10.5: Divisão celular procariótica

Habilidades para desenvolver

• Descreva o processo de fissão binária em procariontes
• Explique como as proteínas ftSz e tubulina são exemplos de homologia

Procariontes, como bactérias, se propagam por fissão binária. Para organismos unicelulares, a divisão celular é o único método para produzir novos indivíduos. Tanto nas células procarióticas quanto nas eucarióticas, o resultado da reprodução celular é um par de células filhas que são geneticamente idênticas à célula-mãe. Em organismos unicelulares, as células filhas são indivíduos.

Para alcançar o resultado da prole clonada, certas etapas são essenciais. O DNA genômico deve ser replicado e depois alocado nas células filhas; o conteúdo citoplasmático também deve ser dividido para dar às duas novas células o mecanismo para sustentar a vida. Nas células bacterianas, o genoma consiste em um único cromossomo circular de DNA; portanto, o processo de divisão celular é simplificado. A cariocinese é desnecessária porque não há núcleo e, portanto, não há necessidade de direcionar uma cópia dos vários cromossomos para cada célula filha. Esse tipo de divisão celular é chamado de fissão binária (procariótica).

Fissão binária

Devido à relativa simplicidade dos procariontes, o processo de divisão celular, chamado de fissão binária, é um processo menos complicado e muito mais rápido do que a divisão celular em eucariotos. O cromossomo de DNA circular único da bactéria não está encerrado em um núcleo, mas ocupa um local específico, o nucleóide, dentro da célula (Figura\(\PageIndex{1}\)). Embora o DNA do nucleóide esteja associado a proteínas que auxiliam no empacotamento da molécula em um tamanho compacto, não há proteínas histônicas e, portanto, não há nucleossomos nos procariontes. As proteínas de empacotamento das bactérias estão, no entanto, relacionadas às proteínas coesina e condensina envolvidas na compactação cromossômica dos eucariotos.

O cromossomo bacteriano está ligado à membrana plasmática aproximadamente no ponto médio da célula. O ponto de partida da replicação, a origem, está próximo ao local de ligação do cromossomo à membrana plasmática (Figura\(\PageIndex{1}\)). A replicação do DNA é bidirecional, afastando-se da origem em ambas as fitas do laço simultaneamente. À medida que os novos fios duplos são formados, cada ponto de origem se afasta da fixação da parede celular em direção às extremidades opostas da célula. À medida que a célula se alonga, a membrana em crescimento auxilia no transporte dos cromossomos. Depois que os cromossomos eliminam o ponto médio da célula alongada, a separação citoplasmática começa. A formação de um anel composto por unidades repetidas de uma proteína chamada ftSz direciona a partição entre os nucleóides. A formação do anel FtSz desencadeia o acúmulo de outras proteínas que trabalham juntas para recrutar novos materiais de membrana e parede celular para o local. Um septo é formado entre os nucleóides, estendendo-se gradualmente da periferia em direção ao centro da célula. Quando as novas paredes celulares estão instaladas, as células filhas se separam.

Figura\(\PageIndex{1}\): Essas imagens mostram as etapas da fissão binária em procariontes. (crédito: modificação do trabalho de “Mcstrother” /Wikimedia Commons)

Conexão Evolution: Aparelho de fuso mitótico

O tempo e a formação precisos do fuso mitótico são fundamentais para o sucesso da divisão celular eucariótica. As células procarióticas, por outro lado, não sofrem cariocinese e, portanto, não precisam de um fuso mitótico. No entanto, a proteína ftSz que desempenha um papel tão vital na citocinese procariótica é estrutural e funcionalmente muito semelhante à tubulina, o bloco de construção dos microtúbulos que compõem as fibras do fuso mitótico que são necessárias para os eucariotos. As proteínas ftSz podem formar filamentos, anéis e outras estruturas tridimensionais que se assemelham à forma como a tubulina forma microtúbulos, centríolos e vários componentes do citoesqueleto. Além disso, tanto o FTsZ quanto a tubulina empregam a mesma fonte de energia, o GTP (trifosfato de guanosina), para montar e desmontar rapidamente estruturas complexas.

FTsZ e tubulina são estruturas homólogas derivadas de origens evolutivas comuns. Neste exemplo, o FTsZ é a proteína ancestral da tubulina (uma proteína moderna). Embora ambas as proteínas sejam encontradas em organismos existentes, a função da tubulina evoluiu e se diversificou tremendamente desde a evolução de sua origem procariótica ftSz. Um levantamento dos componentes da montagem mitótica encontrados nos eucariotos unicelulares atuais revela etapas intermediárias cruciais para os complexos genomas fechados por membrana de eucariotos multicelulares.

Tabela\(\PageIndex{1}\): Aparelho de divisão celular entre vários organismos

	Estrutura do material genético	Divisão de material nuclear	Separação de células filhas
Procariontes	Não há núcleo. O cromossomo circular único existe em uma região do citoplasma chamada nucleóide.	Ocorre por meio de fissão binária. Conforme o cromossomo é replicado, as duas cópias se movem para extremidades opostas da célula por um mecanismo desconhecido.	As proteínas ftSz se reúnem em um anel que comprime a célula em duas.
Alguns protistas	Cromossomos lineares existem no núcleo.	Os cromossomos se ligam ao envelope nuclear, que permanece intacto. O fuso mitótico passa pelo envelope e alonga a célula. Não existem centríolos.	Os microfilamentos formam um sulco de clivagem que comprime a célula em duas.
Outros protistas	Cromossomos lineares existem no núcleo.	Um fuso mitótico se forma a partir dos centríolos e passa pela membrana nuclear, que permanece intacta. Os cromossomos se ligam ao fuso mitótico, que separa os cromossomos e alonga a célula.	Os microfilamentos formam um sulco de clivagem que comprime a célula em duas.
Células animais	Cromossomos lineares existem no núcleo.	Um fuso mitótico se forma a partir dos centrossomas. O envelope nuclear se dissolve. Os cromossomos se ligam ao fuso mitótico, que separa os cromossomos e alonga a célula.	Os microfilamentos formam um sulco de clivagem que comprime a célula em duas.

 

Resumo

Tanto na divisão celular procariótica quanto na eucariótica, o DNA genômico é replicado e, em seguida, cada cópia é alocada em uma célula filha. Além disso, o conteúdo citoplasmático é dividido uniformemente e distribuído para as novas células. No entanto, existem muitas diferenças entre a divisão celular procariótica e eucariótica. As bactérias têm um cromossomo de DNA único e circular, mas nenhum núcleo. Portanto, a mitose não é necessária na divisão celular bacteriana. A citocinese bacteriana é dirigida por um anel composto por uma proteína chamada ftSz. O crescimento da membrana e do material da parede celular da periferia das células resulta na formação de um septo que eventualmente constrói as paredes celulares separadas das células-filhas.

Glossário

fissão binária

processo de divisão celular procariótica

FTsZ

proteína semelhante à tubulina, um componente do citoesqueleto procariótico que é importante na citocinese procariótica (origem do nome: F filamentando a temperatura- s mutante Z sensível à temperatura)

origem

(também, ORI) região do cromossomo procariótico onde a replicação começa (origem da replicação)

septo

estrutura formada em uma célula bacteriana como precursora da separação da célula em duas células-filhas