Back to chapter

10.6:

מיטוזיס וציטוקנזיס

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Mitosis and Cytokinesis

Languages

Share

חמישה שלבים ייחודיים, מיטוזה היא צורה של חלוקה שבו החומר הגנטי של התא מחולקת בין שני תאי בת. ראשית, במהלך הפרופאז בבני אדם, גרעיני הכרומטין לתוך כרומוזומים בצורת X המורכב מאחות זוג כרומטי מצורף גופיפים מרכזיים. במקביל, מחוץ לגרעין, שני אברונים בצורת L הנקראים גופיף מרכזי נודדים אל הצד השני של התא.כפי שהם עושים זאת, מוטות חלבון מתחילות לגדול מכל אחד מהם, או לעבר התא פנים או חיצוני, ויוצרים מכשיר דמוי ציר. לאחר מכן, המעטפה הגרעינית מתמוססת במהלך ה-prometaphase חשיפת הכרומוזומים לתוכן האחר של התא. מבנים של החלבון מופיעים בשני הצדדים של הגופיפים המרכזיים, אחד עבור כל כרומטיד.לאחר שהקינטוכורים מתאחדים, הארכת פנים של החלבון להדק להם עם כל אחות כרומטית שנקשרת אל עמוד תא אחר. מיטוזה ואז מטאפיס מתקדמת שבו מנגנון ציר מסדר מחדש את הכרומוזומים כך שהם דומים בשורה קבועה לאורך קו המשווה של התא. עם מערכת בקרת מחזור התא, קינטוצ’ור-מודבקת החלבון מתקצר, וכרומטידים אחים, עכשיו כל אחת בנפרד כמו כרומוזומים, נגררים זה מזה.אלה וחלבונים דינמיים אחרים גם מאריכים את התא. לבסוף, הקרקע של הכרומוזומים בצד השני של התא במהלך הטלופז, ואז מתפרק מנגנון הצירים. החומר הגנטי משתחרר, ושתי מעטפות גרעיניות, אחד סביב כל קבוצת כרומוזום, מתעוררת.במהלך הטלופז, בתהליך מובהק הנקרא ציטוקינים, התא מתחלק בציטופלזמה. לפיכך, התוצאה הסופית של המיטוזה היא זוג תאים זהים מבחינה גנטית לבשרם.

10.6:

מיטוזיס וציטוקנזיס

In eukaryotic cells, the cell's cycle—the division cycle—is divided into distinct, coordinated cellular processes that include cell growth, DNA replication/chromosome duplication, chromosome distribution to daughter cells, and finally, cell division. The cell cycle is tightly regulated by its regulatory systems as well as extracellular signals that affect cell proliferation.

The processes of the cell cycle occur over approximately 24 hours (in typical human cells) and in two major distinguishable stages. The first stage is DNA replication, during the S phase of interphase. The second stage is the mitotic (M) phase, which involves the separation of the duplicated chromosomes into two new nuclei (mitosis) and cytoplasmic division (cytokinesis). The two phases are separated by intervals (G1 and G2 gaps), during which the cell prepares for replication and division.

The Process of Mitosis

Mitosis can be divided into five distinct stages—prophase, prometaphase, metaphase, anaphase, and telophase. Cytokinesis, which begins during anaphase or telophase (depending on the cell), is part of the M phase, but not part of mitosis.

Prophase

As the cell enters mitosis, its replicated chromosomes begin to condense and become visible as threadlike structures with the aid of proteins known as condensins. The mitotic spindle apparatus begins to form between the centrosomes—which were duplicated during S phase—and migrate to opposite poles of the cell. The spindle is made up of filamentous structures called microtubules that are comprised of tubulin protein monomers. Spindle microtubules start extending towards the condensed chromosomes. The nucleolus, a component of the nucleus that produces ribosomes, vanishes, indicating the impending breakdown of the nucleus.

Prometaphase

During prometaphase, the microtubule filaments from the spindle apparatus continue to grow, and the chromosomes finish condensing. The nuclear envelope completely breaks down, releasing the chromosomes. Some of the microtubules attach to the released chromosomes, binding at a protein structure called the kinetochore that is present on the centromere of each pair of sister chromatids. Spindle microtubules from opposite poles attach at the kinetochores and capture the condensed sister chromatid pairs. Spindle microtubules that do not attach to chromosomes—polar and astral microtubules—help push the spindles apart and anchor the spindle poles to the cell membrane.

Metaphase

The spindle microtubules align each pair of the fully condensed sister chromatids along the equator of the cell—at the metaphase plate. The cell is now ready to divide.

Anaphase

The microtubules from opposite spindle poles, which are attached to the kinetochore structure, shorten and separate the sister chromatids at the centromere. The cohesion proteins that hold the chromatids together now break down. The shortening kinetochore microtubules cause each chromatid of the pair—now called chromosomes—to migrate to an opposite pole.

Telophase

Once the chromosomes reach opposite poles of the cell, they decondense and uncoil to form chromatin. The spindle microtubule filaments depolymerize into their tubulin monomers, which are then utilized as cytoskeletal elements in daughter cells. Nuclear envelopes reassemble around each set of chromosomes.

Cytokinesis

During cytokinesis in animal cells, actin filaments form a contractile ring in the plasma membrane to create a cleavage furrow, which eventually pinches the cell into two. In plant cells, vesicles from the Golgi apparatus carrying glucose, enzymes and structural proteins join to form a new cell plate at the location of the former metaphase plate. The growing cell plate fuses with the plasma membranes on each side, eventually forming a new cell wall that divides the cell into two.

Mitosis is now complete, generating two daughter cells that are identical to the parent cell. In most human cells, mitosis accounts for about one hour of the approximately 24-hour cell cycle.

Suggested Reading

Guertin, David A., Susanne Trautmann, and Dannel McCollum. “Cytokinesis in Eukaryotes.” Microbiol. Mol. Biol. Rev. 66, no. 2 (June 1, 2002): 155–78. [Source]