Em formação

15.1: O ciclo celular procariótico - Biologia


As células, sejam procarióticas ou eucarióticas, eventualmente se reproduzem ou morrem. Para procariontes, o mecanismo de reprodução é relativamente simples, uma vez que não existem organelas internas. O processo consiste em três fases distintas, mas curtas: primeiro, uma fase de crescimento em que a massa da célula é aumentada, depois a fase de replicação cromossômica e, finalmente, os cromossomos são separados e as células são fisicamente divididas em duas novas células independentes. Nas bactérias, eles são chamados de períodos B, C e D, respectivamente. O início do processo reprodutivo parece ser principalmente uma função do tamanho da célula. A duração do ciclo celular global é determinada pelo período B, uma vez que os períodos C e D têm restrições de tempo relativamente fixas. O comprimento de B é determinado, em parte, pelas condições ambientais e pelo ganho de massa celular. Os tempos de geração de bactérias podem variar de menos de meia hora a vários dias, embora a maioria das culturas bacterianas em ambientes de laboratório e meios ricos em nutrientes tenham tempos de geração inferiores a um dia.

A replicação do DNA já foi abordada em detalhes no Capítulo 7. Nas bactérias, o processo é iniciado na origem da replicação pelo DnaA. No entanto, em arqueas, a iniciação síncrona da replicação em vários locais no cromossomo, bem como proteínas de reconhecimento homólogas às proteínas ORC eucarióticas, sugere que há semelhanças entre a replicação de DNA de arqueobactérias e eucarióticas a serem exploradas.

Uma vez que o DNA é replicado e movido para lados opostos da célula, o septo da célula média se forma para dividir a célula. Pelo menos 9 produtos gênicos estão envolvidos neste processo, incluindo FtsZ, o homólogo da tubulina procariótica que forma um anel circunferencial, FtsI, uma peptidoglicano sintetase envolvida na formação do septo, FtsL, cuja função não é clara, mas está envolvida no crescimento interno da parede celular no septo e ZipA, que ancora o anel FtsZ. O anel se contrai, puxando a membrana com ele. Eventualmente, a membrana é comprimida o suficiente para se fundir e gerar dois compartimentos citoplasmáticos completamente separados. Outras enzimas de septação produzem componentes da parede celular que se acumulam à medida que o septo se forma simultaneamente com a contração da membrana / FtsZ e as células se separam.


9.5 & # 8211 Divisão de células procarióticas

Ao final desta seção, você será capaz de fazer o seguinte:

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


Os procariotos, como as bactérias, produzem células-filhas por fissão binária. Para organismos unicelulares, a divisão celular é o único método para produzir novos indivíduos. Em células procarióticas e 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 descendência clonada, certas etapas são essenciais. O DNA genômico deve ser replicado e então alocado nas células-filhas, o conteúdo citoplasmático também deve ser dividido para dar a ambas as novas células a maquinaria celular para sustentar a vida. Como vimos com as células bacterianas, o genoma consiste em um único cromossomo de DNA circular, portanto, o processo de divisão celular é simplificado. A cariocinese é desnecessária porque não há núcleo verdadeiro e, portanto, não há necessidade de direcionar uma cópia dos vários cromossomos para cada célula filha. Este tipo de divisão celular é denominado fissão binária (procariótica).


Resumo da Seção

Na divisão de células procarióticas e eucarióticas, 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 único cromossomo de DNA 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 interno 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.


Fissão Binária

O processo de divisão celular dos procariontes, chamado fissão binária, é um processo menos complicado e muito mais rápido do que a divisão celular em eucariotos. Devido à velocidade da divisão celular bacteriana, as populações de bactérias podem crescer muito rapidamente. O único cromossomo circular de DNA da bactéria não está contido em um núcleo, mas em vez disso, ocupa um local específico, o nucleóide, dentro da célula. Como nos eucariotos, o DNA do nucleóide está associado a proteínas que auxiliam no empacotamento da molécula em um tamanho compacto. As proteínas de empacotamento de bactérias estão, entretanto, relacionadas a algumas das proteínas envolvidas na compactação cromossômica de eucariotos.

O ponto de partida da replicação, o origem, está próximo ao sítio de ligação do cromossomo à membrana plasmática (Figura 1). A replicação do DNA é bidirecional - afastando-se da origem em ambas as fitas do loop de DNA simultaneamente. À medida que as novas fitas duplas são formadas, 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 crescente auxilia no transporte dos cromossomos. Depois que os cromossomos limparam o ponto médio da célula alongada, a separação citoplasmática começa. UMA septo é formado entre os nucleoides da periferia em direção ao centro da célula. Quando as novas paredes celulares estão no lugar, as células-filhas se separam.

Figura 1. A fissão binária de uma bactéria é delineada em cinco etapas. (crédito: modificação do trabalho de “Mcstrother” / Wikimedia Commons)

Evolução em Ação

Aparelho de Fuso Mitótico

O momento preciso e a formação do fuso mitótico são críticos para o sucesso da divisão das células eucarióticas. As células procarióticas, por outro lado, não sofrem mitose e, portanto, não precisam de um fuso mitótico. No entanto, a proteína FtsZ que desempenha um papel vital na citocinese procariótica é estrutural e funcionalmente muito semelhante à tubulina, o bloco de construção dos microtúbulos que constituem as fibras do fuso mitótico que são necessárias para os eucariotos. A formação de um anel composto por unidades repetidas de uma proteína chamada FtsZ direciona a partição entre os nucleoides em procariontes. 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. As proteínas FtsZ podem formar filamentos, anéis e outras estruturas tridimensionais semelhantes à forma como a tubulina forma microtúbulos, centríolos e vários componentes do citoesqueleto. Além disso, o FtsZ e 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 o FtsZ seja semelhante à proteína ancestral do FtsZ e da tubulina modernos. Embora ambas as proteínas sejam encontradas em organismos existentes, a função da tubulina evoluiu e se diversificou enormemente desde a evolução de sua origem procariótica semelhante a FtsZ. Uma pesquisa da maquinaria de divisão celular nos eucariotos unicelulares atuais revela etapas intermediárias cruciais para a maquinaria mitótica complexa dos eucariotos multicelulares (Tabela 1).

As fibras do fuso mitótico dos eucariotos são compostas por microtúbulos. Os microtúbulos são polímeros da proteína tubulina. A proteína FtsZ ativa na divisão das células procariotas é muito semelhante à tubulina nas estruturas que pode formar e em sua fonte de energia. Os eucariotos unicelulares (como a levedura) exibem possíveis etapas intermediárias entre a atividade FtsZ durante a fissão binária em procariotos e o fuso mitótico em eucariotos multicelulares, durante os quais o núcleo se quebra e é reformado.


Fissão Binária

Figura 1: A fissão binária de uma bactéria é descrita em cinco etapas. (crédito: modificação do trabalho por & # 8220Mcstrother & # 8221 / Wikimedia Commons)

O processo de divisão celular de procariotos, denominado fissão binária, é menos complicado e muito mais rápido do que a divisão celular em eucariotos. Devido à velocidade da divisão celular bacteriana, as populações de bactérias podem crescer muito rapidamente. O único cromossomo circular de DNA da bactéria não está contido em um núcleo, mas em vez disso, ocupa um local específico, o nucleóide, dentro da célula. Como nos eucariotos, o DNA do nucleóide está associado a proteínas que auxiliam no empacotamento da molécula em um tamanho compacto. As proteínas de empacotamento de bactérias estão, entretanto, relacionadas a algumas das proteínas envolvidas na compactação cromossômica de eucariotos.

O ponto de partida da replicação, a origem, está próximo ao local de ligação do cromossomo à membrana plasmática ([Figura 1]). A replicação do DNA é bidirecional - afastando-se da origem em ambas as fitas do loop de DNA simultaneamente. À medida que as novas fitas duplas são formadas, 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 crescente auxilia no transporte dos cromossomos. Depois que os cromossomos limparam o ponto médio da célula alongada, a separação citoplasmática começa. Um septo é formado entre os nucleoides da periferia em direção ao centro da célula. Quando as novas paredes celulares estão no lugar, as células-filhas se separam.

Principais vantagens

Aparelho do Fuso Mitótico O momento preciso e a formação do fuso mitótico são críticos para o sucesso da divisão celular eucariótica. As células procarióticas, por outro lado, não sofrem mitose e, portanto, não precisam de um fuso mitótico. No entanto, a proteína FtsZ que desempenha um papel vital na citocinese procariótica é estrutural e funcionalmente muito semelhante à tubulina, o bloco de construção dos microtúbulos que constituem as fibras do fuso mitótico que são necessárias para os eucariotos. A formação de um anel composto por unidades repetitivas de uma proteína chamada FtsZ direciona a partição entre os nucleoides em procariotos. 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. As proteínas FtsZ podem formar filamentos, anéis e outras estruturas tridimensionais semelhantes à forma como a tubulina forma microtúbulos, centríolos e vários componentes do citoesqueleto. Além disso, o FtsZ e 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 o FtsZ seja semelhante à proteína ancestral do FtsZ e da tubulina modernos. Embora ambas as proteínas sejam encontradas em organismos existentes, a função da tubulina evoluiu e se diversificou enormemente desde a evolução de sua origem procariótica semelhante a FtsZ. Uma pesquisa da maquinaria de divisão celular nos eucariotos unicelulares atuais revela etapas intermediárias cruciais para a maquinaria mitótica complexa dos eucariotos multicelulares ([Figura 1]).

As fibras do fuso mitótico dos eucariotos são compostas por microtúbulos. Os microtúbulos são polímeros da proteína tubulina. A proteína FtsZ ativa na divisão das células procariotas é muito semelhante à tubulina nas estruturas que pode formar e em sua fonte de energia. Os eucariotos unicelulares (como a levedura) exibem possíveis etapas intermediárias entre a atividade de FtsZ durante a fissão binária em procariotos e o fuso mitótico em eucariotos multicelulares, durante os quais o núcleo se quebra e é reformado.
Evolução do Fuso Mitótico
Estrutura do material genético Divisão de material nuclear Separação de células-filhas
Procariontes Não há núcleo. O cromossomo único e circular existe em uma região do citoplasma chamada nucleóide. Ocorre por fissão binária. À medida que 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 divide 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 divide 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. O fuso mitótico separa os cromossomos e alonga a célula. Os microfilamentos formam um sulco de clivagem que divide a célula em duas.
Células animais Cromossomos lineares existem no núcleo. Um fuso mitótico se forma a partir dos centríolos. O envelope nuclear se dissolve.
Os cromossomos se ligam ao fuso mitótico, que os separa e alonga a célula.
Os microfilamentos formam um sulco de clivagem que divide a célula em duas.

Os antibióticos são medicamentos usados ​​para combater infecções bacterianas. Esses medicamentos matam as células procarióticas sem prejudicar as células humanas. Que parte ou partes da célula bacteriana você acha que os antibióticos têm como alvo? Porque?

A parede celular seria alvo de antibióticos, bem como a capacidade de replicação da bactéria. Isso inibiria a capacidade de reprodução da bactéria e comprometeria seus mecanismos de defesa.

Explique por que nem todos os micróbios são prejudiciais.

Alguns micróbios são benéficos. Por exemplo, E. coli as bactérias povoam o intestino humano e ajudam a quebrar as fibras da dieta. Alguns alimentos, como o iogurte, são formados por bactérias.


Controle do ciclo celular: soluções procarióticas para problemas eucarióticos?

A regulação do ciclo celular eucariótico envolve quinases estimuladas por cálcio e lipídios atuando nas estruturas do citoesqueleto. Há duas razões principais para supor que a regulação do ciclo celular procariótico pode ser fundamentalmente a mesma. Primeiro, a evidência de sua diferença fundamental ainda está faltando e, em segundo lugar, a evidência de homólogos procarióticos de proteínas do ciclo celular eucariótico está se acumulando. Essas proteínas incluem aquelas envolvidas na regulação do cálcio, como calmodulina e quinases dependentes de cálcio, e aquelas envolvidas na regulação de lipídios, como a proteína quinase C. As proteínas identificadas como candidatas a elementos do citoesqueleto agora incluem MukB, uma proteína contrátil putativa responsável pela segregação cromossômica e FtsZ, o principal constituinte do anel "citocinético". Essas semelhanças permitem a aplicação de poderosos sistemas de modelos procarióticos a um dos problemas mais profundos, complexos e urgentes da biologia: a natureza da regulação do ciclo celular eucariótico.


15.1: O ciclo celular procariótico - Biologia

Os procariotos têm um único cromossomo circular composto de DNA de fita dupla, enquanto os eucariotos têm vários cromossomos lineares compostos de cromatina, todos circundados por uma membrana nuclear. Os 46 cromossomos das células somáticas humanas são compostos por 22 pares de autossomos (pares combinados) e um par de cromossomos sexuais, que podem ou não ser combinados. Este é o 2nou estado diplóide. Os gametas humanos têm 23 cromossomos que representam um conjunto completo de cromossomos, um conjunto de cromossomos é completo com qualquer um dos cromossomos sexuais. Isto é o n ou estado haplóide. Genes são segmentos de DNA que codificam uma proteína específica. As características de um organismo são determinadas pelos genes herdados de cada um dos pais. Os cromossomos duplicados são compostos por duas cromátides irmãs. Os cromossomos são compactados usando uma variedade de mecanismos durante certos estágios do ciclo celular. Várias classes de proteínas estão envolvidas na organização e no empacotamento do DNA cromossômico em uma estrutura altamente condensada. O complexo de condensação compacta os cromossomos e a estrutura condensada resultante é necessária para a segregação cromossômica durante a mitose.

10.2 O ciclo celular

O ciclo celular é uma seqüência ordenada de eventos. As células no caminho para a divisão celular passam por uma série de estágios precisamente cronometrados e cuidadosamente regulados. Nos eucariotos, o ciclo celular consiste em um longo período preparatório, denominado interfase. A interfase é dividida em G1, S e G2 fases. A fase mitótica começa com a cariocinese (mitose), que consiste em cinco estágios: prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase. O estágio final da fase mitótica é a citocinese, durante a qual os componentes citoplasmáticos das células filhas são separados por um anel de actina (células animais) ou pela formação de placa celular (células vegetais).

10.3 Controle do ciclo celular

Cada etapa do ciclo celular é monitorada por controles internos chamados pontos de verificação. Existem três pontos de verificação principais no ciclo celular: um próximo ao final do G1, um segundo no G2Transição / M e a terceira durante a metáfase. Moléculas reguladoras positivas permitem que o ciclo celular avance para o próximo estágio. Moléculas reguladoras negativas monitoram as condições celulares e podem interromper o ciclo até que os requisitos específicos sejam atendidos.

10.4 Câncer e o ciclo celular

O câncer é o resultado da divisão celular não controlada causada por uma quebra dos mecanismos que regulam o ciclo celular. A perda de controle começa com uma mudança na sequência de DNA de um gene que codifica uma das moléculas reguladoras. Instruções erradas levam a uma proteína que não funciona como deveria. Qualquer interrupção do sistema de monitoramento pode permitir que outros erros sejam transmitidos às células-filhas. Cada divisão celular sucessiva dará origem a células-filhas com ainda mais danos acumulados. Eventualmente, todos os pontos de controle se tornam não funcionais e as células de reprodução rápida excluem as células normais, resultando em um tumor ou leucemia (câncer no sangue).

10.5 Divisão de células procarióticas

Na divisão de células procarióticas e eucarióticas, 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 único cromossomo de DNA 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 interno 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.

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  • Capítulo 10 Reprodução Celular
  • 10.7 Resumo do Capítulo

Este texto é baseado em Openstax Biology for AP Courses, Autores contribuintes sênior Julianne Zedalis, The Bishop's School em La Jolla, CA, John Eggebrecht, Cornell University Autores contribuintes Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Georgia Institute of Technology, Jean DeSaix , University of North Carolina em Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Suffolk County Community College, Connie Rye, East Mississippi Community College, Robert Wise, University of Wisconsin, Oshkosh

Este trabalho está licenciado sob uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial 4.0 Unported, sem restrições adicionais


15.1: O ciclo celular procariótico - Biologia

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Arquéias e bactérias são procariontes, pequenos organismos unicelulares.

Todas as células procarióticas são circundadas por uma membrana plasmática seletivamente permeável, que pode ser coberta por uma parede de peptidoglicano. Polímeros de aminoácidos e açúcares, para um nível extra de proteção, principalmente para manter a pressão osmótica e a forma geral. Fora desse envelope está outra camada de defesa. A cápsula hidrofílica, uma borda de polissacarídeo que promove a adesão. No interior, vários componentes estão simplesmente suspensos no citoplasma das vísceras, incluindo o material genético.

Em vez de um núcleo, o DNA é organizado como uma única fita dupla agrupada na porção central chamada nucleóide, onde pode interagir com proteínas flutuantes livremente. Pedaços circulares menores, os plasmídeos são psiquicamente separados desse DNA cromossômico e podem se replicar independentemente, proporcionando uma vantagem de sobrevivência, como a resistência a antibióticos. Além dessas semelhanças estruturais universais, diferentes espécies contêm proteínas únicas e organelas ligadas a lipídios.

Por exemplo, as cianobactérias possuem microdepartamentos, como carboxissomos fixadores de carbono e tilacóides fotossintéticos para coletar luz em intensidades muito baixas. Enquanto as bactérias magneto táticas têm magnetossomos que direcionam seu movimento ao longo das linhas do campo magnético. Outros modos incluem a formação de esporos e inclusões para armazenar o excesso de nutrientes.

Apesar de sua reputação de serem simples, com baixo grau de compartimentalização celular, as células procarióticas evoluíram para sobreviver a ambientes complexos.

4.4: Células Procarióticas

Os procariotos são pequenos organismos unicelulares nos domínios Archaea e Bacteria. As bactérias incluem muitos organismos comuns, como Salmonella e Escherichia coli, enquanto as Archaea incluem extremófilos que vivem em ambientes hostis, como fontes vulcânicas.

Como as células eucarióticas, todas as células procarióticas são circundadas por uma membrana plasmática e possuem DNA que contém as instruções genéticas, citoplasma que preenche o interior da célula e ribossomos que sintetizam proteínas. No entanto, ao contrário das células eucarióticas, os procariotos carecem de um núcleo ou de outras organelas intracelulares ligadas à membrana. Seus componentes celulares geralmente flutuam livremente no citoplasma, embora seu DNA - normalmente consistindo em um único cromossomo circular - esteja agrupado em uma região chamada nucleóide.

Dentro do citoplasma, muitos procariontes possuem pequenos pedaços circulares de DNA chamados plasmídeos. Eles são distintos do DNA cromossômico no nucleóide e tendem a ter apenas alguns genes - tais como genes para resistência a antibióticos. Os plasmídeos são autorreplicantes e podem ser transmitidos entre procariontes.

A maioria dos procariotos tem uma parede celular feita de peptidoglicano que fica fora de sua membrana plasmática, que protege fisicamente a célula e ajuda a manter a pressão osmótica em diferentes ambientes. Muitos procariotos também têm uma camada de cápsula pegajosa que cobre a parede celular, permitindo que os organismos se colem a um substrato ou uns aos outros, proporcionando proteção adicional.

Embora os procariotos não tenham organelas ligadas à membrana, alguns têm envoltórios da membrana plasmática que realizam funções especializadas, como a fotossíntese em cianobactérias. Portanto, embora os procariontes sejam simples em comparação com os eucariotos, eles têm algumas estruturas únicas que os ajudam a realizar funções complexas e permitem que vivam em uma ampla variedade de ambientes.

Oikonomou, Catherine M. e Grant J. Jensen. & ldquoUma nova visão da biologia celular procariótica a partir da criotomografia de elétrons. & rdquo Nature Reviews. Microbiologia 14, não. 4 (abril de 2016): 205 e ndash20. [Fonte]

Murat, Dorothee, Meghan Byrne e Arash Komeili. & ldquoCell Biology of Prokaryotic Organelles. & rdquo Perspectivas de Cold Spring Harbor em Biologia 2, não. 10 (outubro de 2010). [Fonte]


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