymmetrisch worden verdeeld, waarbij twee dochtercellen van verschillende grootte en met een ongelijk cytoplasmatisch gehalte worden geproduceerd (Education, 2014).

Meestal zijn de twee dochtercellen voorbestemd om zich anders te ontwikkelen. Om dit mogelijk te maken, moet de moedercel enkele bepalende componenten van de bestemming aan één zijde van de cel scheiden en vervolgens het delingvlak zo plaatsen dat de aangegeven dochtercel deze componenten op het tijdstip van deling overerft..

Om de divisie asymmetrisch te positioneren, moet de mitotische spil op een gecontroleerde manier worden verplaatst binnen de cel die op het punt staat te delen.

Blijkbaar wordt deze beweging van de spil gedreven door veranderingen in regionale zones van de cellulaire cortex en door gelokaliseerde eiwitten die een van de spilpolen verplaatsen met behulp van de astrale microtubuli..

Contractiele ring

Voor zover de astrale microtubuli langer en minder dynamisch worden in hun fysieke respons, begint de contractiele ring onder het plasmamembraan te vormen.

Veel van de voorbereiding op cytokinese treedt echter eerder op in het proces van mitose, zelfs voordat het cytoplasma begint te delen..

Tijdens de interface combineren de actine en myosine II-filamenten en vormen ze een corticaal netwerk, en zelfs in sommige cellen genereren ze grote cytoplasmatische bundels die stressvezels worden genoemd..

In de mate dat een cel het mitoseproces initieert, worden deze regelingen ontwapend en wordt veel van de actine herschikt en worden de myosine II-filamenten vrijgegeven.

In de mate dat chromatiden tijdens anafase scheiden, begint myosine II snel te accumuleren om de contractiele ring te creëren. Zelfs in sommige cellen is het noodzakelijk om eiwitten uit de familie van kinasen te gebruiken om de samenstelling van zowel de mitotische spil als de contractiele ring te reguleren..

Wanneer de contractiele ring volledig is geassembleerd, het bevat veel verschillende eiwitten actine en myosine II. De bovenliggende reeksen filamenten van actine en myosine II bipolaire genereren van de kracht die nodig is om het cytoplasma in twee delen, in een proces vergelijkbaar met dat zou gladde spiercellen (Rappaport, 1996) verricht.

De manier waarop de contractiele ring samentrekt, blijft echter een raadsel. Blijkbaar werkt het niet vanwege een touwmechanisme waarbij actine en myosine II filamenten op elkaar overgaan, zoals skeletspieren..

Omdat, wanneer de ring samentrekt, deze gedurende het hele proces dezelfde stijfheid behoudt. Dit betekent dat het aantal filamenten afneemt in de meda waarin de ring sluit (Alberts, et al., 2002).

Verdeling van organellen in dochtercellen

Het mitoseproces moet ervoor zorgen dat elk van de dochtercellen hetzelfde aantal chromosomen ontvangt. Wanneer een eukaryotische cel zich deelt, moet elke dochtercel echter ook een reeks essentiële celcomponenten erven, inclusief de organellen die zijn ingesloten in de celmembraan..

Cellulaire organellen zoals mitochondriën en chloroplasten kunnen niet spontaan uit hun individuele componenten worden gegenereerd, ze kunnen alleen ontstaan ​​door de groei en verdeling van reeds bestaande organellen.

Evenzo kunnen cellen geen nieuw endoplasmatisch reticulum maken, tenzij een deel ervan aanwezig is in het celmembraan.

Sommige organellen, zoals mitochondria en chloroplasten, zijn aanwezig in een groot aantal cellen in de moedercel, om ervoor te zorgen dat de twee dochtercellen ze met succes erven..

Het endoplasmatisch reticulum tijdens de celinterface continu samen met de celmembraan en wordt georganiseerd door het cytoskelet micro tubulus (Brill, Hime, Scharer-Schuksz, en Fuller, 2000).

Na het binnengaan van de mitosefase maakt de reorganisatie van de microtubuli het endoplasmatisch reticulum vrij, dat zodanig gefragmenteerd is dat de kernomhulling ook breekt. Het Golgi-apparaat is waarschijnlijk ook gefragmenteerd, hoewel het in sommige cellen lijkt te zijn gedistribueerd via het reticulum om later in de telofase te komen..

Mitose zonder cytokinese

Hoewel celdeling meestal wordt gevolgd door verdeling van het cytoplasma, zijn er enkele uitzonderingen. Sommige cellen ondergaan verschillende celdelingprocessen zonder dat het cytoplasma wordt gesplitst.

Het embryo van de fruitvlieg doorloopt bijvoorbeeld 13 stadia van nucleaire deling voordat de cytoplasmatische deling plaatsvindt, resulterend in een grote cel met maximaal 6000 kernen..

Deze regeling is meestal gericht op het versnellen van het vroege ontwikkelingsproces, omdat de cellen niet zo lang hoeven te duren om alle stadia van celdeling die betrokken zijn bij cytokinese te doorlopen..

Nadat deze snelle nucleaire deling plaatsvindt, worden de cellen rond elke kern gecreëerd in een enkel proces van cytokinese, bekend als celurisatie. De samentrekkende ringen worden gevormd op het oppervlak van de cellen en het plasmamembraan strekt zich naar binnen uit en past zich aan om elke kern te omsluiten

Het proces van mitose zonder cytokinese komt ook voor in sommige soorten zoogdiercellen, zoals osteoclasten, trofoblasten en sommige hepatocyten en hartspiercellen. Deze cellen groeien bijvoorbeeld op een multinucleaire manier, net als sommige paddestoelen of fruitvlieg (Zimmerman, 2012).

referenties

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2002). Moleculaire biologie van de cel. 4e editie. New York: Garland Science.
2. Biology-Online.org. (12 maart 2017). Biology Online. Verkregen van Cytokinesis: biology-online.org.
3. Brill, J.A., Hime, G.R., Scharer-Schuksz, M., & Fuller, &. (2000).
4. Education, N. (2014). Natuureducatie. Verkregen van cytokinese: nature.com.
5. Guertin, D.A., Trautmann, S., & McCollum, D. (juni 2002). Ontvangen van Cytokinesis in Eukaryotes: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Rappaport, R. (1996). Cytokinese in dierlijke cellen. New York: Cambridge University Press.
7. Zimmerman, A. (2012). Mitose / Cytokinese. Academische pers.