OBJECTIVOS DE APRENDIZAGEM
No final desta secção, poderá fazê-lo:
- Descrever o processo de fissão binária em procariotas
- Explicar como as proteínas FtsZ e tubulinas são exemplos de homologia
- Fissão binária
Prokariotas como as bactérias propagadas pela fissão binária. Para os organismos unicelulares, a divisão celular é o único método para produzir novos indivíduos. Tanto em células procarióticas como 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 de células filhas idênticas, algumas etapas são essenciais. O ADN genómico deve ser replicado e depois atribuído às células filhas; o conteúdo citoplasmático também deve ser dividido para dar às duas novas células a maquinaria para sustentar a vida. Nas células bacterianas, o genoma consiste num único cromossoma circular de ADN; por conseguinte, o processo de divisão celular é simplificado. A mitose é desnecessária porque não existe núcleo ou múltiplos cromossomas. Este tipo de divisão celular é chamado fissão binária.
Fissão binária
O processo de divisão celular de procariotas, chamado fissão binária, é um processo menos complicado e muito mais rápido do que a divisão celular em eucariotas. Devido à velocidade da divisão celular bacteriana, as populações de bactérias podem crescer muito rapidamente. O único cromossoma de ADN circular das bactérias não está encerrado num núcleo, mas ocupa um local específico, o nucleóide, dentro da célula. Tal como nos eucariotas, o ADN do nucleóide está associado a proteínas que ajudam a embalar a molécula num tamanho compacto. As proteínas de embalagem das bactérias estão, contudo, relacionadas com algumas das proteínas envolvidas na compactação cromossómica das eucariotas.
O ponto de partida da replicação, a origem, está próximo do local de ligação do cromossoma à membrana plasmática (Figura 1). A replicação do ADN é bidireccional – afastando-se da origem em ambas as vertentes do laço de ADN simultaneamente. À medida que os novos fios duplos são formados, cada ponto de origem afasta-se da fixação da parede da célula em direcção às extremidades opostas da célula. À medida que a célula se prolonga, a membrana crescente ajuda no transporte dos cromossomas. Depois de os cromossomas terem limpo o ponto médio da célula alongada, começa a separação citoplásmica. Forma-se um septo entre os nucleóidos da periferia em direcção ao centro da célula. Quando as novas paredes celulares estão no lugar, as células filhas separam-se.
Figure 1. A fissão binária de uma bactéria é delineada em cinco passos. (crédito: modificação do trabalho por “Mcstrother”/Wikimedia Commons)
Evolução em Acção
Mitotic Spindle Apparatus
O timing preciso e a formação do fuso mitótico é fundamental para o sucesso da divisão da célula eucariótica. As células procarióticas, por outro lado, não sofrem de mitose e por isso não têm necessidade de um fuso mitótico. No entanto, a proteína FtsZ que desempenha um papel tão vital na citocinese procariótica é estruturalmente e funcionalmente muito semelhante à tubulina, o bloco de construção dos microtubos que compõem as fibras do fuso mitótico que são necessárias para as eucariotas. A formação de um anel composto por unidades repetidas de uma proteína chamada FtsZ dirige a divisão entre os nucleóidos em procariotas. A formação do anel FtsZ desencadeia a acumulação de outras proteínas que trabalham em conjunto para recrutar novas membranas e materiais de parede celular para o local. As proteínas FtsZ podem formar filamentos, anéis, e outras estruturas tridimensionais semelhantes à forma como a tubulina forma microtubos, centriolas, e vários componentes de citoesqueleto. Além disso, tanto a FtsZ como a tubulina empregam a mesma fonte de energia, GTP (trifosfato de guanosina), para montar e desmontar rapidamente estruturas complexas.
FtsZ e tubulina são um exemplo de homologia, estruturas derivadas das mesmas origens evolutivas. Neste exemplo, presume-se que FtsZ é semelhante à proteína dos antepassados tanto à FtsZ moderna como à tubulina. Enquanto ambas as proteínas são encontradas nos organismos existentes, a função da tubulina evoluiu e diversificou-se tremendamente desde a evolução da sua origem prokariótica semelhante à FtsZ. Um levantamento da maquinaria de divisão celular em eucariotas unicelulares dos dias de hoje revela passos intermediários cruciais para a maquinaria mitota complexa das eucariotas multicelulares (Tabela 1).
As fibras do fuso mitótico das eucariotas são compostas por microtubos. As microtubulas são polímeros da tubulina proteica. A proteína FtsZ activa na divisão celular prokaryote é muito semelhante à tubulina nas estruturas que pode formar e na sua fonte de energia. As eucariotas unicelulares (como a levedura) apresentam possíveis passos intermédios entre a actividade FtsZ durante a fissão binária em procariotas e o fuso mitótico em eucariotas multicelulares, durante os quais o núcleo se decompõe e é reformado.
| Tabela 1. Evolução do fuso mitótico | |||
|---|---|---|---|
| >th>>estrutura do material genético | |||
| Prokaryotes | Não há núcleo. O único cromossoma circular existe numa região de citoplasma chamada nucleoide. | Occurs por fissão binária. Como o cromossoma é replicado, as duas cópias deslocam-se para extremos opostos da célula por um mecanismo desconhecido. | |
| Alguns protists | Existem cromossomas lineares no núcleo. | Cromossomas ligados ao envelope nuclear, que permanece intacto. O fuso mitótico passa através do envelope e alonga a célula. Não existem centríolos. | |
| Cromossomas lineares existem no núcleo. | Um fuso mitótico forma-se a partir dos centríolos e passa através da membrana nuclear, que permanece intacta. Os cromossomas fixam-se ao fuso mitótico. O fuso mitótico separa os cromossomas e prolonga a célula. | ||