CO JE TO CYTOKINEZE A JAK SE VYTVÁŘÍ? - BIOLOGIE - 2025

Cytokineze je proces rozdělování cytoplazmy buňky způsobující ve dvou dceřiných buněk během buněčného dělení. Vyskytuje se při mitóze i meióze a je běžný v živočišných buňkách.

V případě některých rostlin a hub nehrozí cytokinéza, protože tyto organismy nikdy nerozdělují svou cytoplazmu. Cyklus buněčné reprodukce kulminuje rozdělením cytoplazmy procesem cytokinézy.

V typické zvířecí buňce dochází k cytokineze během procesu mitózy, mohou však existovat některé typy buněk, jako jsou osteoklasty, které mohou projít procesem mitózy, aniž by došlo k cytokineze.

Proces cytokinézy začíná během anafázy a končí během telopházy a probíhá zcela ve chvíli, kdy začíná další rozhraní.

Telofázová a cytokinezní fáze mitózy. Zdroj: Kelvin Song CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) prostřednictvím Wikimedia Commons, První viditelná změna v cytokineze v živočišných buňkách se projeví, když se na povrchu buněk objeví dělicí drážka. Tato drážka se rychle stává výraznější a rozšiřuje se kolem buňky, dokud se zcela nerozdělí uprostřed.

V živočišných buňkách a mnoha eukaryotických buňkách je struktura, která doprovází proces cytokinézy, známa jako „kontraktilní prstenec“, dynamický soubor tvořený aktinovými filamenty, filamenty myosinu II a mnoha strukturními a regulačními proteiny. Usadí se pod plazmatickou membránou buňky a smrští se, aby ji rozdělil na dvě části.

Ciliates podstupující cytokinezi. Zdroj: Alpha Wolf CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) prostřednictvím Wikimedia Commons

Největším problémem, kterému čelí buňka podstupující cytokinézu, je zajistit, aby k tomuto procesu docházelo ve správný čas a na správném místě. Vzhledem k tomu, že cytokinéza se nesmí objevit brzy během fáze mitózy nebo může narušit správné rozdělení chromozomů.

Mitotické vřetena a dělení buněk

Porovnání procesu cytokinézy v rostlinných a živočišných buňkách. Zdroj: Mathilda Brinton CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) prostřednictvím Wikimedia Commons, Mitotické vřetena v buňkách zvířat nejsou odpovědné pouze za oddělení výsledných chromozomů, ale také specifikují umístění kontraktilního prstence a tedy rovinu buněčného dělení.

Stažný prstenec má v rovině metafázové desky neměnný tvar. Když je ve správném úhlu, běží podél osy mitotického vřetena, což zajišťuje dělení mezi dvěma samostatnými sadami chromozomů.

Část mitotického vřetena, která určuje rovinu dělení, se může lišit v závislosti na typu buňky. Vztah mezi mikrotubuly vřetena a umístěním kontraktilního prstence vědci rozsáhle studovali.

Manipulovali oplodněná vajíčka mořských obratlovců, aby pozorovali rychlost, s jakou se drážky objevují v buňkách, aniž by přerušily růstový proces.

Když je cytoplazma jasná, lze vřeteno snadněji vidět, stejně jako okamžik v reálném čase, ve kterém je umístěna v nové poloze v časném anafázovém stavu.

Asymetrické dělení

Ve většině buněk se cytokinéza vyskytuje symetricky. Například u většiny zvířat je kontraktilní kruh vytvořen kolem rovníkové linie kmenové buňky, takže dvě výsledné dceřiné buňky mají stejnou velikost a podobné vlastnosti.

Tato symetrie je možná díky poloze mitotického vřetena, které má tendenci se zaměřovat na cytoplazmu pomocí astrálních mikrotubulů a proteinů, které je přitahují z jednoho místa na druhé.

V procesu cytokinezy existuje mnoho proměnných, které musí fungovat synchronně, aby byl úspěšný. Když se však jedna z těchto proměnných změní, buňky se mohou asymetricky dělit a produkovat dvě dceřiné buňky různých velikostí as odlišným cytoplazmatickým obsahem.

Obvykle jsou dvě dceřiné buňky určeny k tomu, aby se vyvíjely odlišně. Aby to bylo možné, musí kmenová buňka secernovat některé komponenty určující osud na jednu stranu buňky a poté lokalizovat rovinu dělení tak, aby indikovaná dceřinná buňka dědila tyto komponenty v době dělení.

Aby se dělení dělo asymetricky, musí se mitotické vřeteno pohybovat kontrolovaným způsobem uvnitř buňky, která se chystá dělit.

Tento pohyb vřetene je zjevně řízen změnami v regionálních oblastech buněčné kůry a lokalizovanými proteiny, které pomáhají posunout jeden z pólů vřetene pomocí astrálních mikrotubulů.

Kontraktilní prsten

Jak se astrální mikrotubuly stávají delší a méně dynamické ve své fyzické odezvě, začne se plazmatický prstenec formovat pod plazmatickou membránou.

Většina příprav na cytokinézu se však vyskytuje dříve v procesu mitózy, ještě předtím, než se cytoplazma začne dělit.

Během tohoto rozhraní se vlákna aktinu a myosinu II kombinují a vytvářejí kortikální síť, a dokonce v některých buňkách vytvářejí velké cytoplazmatické svazky nazývané stresová vlákna.

Když buňka iniciuje proces mitózy, tato uspořádání se rozpadají a většina aktinu se přeuspořádá a vlákna myosinu II se uvolní.

Jak se chromatidy během anafázy oddělují, myosin II se rychle hromadí a vytváří kontraktilní prsten. V některých buňkách je dokonce nutné použít proteiny z rodiny kináz pro regulaci složení mitotického vřetena a kontraktilního kruhu.

Když je kontraktilní prsten plně vyzbrojen, obsahuje mnoho jiných proteinů než aktin a myosin II. Překrývající se matrice filamentů bipolárního aktinu a myosinu II vytvářejí sílu nezbytnou k rozdělení cytoplazmy na dvě části, v procesu podobném tomu, který se provádí u buněk hladkého svalstva.

Způsob, jakým jsou kontraktní prstenové smlouvy stále záhadou. Podle všeho nepůsobí jménem kordového mechanismu, kdy se vlákna aktinu a myosinu II pohybují nad sebou, jak by to bylo u kosterních svalů.

Protože, když se prsten uzavře, udržuje během procesu stejnou tuhost. To znamená, že jakmile se prsten uzavře, počet vláken se snižuje.

Distribuce organel v dceřiných buňkách

Proces mitózy musí zajistit, aby každá z dceřiných buněk dostávala stejný počet chromozomů. Když se však eukaryotická buňka dělí, musí každá dceřinná buňka také zdědit řadu esenciálních buněčných složek, včetně organel uzavřených v buněčné membráně.

Buněčné organely, jako jsou mitochondrie a chloroplasty, nemohou být vytvářeny spontánně z jejich jednotlivých složek, mohou vycházet pouze z růstu a rozdělení již existujících organel.

Podobně buňky nemohou vytvořit nové endoplazmatické retikulum, pokud jeho část není přítomna v buněčné membráně.

Některé organely, jako jsou mitochondrie a chloroplasty, jsou v kmenových buňkách přítomny v mnoha formách, aby se zajistilo, že je obě dceřiné buňky zdědí úspěšně.

Endoplazmatické retikulum v období buněčného rozhraní je nepřetržitě spolu s buněčnou membránou a je organizováno cytoskeletální mikrotubulí.

Po vstupu do fáze mitózy uvolní reorganizace mikrotubulů endoplazmatické retikulum, které je fragmentováno, protože je porušena také obálka jádra. Golgiho aparát je pravděpodobně také roztříštěný, ačkoli v některých buňkách se zdá, že byl distribuován retikulem a později se objevil v telophase.

Mitóza bez cytokinézy

Přestože dělení buněk obvykle následuje dělení cytoplazmy, existují některé výjimky. Některé buňky procházejí různými procesy buněčného dělení bez poškození cytoplazmy.

Například embryo mouchy ovoce prochází 13 fázemi jaderného dělení, než dojde k cytoplazmatickému dělení, což má za následek velkou buňku s až 6000 jádry.

Toto uspořádání je většinou zaměřeno na urychlení procesu raného vývoje, protože buňky nemusí trvat tak dlouho, než projdou všemi stádii buněčného dělení, které zahrnuje cytokineze.

Poté, co dojde k tomuto rychlému jadernému dělení, se kolem každého jádra vytvoří buňky v jediném procesu cytokinézy, známém jako celurizace. Na povrchu buněk se tvoří kontraktilní prsteny a plazmatická membrána se rozprostírá dovnitř a napíná se tak, aby obklopila každé jádro.

Necytokinezický proces mitózy se také vyskytuje v některých typech savčích buněk, jako jsou osteoklasty, trofoblasty a některé hepatocyty a buňky srdečního svalu. Například tyto buňky rostou vícejaderným způsobem, stejně jako buňky některých hub nebo ovoce.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2002). Molekulární biologie buňky. 4. vydání. New York: Garland Science.
2. Biology-Online.org. (12. března 2017). Biologie online. Získáno z Cytokinesis: biology-online.org.
3. Brill, JA, Hime, GR, Scharer-Schuksz, M., & Fuller, &. (2000).
4. Vzdělávání, N. (2014). Přírodní vzdělávání. Citováno z cytokineze: nature.com.
5. Guertin, DA, Trautmann, S. a McCollum, D. (červen 2002). Citováno z Cytokinesis in Eukaryotes: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Rappaport, R. (1996). Cytokineze ve zvířecích buňkách. New York: Cambridge University Press.
7. Zimmerman, A. (2012). Mitóza / cytokinéza. Academic Press.