10.6: Митоз и цитокинез

В эукариотических клетках цикл деления клетки делится на различные, скоординированные клеточные процессы, которые включают рост клеток, дублирование репликации ДНК/хромосомы, распределение хромосом на дочери клетки и, наконец, деление клеток. Клеточный цикл жестко регулируется его регулирующими системами, а также внеклеточными сигналами, которые влияют на пролиферацию клеток.

Процессы клеточного цикла происходят в течение примерно 24 часов (в типичных клетках человека) и в двух основных различимых стадиях. Первый этап репликации ДНК, во время фазы S интерфазы. Второй стадией является митотическая (М) фаза, которая предполагает разделение дублированных хромосом на два новых ядра (митоз) и цитоплазмическое деление (цитокиноз). Эти две фазы разделены интервалами (G_{1 и} G₂ пробелы), в течение которых клетка готовится к репликации и делению.

Процесс митоза

Митоз можно разделить на пять различных стадий: профазу, прометафазу, метафазу, анафазу и телофазу. Цитокиноз, который начинается во время анафазы или телофазы (в зависимости от клетки), является частью фазы M, но не частью митоза.

Профаза

Когда клетка входит в митоз, ее реплицированные хромосомы начинают конденсироваться и становятся видимыми как нитевидные структуры с помощью белков, известных как конденсаты. Митотический шпиндельный аппарат (Веретено) начинает формироваться между центросомами, которые дублировались во время фазы S, и мигрируют к противоположным полюсам клетки. Шпиндель состоит из ниточных структур, называемых микротрубочками, которые состоят из мономеров белка тубулина. Микротрубочки шпинделя начинают расширяться в сторону сгущенных хромосом. Ядро, компонент ядра, который производит рибосомы, исчезает, что указывает на надвигающийся распад ядра.

Прометафаза

Во время прометафазы микротрубочки из шпиндельного аппарата продолжают расти, а хромосомы прекращают конденсироваться. Ядерный конверт полностью разрушается, высвобождая хромосомы. Некоторые из микротрубочек прикрепляются к высвобождаемым хромосомам, связываясь в белковой структуре под названием кинетохор, которая присутствует на центромере каждой пары сестринских хроматидов. Шпиндельные микротрубочки с противоположных полюсов прикрепляются к кинетохоресу и захватывают сжатые родственные хроматидные пары. Шпиндельные микротрубочки, которые не прикрепляются к хромосомам – полярным и астральным микротрубочкам – помогают раздвигать шпиндели на части и прикреплять шпиндельные столбы к клеточной мембране.

Метафаза

Микротрубочки шпинделя выравнивают каждую пару полностью сконденсированных сестринских хроматид вдоль экватора клетки – на метафазной пластине. Клетка теперь готова к разделению.

Анафаза

Микротрубочки от противоположных полюсов веретена, которые прикреплены к структуре кинетохор, укорачивают и разделяют сестринские хроматиды на центромере. Белки когезии, которые удерживают хроматиды вместе, теперь разрушаются. Укорочение микротрубочек кинетохор заставляет каждую хроматиду пары & mdash; теперь называемую хромосомами & mdash; мигрировать к противоположному полюсу.

Телофаза

Как только хромосомы достигают противоположных полюсов клетки, они депонируют и раскручиваются, чтобы сформировать хроматин. Шпиндельные микротрубочки деполимеризируются в мономеры тубулина, которые затем используются в качестве цитоскелетных элементов в клетках дочери. Ядерные оболочки собираются вокруг каждого набора хромосом.

Цитокинез

Во время цитокинеза в клетках животных, актиновые нити образуют контрактильные кольца в плазменной мембране, чтобы создать борозду расщепления, которая в конечном итоге расщепляет клетку на две части. В клетках растений пузырьки из аппарата Гольджи, несущие глюкозу, ферменты и структурные белки, соединяются, чтобы сформировать новую клеточную пластину в месте расположения бывшей метафазной пластины. Растущая клеточная пластина сливается с плазменными мембранами с каждой стороны, в конечном итоге образуя новую клеточной стенку, которая делит клетку на две части.

Митоз завершается генерацией двух дочерних клеток, которые идентичны родительской клетке. В большинстве клеток человека, митоз занимает около одного часа из примерно 24-часового клеточного цикла.

Состоящий из пяти уникальных этапов, митоз является формой деления где генетический материал клетки разделяется между двумя дочерними клетками. Во-первых, во время профазы у людей ядерный хроматин конденсируется в х-образные хромосомы, состоящие из сестринских хроматидных пар, соединённых в области центромеры. Одновременно, вне ядра, две L-образных органеллы, центросомы, мигрируют на противоположные стороны клетки.

Когда они выполнят это, микротрубочки начинают расти от каждой, либо к внутренней области клетки, либо к внешней, формируя веретено деления, похожее на паутину. Далее, ядерная оболочка растворяется во время прометафазы, открывая хромосомы для другого содержимого клетки. Белковые структуры также появляются с обеих сторон из центромер, по одной для каждой хроматиды.

Как только эти кинетохоры сформировались, растущие внутрь микротрубочки прикрепляются к ним, с каждой сестринской хроматидой, привязанной к другому полюсу клетки. Митоз затем переходит к метафазе где веретено деления переупорядочивает хромосомы,