ČO JE TO CYTOKINÉZA A AKO SA VYRÁBA? - BIOLÓGIE - 2026

Cytokineze je proces rozdeľovania cytoplazmy bunky spôsobujúce vo dvoch dcérskych buniek počas bunkového delenia. Vyskytuje sa pri mitóze aj meióze a vyskytuje sa bežne v živočíšnych bunkách.

V prípade niektorých rastlín a húb sa neuskutočňuje cytokinéza, pretože tieto organizmy nikdy nerozdeľujú svoju cytoplazmu. Cyklus bunkovej reprodukcie kulminuje rozdelením cytoplazmy procesom cytokinézy.

V typickej živočíšnej bunke dochádza k cytokinéze počas procesu mitózy, môžu však existovať niektoré typy buniek, ako sú osteoklasty, ktoré môžu prejsť procesom mitózy bez toho, aby došlo k cytokinéze.

Cytokinéza sa začína počas anafázy a končí sa počas telopázy, ktorá prebieha úplne vo chvíli, keď sa začína ďalšie rozhranie.

Telofáza a cytokinéza v štádiu mitózy. Zdroj: Kelvin Song CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) prostredníctvom Wikimedia Commons,

Prvá viditeľná zmena cytokinézy v živočíšnych bunkách sa prejaví, keď sa na povrchu bunky objaví deliaca drážka. Táto drážka sa rýchlo stáva výraznejšou a rozširuje sa okolo bunky, až kým nebude úplne v strede.

V živočíšnych bunkách a mnohých eukaryotických bunkách je štruktúra, ktorá sprevádza proces cytokinézy, známa ako „kontraktilný kruh“, dynamický súbor tvorený aktinovými vláknami, vláknami myozínu II a mnohými štrukturálnymi a regulačnými proteínmi. Usadí sa pod plazmatickou membránou bunky a stiahne sa, aby ju rozdelil na dve časti.

Ciliates podstupujúce cytokinézu. Zdroj: Alpha Wolf CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) prostredníctvom Wikimedia Commons

Najväčším problémom, ktorému čelí bunka podstupujúca cytokinézu, je zabezpečenie toho, aby sa tento proces vyskytoval v správnom čase a na správnom mieste. Pretože cytokinéza sa nesmie objaviť skoro počas fázy mitózy alebo môže narušiť správne rozdelenie chromozómov.

Mitotické vretená a delenie buniek

Porovnanie procesu cytokinézy v rastlinných a živočíšnych bunkách. Zdroj: Mathilda Brinton CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) prostredníctvom Wikimedia Commons,

Mitotické vretená v živočíšnych bunkách nie sú zodpovedné len za oddelenie výsledných chromozómov, ale tiež špecifikujú umiestnenie kontraktilného kruhu a teda rovinu bunkového delenia.

Kontraktilný prsteň má nemenný tvar v rovine metafázovej platne. Ak je v správnom uhle, prechádza pozdĺž osi mitotického vretena, čím zabezpečuje rozdelenie medzi dvoma samostatnými sadami chromozómov.

Časť mitotického vretena, ktorá určuje rovinu delenia, sa môže líšiť v závislosti od typu bunky. Vedci skúmali vzťah medzi mikrotubulami vretena a umiestnením kontraktilného prstenca.

Manipulovali s oplodnenými vajíčkami morských stavovcov, aby sledovali rýchlosť, s akou sa v bunkách objavujú drážky bez prerušenia procesu rastu.

Ak je cytoplazma čistá, je možné vreteno ľahšie vidieť, ako aj okamih v reálnom čase, v ktorom sa nachádza v novej polohe v skorom anafázovom stave.

Asymetrické delenie

Vo väčšine buniek sa cytokinéza vyskytuje symetricky. Napríklad vo väčšine zvierat je kontraktilný kruh tvorený okolo rovníkovej línie kmeňovej bunky, takže dve výsledné dcérske bunky majú rovnakú veľkosť a podobné vlastnosti.

Táto symetria je možná vďaka umiestneniu mitotického vretena, ktoré má tendenciu zameriavať sa na cytoplazmu pomocou astrálnych mikrotubulov a proteínov, ktoré ich ťahajú z jednej strany na druhú.

V procese cytokinézy existuje veľa premenných, ktoré musia fungovať synchrónne, aby boli úspešné. Keď sa však jedna z týchto premenných zmení, bunky sa môžu asymetricky deliť, čím sa vytvoria dve dcérske bunky rôznych veľkostí as rôznym cytoplazmatickým obsahom.

Zvyčajne sú tieto dve dcérske bunky určené na to, aby sa vyvíjali odlišne. Aby to bolo možné, musí kmeňová bunka vylučovať niektoré komponenty určujúce osud na jednu stranu bunky a potom nájsť rovinu delenia tak, aby naznačená dcérska bunka dedila tieto komponenty v čase delenia.

Aby sa rozdelenie umiestnilo asymetricky, mitotické vreteno sa musí pohybovať kontrolovaným spôsobom vo vnútri bunky, ktorá sa má deliť.

Tento pohyb vretena je zjavne poháňaný zmenami v regionálnych oblastiach kôry buniek a lokalizovanými proteínmi, ktoré pomáhajú posunúť jeden z pólov vretena pomocou astrálnych mikrotubúl.

Zmluvný prsteň

Keď sa astrálne mikrotubuly vo svojej fyzickej odpovedi stávajú dlhšími a menej dynamickými, začína sa plazmatický kruh vytvárať pod plazmatickou membránou.

Väčšina príprav na cytokinézu sa však vyskytuje skôr v procese mitózy, dokonca ešte predtým, ako sa cytoplazma začne deliť.

Počas tohto rozhrania sa vlákna aktínu a myozínu II kombinujú a vytvárajú kortikálnu sieť a dokonca v niektorých bunkách vytvárajú veľké cytoplazmatické zväzky nazývané stresové vlákna.

Keď bunka iniciuje proces mitózy, tieto usporiadania sa rozpadnú a väčšina aktínu sa preusporiada a vlákna myozínu II sa uvoľnia.

Keď sa chromatidy počas anafázy separujú, myozín II sa rýchlo hromadí a vytvára kontraktilný kruh. V niektorých bunkách je dokonca nevyhnutné použiť proteíny z rodiny kináz na reguláciu zloženia mitotického vretienka a kontraktilného kruhu.

Keď je kontraktívny kruh plne vyzbrojený, obsahuje mnoho proteínov iných ako aktín a myozín II. Prekrývajúce sa matrice vlákien bipolárneho aktínu a myozínu II vytvárajú silu potrebnú na rozdelenie cytoplazmy na dve časti, v procese podobnom tomu, ktorý sa uskutočňuje pri bunkách hladkého svalstva.

Spôsob, akým sú kontraktívne prstencové zmluvy stále záhadou. Podľa všetkého to nepôsobí v mene šnúrkového mechanizmu s aktínovými a myozínovými vláknami II, ktoré sa pohybujú nad sebou, ako by to boli kostrové svaly.

Pretože, keď sa prsteň uzatvára, zachováva si počas procesu rovnakú pevnosť. To znamená, že počet vlákien klesá pri zatváraní kruhu.

Distribúcia organel v dcérskych bunkách

Proces mitózy musí zabezpečiť, aby každá z dcérskych buniek dostávala rovnaký počet chromozómov. Keď sa však eukaryotická bunka delí, musí každá dcérska bunka zdediť aj množstvo esenciálnych bunkových komponentov vrátane organel uzavretých v bunkovej membráne.

Bunkové organely, ako sú mitochondrie a chloroplasty, sa nemôžu vytvárať spontánne z ich jednotlivých zložiek, môžu vzniknúť iba z rastu a delenia už existujúcich organel.

Podobne bunky nemôžu vytvoriť nové endoplazmatické retikulum, pokiaľ jeho časť nie je prítomná v bunkovej membráne.

Niektoré organely, ako sú mitochondrie a chloroplasty, sú v kmeňových bunkách prítomné v mnohých formách, aby sa zabezpečilo, že ich dve dcérske bunky úspešne zdedia.

Endoplazmatické retikulum v období bunkového rozhrania je nepretržite spolu s bunkovou membránou a je organizované cytoskeletálnou mikrotubulou.

Po vstupe do mitózovej fázy reorganizácia mikrotubúl uvoľní endoplazmatické retikulum, ktoré sa fragmentuje, keď sa tiež rozruší obal jadra. Golgiho aparát je pravdepodobne tiež fragmentovaný, hoci v niektorých bunkách sa zdá, že bol distribuovaný prostredníctvom retikula a neskôr sa objavil v telophase.

Mitóza bez cytokinézy

Aj keď za bunkovým delením zvyčajne nasleduje delenie cytoplazmy, existujú výnimky. Niektoré bunky prechádzajú rôznymi procesmi bunkového delenia bez narušenia cytoplazmy.

Napríklad embryo ovocných mušiek prechádza 13 štádiami jadrového delenia pred tým, ako dôjde k cytoplazmatickému deleniu, čo vedie k veľkej bunke s až 6 000 jadier.

Toto usporiadanie je väčšinou zamerané na urýchlenie procesu včasného vývoja, pretože bunky nemusia trvať tak dlho, kým prechádzajú všetkými štádiami bunkového delenia, ktoré zahŕňa cytokinéza.

Po tomto rýchlom jadrovom delení sa bunky vytvárajú okolo každého jadra jediným procesom cytokinézy, známym ako celurizácia. Na povrchu buniek sa tvoria kontraktilné krúžky a plazmatická membrána sa rozširuje dovnútra a napína sa tak, aby obklopovala každé jadro.

Proces mitózy bez cytokinézy sa vyskytuje aj v niektorých typoch cicavčích buniek, ako sú osteoklasty, trofoblasty a niektoré hepatocyty a bunky srdcového svalu. Tieto bunky napríklad rastú viacjadrovým spôsobom, ako bunky niektorých húb alebo ovocia.

Referencie

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., a Walter, P. (2002). Molekulárna biológia bunky. 4. vydanie. New York: Garland Science.
2. Biology-Online.org. (12. marca 2017). Biológia online. Získané z Cytokinesis: biology-online.org.
3. Brill, JA, Hime, GR, Scharer-Schuksz, M., & Fuller, &. (2000).
4. Education, N. (2014). Prírodné vzdelávanie. Zdroj: cytokinesis: nature.com.
5. Guertin, DA, Trautmann, S. a McCollum, D. (jún 2002). Zdroj: Cytokinesis in Eukaryotes: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Rappaport, R. (1996). Cytokinéza v živočíšnych bunkách. New York: Cambridge University Press.
7. Zimmerman, A. (2012). Mitóza / cytokinéza. Academic Press.