От основна гледна точка на биологията, успешният край на всеки индивид еукариот животът на клетката е разделянето на тази клетка на две дъщерни клетки, всяка от които носи пълно копие на родителската клетка ДНКили дезоксирибонуклеинова киселина (т.е. нейният генетичен материал).
Това деление на клетката се нарича цитокинеза, и е непосредствено предшествано от митоза, многоетапният процес, който разделя ДНК на клетката на две дъщерни ядра.
Митозата и цитокинезата заедно представляват четвъртия и последен етап от еукариотния клетъчен цикъл, наречен М фаза. М-фазата се предшества от трите етапа, които заедно образуват интерфаза, частта от клетъчния цикъл, в която не се извършват процеси на ядрено или клетъчно делене.
Механиката на цитокинезата все още не е напълно разбрана, но се знае много за критичния момент на нейните събития и други аспекти на последната стъпка в цикъла на която и да е клетка.
- Четирите етапа на цитокинезата са иницииране, свиване, вмъкване на мембрана и завършване.
Еукариотният клетъчен цикъл
Живите същества могат да бъдат разделени прокариоти и еукариоти.Прокариоти са едноклетъчни организми, които носят само малко количество ДНК и нямат вътрешни мембранно-свързани структури в клетките си, включително ядра.
Те се възпроизвеждат, като просто се разделят наполовина след репликацията на тяхната ДНК и нарастват като цяло, наречен процес бинарно делене. Малко последици настъпват преди следващото разделяне. Тъй като тези организми имат само една клетка, бинарното делене е еквивалентно на размножаването.
Еукариотите (растения, животни и гъби) имат ядра и редица други органели, което прави възпроизвеждането на клетката по-сложен процес. В момента, в който една от тези клетки възниква, тя навлиза в G1 (първа празнина) етап на интерфаза. Това е последвано от С(синтез), G2 (втора празнина) и накрая М (митоза). Клетката обикновено нараства в G1, репликира своите хромозоми в S, проверява работата си в G2 и разделя съдържанието му на равни половини в М. Интерфазата е много по-дълга от М фазата.
В случай, че някога бъдете попитани "В каква фаза са дъщерните клетки в резултат на митоза?" можете да отговорите "фаза М", защото интерфазата не започва, докато цитокинезата, която започва, докато митозата е в ход и обикновено завършва малко след митозата, е завършен.
Етапите на митоза
Митозата може да бъде разделена на четири или пет етапа, като вторият етап от петстепенната схема (прометафаза) е по-късно допълнение към схемата. За пълнота тук са описани всичките пет етапа.
Профаза: Митозата започва, когато хромозомите, които се дублират в S фазата, стават по-кондензирани, което улеснява виждането им като отделни форми под микроскоп. В същото време се репликира структура, наречена центриола, и двете дъщери центриоли мигрират към противоположни полюси или краища на клетката, където започват да генерират митотичното вретено, най-вече от микротубула протеини.
Прометафаза: В тази стъпка хромозомните набори, състоящи се от еднаква сестра хроматиди съединени в структура, наречена центромера, започват своето поклонение към средната линия на клетката. Междувременно центриолите продължават да сглобяват митотичното вретено, което служи като набор от малки въжета или вериги.
Метафаза: На този етап всички хромозоми (46 при хората) са подредени в чиста линия на метафазната плоча, равнина, преминаваща през "екватора" на клетката и перпендикулярна на вретеновия апарат. Тази линия минава през центромерите, което означава, че по една сестра хроматида от всеки комплект лежи от едната страна на плочата, докато нейният близнак лежи от противоположната страна.
Анафаза: В тази фаза влакната на вретеното физически изтеглят хроматидите настрани и към противоположните полюси на клетката. Цитокинеза всъщност започва на този етап с появата на a бразда на разцепване. В края на анафазата пълен набор от 46 хроматиди (единични хромозоми) седи в бучка на всеки полюс.
Телофаза: С генетичния материал, който вече е дублиран и отделен, клетката започва да дава на всяка хромозома свой собствен ядрен плик. Освен това хромозоми декондензирайте. По същество телофазата е профаза, протичаща обратно. Ранната цитокинеза протича по време на телофазата.
Цитокинеза: Преглед
В края на митозата цитокинезата е единственият процес, останал в клетъчния цикъл. Въпреки че много източници изброяват митозата и цитокинезата като последователни събития, това е подвеждащо. Въпреки че е вярно, че цитокинезата обикновено приключва не след дълго след митозата, двата процеса се припокриват значително във времето и до известна степен в пространството.
Както се отбелязва, браздата на разцепването, която означава началото на цитокинезата, се появява по време на анафаза. Ако си представите какво се случва по време на този етап на митоза, можете да разберете защо това е най-ранната точка, в която е безопасно за клетката като цяло да започне свой собствен процес разделение.
Ако вашият умствен образ има двата набора хроматиди, които се движат наляво и надясно в ядрото, представете си клетъчната мембрана започвайки да "прищипва" отгоре, задействайки деколте, което в крайна сметка изстисква средата на клетката както от горната, така и от отдолу.
Ако това клетъчно разцепване се случи преди анафазата да е в ход, това може да доведе до асиметрично разпределение на хроматидите в ядрената област. Резултатът почти сигурно би бил летален за клетката, което изисква пълно допълнение на ДНК на организма, за да функционира правилно.
Контрактилният пръстен
Преобладаващата функционална характеристика на цитокинезата е контрактилен пръстен, структура, която се състои от различни протеини, главно актин и миозин, и се намира точно под клетъчната мембрана. Представете си огромен обръч, минаващ точно под екватора на Земята (въображаемата линия, минаваща около средата на планетата), и ще получите представа за цялостната настройка.
- Съкратителният пръстен е характеристика на животински клетки и само шепа едноклетъчни еукариоти. В растителните клетки, които са с по-кубична форма, равнината на разцепване се образува без появата на бразда.
Равнината на съкратителния пръстен се определя от ориентацията на влакната на митотичното вретено. Когато разглеждате диаграма на клетка, практически всеки път, когато разглеждате двуизмерно представяне. Но ако си представите клетката като сфера вместо глобус и извикате изображение на хромозоми, окачени на двата "ръба", вероятно можете да интуитивно че идеалната равнина на разцепване ще трябва да протича перпендикулярно на общата посока на влакната на вретеното, които достигат между двете клетки стълбове.
Тъй като пръстенът става по-малък, изтегляйки мембраната навътре заедно с нея, от везикулите от двете страни на равнината на разцепване излиза нов материал на клетъчната мембрана. Тъй като клетката постепенно се разделя, новите парчета мембрана затварят пролуките, които иначе биха се появили отстрани на двете дъщерни клетки и позволяват на цитоплазменото съдържание да се разлее.
Асиметрично деление
Клетките от време на време се разделят по асиметричен начин. Те не разделят хроматидите си асиметрично, тъй като, както беше отбелязано, това би имало определено неприятни резултати за клетката. Понякога обаче възникват причини за разделяне на цитоплазма и съдържанието му на неравномерни порции.
Клетката обикновено използва тази стратегия за цитокинеза, когато дъщерните клетки имат различни крайни функции и дестинации. Асиметрията може да се прояви в неравномерно разпределение на органели, неравна маса на цитоплазмата или някаква комбинация от тези характеристики.