Πώς διαφέρει η κυτταροκίνηση σε φυτά και ζώα

Η κυτταροκίνηση είναι η διαίρεση του κυτταροπλάσματος σε δύο θυγατρικά κύτταρα. Κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου των ευκαρυωτικών, η καρυοκίνηση ακολουθείται από την κυτταροκίνηση. Αυτό σημαίνει ότι η διαίρεση του κυτταροπλάσματος γίνεται μετά την ολοκλήρωση της διαίρεσης του πυρήνα. Ωστόσο, η κυτταροκίνηση ή η διαίρεση του κυτταροπλάσματος δεν συμβαίνει με τον ίδιο τρόπο στα φυτικά και ζωικά κύτταρα. Αυτό το άρθρο θα εξηγήσει τη διαφορά στην κυτταροκίνηση των φυτών και των ζώων και η αιτία είναι αυτή η διαφορά.

Αυτό το άρθρο εξετάζει,

1. Τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια της κυτταροκίνησης
2. Κυτταροκίνηση Φυτικών Κυττάρων
3. Κυτταροκίνηση Ζωικών Κυττάρων
4. Πώς διαφέρει η κυτταροκίνηση σε φυτά και ζώα

Τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια της κυτταροκίνησης

Κατά τη διάρκεια της κυτταροκίνησης, το διπλό γενετικό υλικό στους αντίθετους πόλους διαχωρίζεται σε δύο θυγατρικά κύτταρα μαζί με το μισό κυτταρόπλασμα του κυττάρου, που περιέχει ένα σύνολο από τα οργανίδια του. Ο διαχωρισμός του διπλού γενετικού υλικού εξασφαλίζεται από τη συσκευή ατράκτου. Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων, καθώς και ο αριθμός των συνόλων χρωμοσωμάτων ενός θυγατρικού κυττάρου, θα πρέπει να είναι ίσοι με εκείνους του μητρικού κυττάρου, προκειμένου τα θυγατρικά κύτταρα να είναι τα λειτουργικά αντίγραφα των γονικών κυττάρων. Αυτή η διαδικασία ονομάζεταισυμμετρική κυτταροκίνηση . Αντίθετα, κατά την ωογένεση, το ωάριο αποτελείται σχεδόν από όλα τα οργανίδια και το κυτταρόπλασμα των πρόδρομων γονοκυττάρων των γεννητικών κυττάρων. Ωστόσο, κύτταρα των ιστών όπως το ήπαρ και οι σκελετικοί μύες παραλείπουν την κυτταροκίνηση παράγοντας πολυπύρηνα κύτταρα.

Η κύρια διαφορά μεταξύ της κυτταροκίνησης φυτικών και ζωικών κυττάρων είναι ο σχηματισμός νέου κυτταρικού τοιχώματος που περιβάλλει τα θυγατρικά κύτταρα. Τα φυτικά κύτταρα σχηματίζουν μια κυτταρική πλάκα μεταξύ των δύο θυγατρικών κυττάρων. Στα ζωικά κύτταρα, σχηματίζεται ένα αυλάκι διάσπασης μεταξύ των δύο θυγατρικών κυττάρων. Στη μιτωτική διαίρεση, μετά την ολοκλήρωση της κυτταροκίνησης, τα θυγατρικά κύτταρα εισέρχονται στη μεσόφαση. Στη μειοτική διαίρεση, οι παραγόμενοι γαμέτες χρησιμοποιούνται για την ολοκλήρωση της σεξουαλικής αναπαραγωγής μετά την ολοκλήρωση της κυτταροκίνησης με σύντηξη με τον άλλο τύπο γαμετών του ίδιου είδους.

Κυτταροκίνηση φυτικών κυττάρων

Τα φυτικά κύτταρα συνήθως αποτελούνται από ένα κυτταρικό τοίχωμα. Ως εκ τούτου, σχηματίζουν την κυτταρική πλάκα στη μέση του γονικού κυττάρου, προκειμένου να διαχωρίσουν δύο θυγατρικά κύτταρα. Ο σχηματισμός της πλάκας κυψέλης φαίνεται στην εικόνα 1 .

Εικόνα 1:Σχηματισμός κυτταρικής πλάκας

Διαδικασία σχηματισμού κυτταρικών πλακών

Ο σχηματισμός κυτταρικής πλάκας είναι μια διαδικασία πέντε βημάτων.

Σχηματισμός Φραγκμοπλάστη

Το Phragmoplast είναι μια συστοιχία μικροσωληνίσκων, που υποστηρίζει και καθοδηγεί το σχηματισμό κυτταρικής πλάκας. Οι μικροσωληνίσκοι που χρησιμοποιούνται για το σχηματισμό του φραγκμοπλάστη είναι τα υπολείμματα της ατράκτου.

Διακίνηση κυστιδίων και σύντηξη με μικροσωληνίσκους

Τα κυστίδια που περιέχουν πρωτεΐνες, υδατάνθρακες και λιπίδια διακινούνται στη μέση ζώνη του φραγκμοπλάστη από τους μικροσωληνίσκους, καθώς απαιτούνται για το σχηματισμό της κυτταρικής πλάκας. Η πηγή αυτών των κυστιδίων είναι η συσκευή Golgi.

Σύντηξη και μετατροπή των σωληναρίων μεμβράνης στα φύλλα μεμβράνης Διευρυμένοι μικροσωληνίσκοι

Οι διευρυμένοι μικροσωληνίσκοι συντήκονται πλευρικά μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα επίπεδο φύλλο που αναφέρεται ως πλάκα κυψέλης. Άλλα συστατικά του κυτταρικού τοιχώματος μαζί με την εναπόθεση κυτταρίνης στην κυτταρική πλάκα την οδηγούν σε περαιτέρω ωρίμανση.

Ανακύκλωση των υλικών της κυτταρικής μεμβράνης

Τα ανεπιθύμητα υλικά μεμβράνης απομακρύνονται από την κυτταρική πλάκα με ενδοκυττάρωση που προκαλείται από κλαθρίνη.

Σύντηξη της κυτταρικής πλάκας με το υπάρχον κυτταρικό τοίχωμα

Οι άκρες της κυτταρικής πλάκας συγχωνεύονται με την υπάρχουσα γονική κυτταρική μεμβράνη, χωρίζοντας φυσικά τα δύο θυγατρικά κύτταρα. Τις περισσότερες φορές, αυτή η σύντηξη συμβαίνει με ασύμμετρο τρόπο. Ωστόσο, οι κλώνοι του ενδοπλασματικού δικτύου βρίσκονται να διέρχονται από τη νεοσχηματισμένη κυτταρική πλάκα, η οποία συμπεριφέρεται ως πρόδρομοι των πλασμοδεσμών, ενός τύπου κυτταρικών συνδέσεων που βρίσκονται στα φυτικά κύτταρα.

Διαφορετικά συστατικά του κυτταρικού τοιχώματος όπως ημικυτταρίνη, πηκτίνες, πρωτεΐνες αραβινογαλακτάνης, τα οποία μεταφέρονται από τα εκκριτικά κυστίδια, εναποτίθενται στη νεοσχηματισμένη κυτταρική πλάκα. Το πιο άφθονο συστατικό του κυτταρικού τοιχώματος είναι η κυτταρίνη. Πρώτον, η κάλοζη πολυμερίζεται από το ένζυμο συνθάση καλλόζης στην κυτταρική πλάκα. Καθώς η κυτταρική πλάκα συντήκεται με την υπάρχουσα κυτταρική μεμβράνη, η κάλοζη τελικά αντικαθίσταται από την κυτταρίνη. Το μεσαίο έλασμα δημιουργείται από το κυτταρικό τοίχωμα. Είναι ένα στρώμα που μοιάζει με κόλλα, που αποτελείται από πηκτίνη. Τα δύο παρακείμενα κύτταρα συνδέονται μεταξύ τους από το μεσαίο έλασμα.

Κυτταροκίνηση Ζωικών Κυττάρων

Η διαίρεση του κυτταροπλάσματος των ζωικών κυττάρων ξεκινά μετά τον διαχωρισμό των αδελφών χρωματιδών κατά την ανάφαση της πυρηνικής διαίρεσης. Η κυτταροκίνηση των ζωικών κυττάρων φαίνεται στην εικόνα 2 .

Εικόνα 2:Κυτταροκίνηση Ζωικών Κυττάρων

Διαδικασία κυτταροκίνησης ζωικών κυττάρων

Η κυτταροκίνηση των ζωικών κυττάρων πραγματοποιείται μέσω τεσσάρων βημάτων.

Αναγνώριση άξονα αναφάσης

Η άτρακτος αναγνωρίζεται από τη μείωση της δραστηριότητας CDK1 κατά τη διάρκεια της ανάφασης. Στη συνέχεια, οι μικροσωληνίσκοι σταθεροποιούνται προκειμένου να σχηματιστεί η κεντρική άτρακτος ή η μεσαία ζώνη της ατράκτου. Οι μη κινετοχορικοί μικροσωληνίσκοι σχηματίζουν δεσμίδες μεταξύ των δύο αντίθετων πόλων του γονικού κυττάρου. Άνθρωποι και C. elegans απαιτούν το σχηματισμό κεντρικής ατράκτου προκειμένου να πραγματοποιηθεί αποτελεσματική κυτταροκίνηση. Η μειωμένη δραστηριότητα του CDK1, αποφωσφορυλιώνει το χρωμοσωμικό σύμπλεγμα επιβατών (CPC), μετατοπίζοντας το CPC στην κεντρική άτρακτο. Το CPC εντοπίζεται στα κεντρομερή κατά τη διάρκεια της μετάφασης.

Το CPC ρυθμίζει τη φωσφορυλίωση πρωτεϊνών κεντρικών συστατικών της ατράκτου όπως PRC1 και MKLP1. Το φωσφορυλιωμένο PRC1 σχηματίζει ένα ομοδιμερές το οποίο συνδέεται στη διεπιφάνεια μεταξύ των αντιπαράλληλων μικροσωληνίσκων. Το δέσιμο διευκολύνει τη χωρική διάταξη των μικροσωληνίσκων στην κεντρική άτρακτο. Η πρωτεΐνη που ενεργοποιεί την GTPase, το CYK-4 και το φωσφορυλιωμένο MKLP1 σχηματίζουν το σύμπλοκο της κεντρικής σπινδίνης. Η κεντρική άτρακτος είναι ένα σύμπλεγμα υψηλότερης τάξης που συνδέεται με την κεντρική άτρακτο.

Τα πολλαπλά κεντρικά εξαρτήματα του άξονα φωσφορυλιώνονται προκειμένου να ξεκινήσει η αυτοσυναρμολόγηση του κεντρικού άξονα. Η κεντρική άτρακτος ελέγχει τη θέση του αυλακιού διάσπασης, διατηρεί τη μεταφορά των κυστιδίων της μεμβράνης στο αυλάκι διάσπασης και ελέγχει τον σχηματισμό του μεσαίου σώματος στο τέλος της κυτταροκίνησης.

Προδιαγραφές επιπέδου διαίρεσης

Η προδιαγραφή του επιπέδου διαίρεσης μπορεί να προκύψει μέσω τριών υποθέσεων. Είναι η υπόθεση αστρικής διέγερσης, η υπόθεση της κεντρικής ατράκτου και η υπόθεση της αστρικής χαλάρωσης. Δύο περιττά σήματα στέλνονται από την άτρακτο, τοποθετώντας το αυλάκι διάσπασης στον κυτταρικό φλοιό, ένα από την κεντρική άτρακτο και το άλλο από τον αστέρα της ατράκτου.

Συναρμολόγηση και συστολή δακτυλίου ακτίνης-μυοσίνης

Η διάσπαση προκαλείται από τον συσταλτικό δακτύλιο που σχηματίζεται από την ακτίνη και μια πρωτεΐνη κινητήρα, τη μυοσίνη-ΙΙ. Στον συσταλτικό δακτύλιο, τόσο η κυτταρική μεμβράνη όσο και το κυτταρικό τοίχωμα αναπτύσσονται στο κύτταρο, τσιμπώντας το γονικό κύτταρο στα δύο. Η οικογένεια πρωτεϊνών Rho ρυθμίζει το σχηματισμό του συσταλτικού δακτυλίου στο μέσο του κυτταρικού φλοιού και τη συστολή του. Το RhoA προάγει το σχηματισμό του συσταλτικού δακτυλίου. Εκτός από την ακτίνη και τη μυοσίνη II, ο συσταλτικός δακτύλιος αποτελείται από πρωτεΐνες σκαλωσιάς όπως η ανιλίνη, η οποία συνδέεται με CYK1, RhoA, ακτίνη και μυοσίνη II, συνδέοντας τον ισημερινό φλοιό και την κεντρική άτρακτο.

Αποκοπή

Το αυλάκι της διάσπασης εισχωρεί για να σχηματίσει τη δομή του μέσου σώματος. Η διάμετρος του δακτυλίου ακτίνης-μυοσίνης σε αυτή τη θέση είναι περίπου 1-2 μm. Το μεσαίο σώμα διασπάται πλήρως σε μια διαδικασία που ονομάζεται αποκοπή. Κατά τη διάρκεια της αποκοπής, οι μεσοκυτταρικές γέφυρες γεμίζουν με αντιπαράλληλους μικροσωληνίσκους, ο κυτταρικός φλοιός συστέλλεται και σχηματίζεται η πλασματική μεμβράνη.

Οι οδοί μοριακής σηματοδότησης διασφαλίζουν τον πιστό διαχωρισμό του γονιδιώματος μεταξύ των δύο θυγατρικών κυττάρων. Η κυτταροκίνηση των ζωικών κυττάρων τροφοδοτείται από ΑΤΡάση Μυοσίνης Τύπου II για να δημιουργήσει τις συσταλτικές δυνάμεις. Ο χρόνος της κυτταροκίνησης του ζώου είναι ιδιαίτερα ρυθμισμένος.

Πώς διαφέρει η κυτταροκίνηση σε φυτά και ζώα

Η διαίρεση του κυτταροπλάσματος αναφέρεται ως κυτταροκίνηση. Η κύρια διαφορά μεταξύ της κυτταροκίνησης φυτικών και ζωικών κυττάρων είναι ο σχηματισμός μιας κυτταρικής πλάκας στα φυτικά κύτταρα και όχι ο σχηματισμός του αυλακιού διάσπασης στα ζωικά κύτταρα. Η διαφορά μεταξύ της κυτταροκίνησης φυτικών και ζωικών κυττάρων φαίνεται στην εικόνα 3 .

Εικόνα 3:Διαφορά μεταξύ της κυτταροκίνησης των ζώων και των φυτών

Τα ζωικά κύτταρα δεν διαθέτουν κυτταρικό τοίχωμα. Έτσι, μόνο η κυτταρική μεμβράνη χωρίζεται σε δύο, σχηματίζοντας νέα κύτταρα εμβαθύνοντας μια διάσπαση μέσω ενός συσταλτικού δακτυλίου στη μέση του γονικού κυττάρου. Στα φυτικά κύτταρα, μια κυτταρική πλάκα σχηματίζεται στη μέση του γονικού κυττάρου με τη βοήθεια μικροσωληνίσκων και κυστιδίων. Τα κυστίδια συντήκονται με μικροσωληνίσκους, σχηματίζοντας ένα σωληνοειδές-φυσαλιδώδες δίκτυο. Η εναπόθεση συστατικών του κυτταρικού τοιχώματος οδηγεί στην ωρίμανση της κυτταρικής πλάκας. Αυτή η κυτταρική πλάκα αναπτύσσεται προς την κυτταρική μεμβράνη. Επομένως, η κυτταροπλασματική διαίρεση ενός ζωικού κυττάρου ξεκινά στις άκρες του κυττάρου (κεντρομόλος) και η κυτταροπλασματική διαίρεση του φυτικού κυττάρου αρχίζει στο μέσο του κυττάρου (φυγόκεντρος). Έτσι, ο σχηματισμός του μεσαίου σώματος μπορεί να αναγνωριστεί μόνο στην κυτταροκίνηση των ζωικών κυττάρων. Η κυτταροκίνηση των φυτικών κυττάρων ξεκινά στην τελόφαση της πυρηνικής διαίρεσης και η κυτταροκίνηση των ζωικών κυττάρων στην ανάφαση της πυρηνικής διαίρεσης. Η κυτταροκίνηση των ζωικών κυττάρων ρυθμίζεται στενά από μονοπάτια μεταγωγής σήματος. Απαιτεί επίσης ATP για τη συστολή της ακτίνης και των πρωτεϊνών μυοσίνης.