Objetivos de aprendizaje
Al finalizar esta sección, serás capaz de:
- Describir el proceso de fisión binaria en procariotas
- Explicar cómo las proteínas FtsZ y tubulina son ejemplos de homología
- Fisión binaria
Los procariotas, como las bacterias, se propagan por fisión binaria. Para los organismos unicelulares, la división celular es el único método para producir nuevos individuos. Tanto en las células procariotas como en las eucariotas, el resultado de la reproducción celular es un par de células hijas que son genéticamente idénticas a la célula madre. En los organismos unicelulares, las células hijas son individuos.
Para lograr el resultado de células hijas idénticas, son esenciales algunos pasos. El ADN genómico debe replicarse y luego asignarse a las células hijas; el contenido citoplasmático también debe dividirse para dotar a las dos nuevas células de la maquinaria necesaria para mantener la vida. En las células bacterianas, el genoma consiste en un único cromosoma de ADN circular; por tanto, el proceso de división celular se simplifica. La mitosis es innecesaria porque no hay núcleo ni cromosomas múltiples. Este tipo de división celular se denomina fisión binaria.
Fisión binaria
El proceso de división celular de los procariotas, denominado fisión binaria, es un proceso menos complicado y mucho más rápido que la división celular en los eucariotas. Debido a la velocidad de la división celular bacteriana, las poblaciones de bacterias pueden crecer muy rápidamente. El único cromosoma circular de ADN de las bacterias no está encerrado en un núcleo, sino que ocupa un lugar específico, el nucleoide, dentro de la célula. Al igual que en los eucariotas, el ADN del nucleoide está asociado a proteínas que ayudan a empaquetar la molécula en un tamaño compacto. Las proteínas de empaquetamiento de las bacterias están, sin embargo, relacionadas con algunas de las proteínas que participan en la compactación del cromosoma de los eucariotas.
El punto de partida de la replicación, el origen, está cerca del sitio de unión del cromosoma a la membrana plasmática (Figura 1). La replicación del ADN es bidireccional: se aleja del origen en ambas hebras del bucle de ADN simultáneamente. A medida que se forman las nuevas cadenas dobles, cada punto de origen se aleja de la fijación a la pared celular hacia los extremos opuestos de la célula. A medida que la célula se alarga, la membrana creciente ayuda al transporte de los cromosomas. Una vez que los cromosomas han superado el punto medio de la célula alargada, comienza la separación citoplasmática. Se forma un tabique entre los nucleoides desde la periferia hacia el centro de la célula. Cuando las nuevas paredes celulares están en su lugar, las células hijas se separan.
Figura 1. La fisión binaria de una bacteria se resume en cinco pasos. (crédito: modificación de la obra de «Mcstrother»/Wikimedia Commons)
La evolución en acción
Aparato del huso mitótico
El momento preciso y la formación del huso mitótico son fundamentales para el éxito de la división celular eucariótica. Las células procariotas, en cambio, no experimentan mitosis y, por tanto, no necesitan un huso mitótico. Sin embargo, la proteína FtsZ, que desempeña un papel tan vital en la citocinesis procariota, es estructural y funcionalmente muy similar a la tubulina, el bloque de construcción de los microtúbulos que conforman las fibras del huso mitótico que son necesarias para las eucariotas. La formación de un anillo compuesto por unidades repetitivas de una proteína llamada FtsZ dirige la partición entre los nucleoides en procariotas. La formación del anillo FtsZ desencadena la acumulación de otras proteínas que colaboran para reclutar nuevos materiales de la membrana y la pared celular en el lugar. Las proteínas FtsZ pueden formar filamentos, anillos y otras estructuras tridimensionales que se asemejan a la forma en que la tubulina forma microtúbulos, centríolos y diversos componentes del citoesqueleto. Además, tanto la FtsZ como la tubulina emplean la misma fuente de energía, el GTP (trifosfato de guanosina), para ensamblar y desensamblar rápidamente estructuras complejas.
La FtsZ y la tubulina son un ejemplo de homología, estructuras derivadas de los mismos orígenes evolutivos. En este ejemplo, se presume que la FtsZ es similar a la proteína antecesora tanto de la FtsZ moderna como de la tubulina. Aunque ambas proteínas se encuentran en organismos existentes, la función de la tubulina ha evolucionado y se ha diversificado enormemente desde la evolución de su origen procariota similar a la FtsZ. Un estudio de la maquinaria de división celular en los eucariotas unicelulares actuales revela pasos intermedios cruciales para la compleja maquinaria mitótica de los eucariotas multicelulares (Tabla 1).
Las fibras del huso mitótico de los eucariotas están compuestas por microtúbulos. Los microtúbulos son polímeros de la proteína tubulina. La proteína FtsZ, activa en la división celular procariota, es muy similar a la tubulina en las estructuras que puede formar y en su fuente de energía. Los eucariotas unicelulares (como la levadura) muestran posibles pasos intermedios entre la actividad de la FtsZ durante la fisión binaria en procariotas y el huso mitótico en eucariotas multicelulares, durante el cual el núcleo se rompe y se vuelve a formar.
| Tabla 1. Evolución del huso mitótico | |||
|---|---|---|---|
| División del material nuclear | Separación de las células hijas | ||
| Procariontes | No hay núcleo. El cromosoma único y circular existe en una región del citoplasma llamada nucleoide. | Se produce por fisión binaria. A medida que el cromosoma se replica, las dos copias se desplazan a extremos opuestos de la célula por un mecanismo desconocido. | Las proteínas FtsZ se ensamblan en un anillo que pellizca la célula en dos. |
| Algunos protistas | Los cromosomas lineales existen en el núcleo. | Los cromosomas se unen a la envoltura nuclear, que permanece intacta. El huso mitótico atraviesa la envoltura y alarga la célula. No existen centriolos. | Los microfilamentos forman un surco de hendidura que pellizca la célula en dos. | Otros protistas | Los cromosomas lineales existen en el núcleo. | Un huso mitótico se forma a partir de los centriolos y atraviesa la membrana nuclear, que permanece intacta. Los cromosomas se unen al huso mitótico. El huso mitótico separa los cromosomas y alarga la célula. | Los microfilamentos forman un surco de hendidura que pellizca la célula en dos. | Células animales | Los cromosomas lineales existen en el núcleo. | Se forma un huso mitótico a partir de los centriolos. La envoltura nuclear se disuelve. Los cromosomas se unen al huso mitótico, que los separa y alarga la célula. |
Los microfilamentos forman un surco de clivaje que pellizca la célula en dos. |
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