Definizione della citocinesi
La citocinesi è il processo finale della divisione cellulare eucariotica, che divide il citoplasma, gli organelli e la membrana cellulare. La citochinesi avviene tipicamente alla fine della mitosi, dopo la telofase, ma i due processi sono indipendenti. Nella maggior parte degli animali, la citochinesi inizia alla fine dell’anafase o all’inizio della telofase, per assicurare che i cromosomi siano stati completamente segregati. I movimenti della citochinesi che si vedono nella cellula sono causati dalla stessa rete di fusi che era responsabile della separazione dei cromosomi. Parti del fuso responsabile del movimento dei cromosomi si rompono nella divisione cellulare tardiva, per essere utilizzate nella ristrutturazione delle due nuove cellule.
Le cellule possono dividersi in modo uniforme, noto come citochinesi simmetrica, o una delle cellule può mantenere la maggioranza del citoplasma. Durante la meiosi maschile nell’uomo, per esempio, tutte e 4 le cellule alla fine della meiosi hanno la stessa dimensione e il numero relativo di organelli. Questo processo di spermatogenesi produce milioni di spermatozoi piccoli, ma per lo più uguali. L’oogenesi umana, invece, si divide attraverso la citochinesi asimmetrica. Questo produce una cellula molto grande e 3 corpi polari. I corpi polari più piccoli non diventano uova. In questo modo, si producono meno uova, ma sono cellule molto più grandi. Alcune cellule, negli esseri umani e in altre specie, non subiscono la citochinesi dopo la mitosi, e formano grandi cellule multinucleate.
Citocinesi nelle cellule animali
Che la divisione cellulare sia mitosi o meiosi, la citochinesi avviene più o meno allo stesso modo. I segnali cellulari dicono alla cellula dove dividersi, il che crea il piano di divisione. Intorno a questo piano, si formerà il solco citochinetico, che alla fine si stacca per separare le due cellule. Il processo finale della citocinesi nelle cellule animali è l’abscissione. Durante l’abscissione, l’anello contrattile di actina-miosina che crea il solco citocinetico viene contratto fino in fondo, e le membrane plasmatiche subiscono la fissione per separare finalmente le due cellule.
Gli scienziati non sono ancora certi di cosa causi la specificazione del piano di divisione in cellule diverse. Si tratta di un processo complesso che coinvolge molti microtubuli e segnali cellulari. Una volta che questa posizione è stata determinata, l’anello contrattile actina-miosina deve essere stabilito. L’actina e la miosina sono le stesse proteine motrici che causano la contrazione delle cellule muscolari. Le cellule muscolari sono imballate con filamenti di actina, che la proteina miosina può tirare insieme, se riceve energia ATP. Questo stesso sistema è impiegato nelle cellule animali che si dividono. I filamenti di actina formano un anello sul piano di divisione. Le proteine miosine iniziano poi a tirare insieme i filamenti di actina, creando un anello più piccolo.
Alla fine, tutto il citoplasma e gli organelli sono stati esclusi dall’anello. Le uniche cose rimaste sono l’anello di actina-miosina e i microtubuli costretti dall’anello. Questa è chiamata la struttura del corpo centrale e anch’essa deve essere divisa affinché le cellule si separino. Questo avviene durante il processo di abscissione. Le proteine vengono tagliate e le membrane plasmatiche vengono fuse. Il materiale extracellulare che tiene insieme le cellule viene dissolto e le cellule possono separarsi. In alcuni animali pluricellulari, le cellule rimangono strettamente associate e possono persino formare e mantenere connessioni tra i loro citoplasmi note come gap junctions. Questi piccoli ponti possono essere formati come resti del reticolo endoplasmatico che rimane intrappolato nella struttura del corpo centrale, o possono essere formati più tardi.
Citocinesi nelle cellule vegetali
Le piante subiscono un processo simile di citocinesi, con la differenza della rigidità delle loro cellule. Le piante sono circondate da uno strato secondario, la parete cellulare. Questa struttura extracellulare è responsabile di aiutare a dare alle piante la loro forma, e deve essere stabilita quando una cellula si divide. Per fare questo, le piante usano strutture a fuso di microtubuli note come fragmoplasti. I fragmoplasti trasportano vescicole di materiale della parete cellulare alla nuova placca cellulare. Questi materiali, come la cellulosa, interagiscono per formare una matrice complessa e forte. Dopo che la placca divide la cellula, la membrana plasmatica si sigillerà e le due cellule saranno separate.
I fragmoplasti, come i centrosomi delle cellule animali, organizzano i microtubuli e dirigono la loro crescita e riduzione. I componenti della nuova placca cellulare sono creati e confezionati dal reticolo endoplasmatico e dall’apparato di Golgi. Vengono poi inviati al fragmoplasto, che costruisce la placca cellulare dal centro verso l’esterno. Questo può essere visto nel grafico sopra. La placca cellulare inizierà al centro, e man mano che viene completata, i microtubuli del fragmoplasto si muovono verso l’esterno, fino a raggiungere la membrana del plasma corrente. Questa membrana sarà tagliata, e la parete cellulare sarà completamente collegata tra tutte le cellule circostanti. Tra le due cellule, il reticolo endoplamico intrappolato creerà dei plasmodesmata, che sono come delle giunzioni a fessura e permettono alle molecole di passare da cellula a cellula. Si teorizza che le piante possano usare questi plasmodesmata come forma di comunicazione cellulare.
- Solco di clivaggio – La piega nella membrana cellulare, creata dalla contrazione dei filamenti proteici.
- Cariocinesi – La separazione dei cromosomi, separata dalla divisione della cellula.
- Plasmodesmata – Sezioni di cellule vegetali che rimangono collegate ad altre cellule, a volte formate durante la citochinesi.
- Giunzione Gap – Parti di membrane di cellule animali che rimangono strettamente associate alle cellule circostanti, come le sinapsi dei neuroni.
Quiz
1. Un certo numero di proteine sono responsabili dei tempi della citochinesi. Per fare e regolare queste proteine, la cellula deve spendere una notevole quantità di energia. Quali sono i vantaggi di avere una citochinesi ben temporizzata?
A. Divisione cellulare più veloce
B. Meno errori e distruzione dei cromosomi
C. Rende possibili più divisioni
2. Durante la meiosi, un organismo diploide con 8 cromosomi totali subisce due cicli successivi di citochinesi. Dopo la citochinesi II, quanti cromosomi ci sono in ogni cellula?
A. 4
B. 8
C. 2
3. Perché le piante terrestri devono costruire una parete cellulare ogni volta che vogliono dividersi? Perché non farlo dopo la citochinesi? Troppo difficile una volta che le cellule si sono stabilite.
B. L’intera pianta potrebbe essere indebolita, strutturalmente.
C. La parete cellulare crea la membrana plasmatica.