Zytokinese Definition
Die Zytokinese ist der letzte Prozess der eukaryotischen Zellteilung, bei dem das Zytoplasma, die Organellen und die Zellmembran geteilt werden. Die Zytokinese findet in der Regel am Ende der Mitose, nach der Telophase, statt, doch handelt es sich um zwei unabhängige Prozesse. Bei den meisten Tieren beginnt die Zytokinese irgendwann in der späten Anaphase oder frühen Telophase, um sicherzustellen, dass die Chromosomen vollständig segregiert wurden. Die Bewegungen der Zytokinese, die in der Zelle zu beobachten sind, werden durch dasselbe Spindelnetzwerk verursacht, das auch für die Trennung der Chromosomen verantwortlich war. Teile der Spindel, die für die Bewegung der Chromosomen verantwortlich sind, brechen bei der späten Zellteilung ab, um für die Umstrukturierung der beiden neuen Zellen verwendet zu werden.
Die Zellen können sich gleichmäßig teilen, was als symmetrische Zytokinese bezeichnet wird, oder eine der Zellen kann einen Großteil des Zytoplasmas zurückbehalten. Bei der männlichen Meiose beim Menschen beispielsweise haben alle 4 Zellen am Ende der Meiose die gleiche Größe und die gleiche Anzahl an Organellen. Bei diesem Prozess der Spermatogenese entstehen Millionen von kleinen, aber meist gleichen Spermien. Bei der menschlichen Oogenese hingegen erfolgt die Teilung durch asymmetrische Zytokinese. Dabei entstehen eine sehr große Zelle und 3 Polkörperchen. Die kleineren Polkörper werden nicht zu Eiern. Auf diese Weise werden weniger Eizellen produziert, aber es sind viel größere Zellen. Einige Zellen beim Menschen und anderen Spezies durchlaufen nach der Mitose keine Zytokinese und bilden große Zellen mit mehreren Kernen.
Zytokinese in tierischen Zellen
Ob die Zellteilung durch Mitose oder Meiose erfolgt, die Zytokinese läuft im Wesentlichen auf die gleiche Weise ab. Zelluläre Signale teilen der Zelle mit, wo sie sich teilen soll, wodurch die Teilungsebene entsteht. Um diese Ebene herum bildet sich die zytokinetische Furche, die schließlich abknickt und die beiden Zellen trennt. Der letzte Prozess der Zytokinese in tierischen Zellen ist die Abszission. Während der Abszission zieht sich der Aktin-Myosin-Kontraktionsring, der die zytokinetische Furche bildet, vollständig zusammen, und die Plasmamembranen spalten sich, um die beiden Zellen endgültig zu trennen.
Wissenschaftler sind sich immer noch nicht sicher, was die Ursachen für die Festlegung der Teilungsebene in verschiedenen Zellen sind. Es handelt sich um einen komplexen Prozess, an dem viele Mikrotubuli und Zellsignale beteiligt sind. Sobald diese Position festgelegt ist, muss der kontraktile Aktin-Myosin-Ring aufgebaut werden. Aktin und Myosin sind die gleichen Motorproteine, die die Kontraktion der Muskelzellen bewirken. Die Muskelzellen sind mit Aktinfilamenten gefüllt, die das Protein Myosin zusammenziehen kann, wenn es mit ATP-Energie versorgt wird. Das gleiche System wird bei sich teilenden tierischen Zellen verwendet. Die Aktinfilamente bilden einen Ring an der Teilungsebene. Myosinproteine beginnen dann, die Aktinfilamente zusammenzuziehen, wodurch ein kleinerer Ring entsteht.
Schließlich sind das gesamte Zytoplasma und die Organellen aus dem Ring entfernt worden. Übrig bleiben nur noch der Aktin-Myosin-Ring und die durch den Ring eingeschnürten Mikrotubuli. Dies wird als Mittelkörperstruktur bezeichnet und muss ebenfalls geteilt werden, damit sich die Zellen trennen können. Dies geschieht beim Prozess der Abszission. Die Proteine werden durchtrennt und die Plasmamembranen verschmolzen. Das extrazelluläre Material, das die Zellen zusammenhält, wird aufgelöst und die Zellen können sich trennen. Bei einigen mehrzelligen Tieren bleiben die Zellen eng miteinander verbunden und können sogar Verbindungen zwischen ihren Zytoplasmen bilden und aufrechterhalten, die als Gap Junctions bekannt sind. Diese kleinen Brücken können als Überreste des endoplasmatischen Retikulums gebildet werden, das sich in der Mittelkörperstruktur verfängt, oder sie können später gebildet werden.
Zytokinese in Pflanzenzellen
Pflanzen durchlaufen einen ähnlichen Zytokineseprozess, wobei der Unterschied in der Steifheit ihrer Zellen besteht. Pflanzen sind von einer sekundären Schicht, der Zellwand, umgeben. Diese extrazelluläre Struktur trägt dazu bei, dass die Pflanzen ihre Form erhalten, und muss bei der Teilung einer Zelle aufgebaut werden. Zu diesem Zweck verwenden Pflanzen Mikrotubuli-Spindelstrukturen, die als Phragmoplasten bekannt sind. Die Phragmoplasten transportieren Bläschen mit Zellwandmaterial zur neuen Zellplatte. Diese Materialien, wie z. B. Zellulose, interagieren und bilden eine komplexe und starke Matrix. Nachdem die Platte die Zelle geteilt hat, verschließt sich die Plasmamembran, und die beiden Zellen werden getrennt.
Die Phragmoplasten organisieren, ähnlich wie die Zentrosomen tierischer Zellen, die Mikrotubuli und lenken deren Wachstum und Reduktion. Die Komponenten für die neue Zellplatte werden vom endoplasmatischen Retikulum und dem Golgi-Apparat gebildet und verpackt. Anschließend werden sie an den Phragmoplasten weitergeleitet, der die Zellplatte von der Mitte nach außen aufbaut. Dies ist in der obigen Grafik zu sehen. Die Zellplatte beginnt in der Mitte, und während sie fertiggestellt wird, bewegen sich die Mikrotubuli des Phragmoplasten nach außen, bis sie die Membran des aktuellen Plasmas erreichen. Diese Membran wird durchtrennt, und die Zellwand wird vollständig zwischen allen umliegenden Zellen verbunden. Zwischen den beiden Zellen bildet das eingeschlossene endoplasmatische Retikulum Plasmodesmata, die wie Gap Junctions wirken und den Übergang von Molekülen von Zelle zu Zelle ermöglichen. Es wird vermutet, dass Pflanzen diese Plasmodesmata als eine Form der zellulären Kommunikation nutzen.
- Spaltfurche – Die Falte in der Zellmembran, die durch das Zusammenziehen von Proteinfilamenten entsteht.
- Karyokinese – Die Trennung der Chromosomen, getrennt von der Teilung der Zelle.
- Plasmodesmata – Abschnitte von Pflanzenzellen, die mit anderen Zellen verbunden bleiben, manchmal während der Zytokinese gebildet.
- Gap Junction – Teile von tierischen Zellmembranen, die eng mit den umgebenden Zellen verbunden bleiben, wie z.B. Neuronensynapsen.
Quiz
1. Eine Reihe von Proteinen ist für den zeitlichen Ablauf der Zytokinese verantwortlich. Um diese Proteine herzustellen und zu regulieren, muss die Zelle eine beträchtliche Menge an Energie aufwenden. Was sind die Vorteile einer gut getimten Zytokinese?
A. Schnellere Zellteilung
B. Weniger Chromosomenfehler und -zerstörung
C. Ermöglicht mehr Teilungen
2. Während der Meiose durchläuft ein diploider Organismus mit insgesamt 8 Chromosomen zwei aufeinanderfolgende Runden der Zytokinese. Wie viele Chromosomen befinden sich nach der Zytokinese II in jeder Zelle?
A. 4
B. 8
C. 2
3. Warum müssen terrestrische Pläne jedes Mal eine Zellwand aufbauen, wenn sie sich teilen wollen? Warum tun sie es nicht nach der Zytokinese?
A. Das ist zu schwierig, wenn die Zellen erst einmal entstanden sind.
B. Die ganze Pflanze könnte strukturell geschwächt werden.
C. Die Zellwand bildet die Plasmamembran.