Em formação

14.9: Divisão de células procarióticas - Biologia


objetivos de aprendizado

Ao final desta seção, você será capaz de:

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

Procariontes como as bactérias se propagam 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 obter o resultado de células-filhas idênticas, algumas 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 para sustentar a vida. Nas células bacterianas, o genoma consiste em um único cromossomo de DNA circular; portanto, o processo de divisão celular é simplificado. A mitose é desnecessária porque não há núcleo ou vários cromossomos. Este tipo de divisão celular é denominado fissão binária.

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.

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Tente

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 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.

Tabela 1. Evolução do Fuso Mitótico
Estrutura do material genéticoDivisão de material nuclearSeparação de células-filhas
ProcariontesNão 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 protistasCromossomos 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 protistasCromossomos 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 animaisCromossomos 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.

Fissão Binária

Devido à relativa simplicidade dos procariotos, o processo de divisão celular, denominado fissão binária, é menos complicado e muito mais rápido do que a divisão celular em eucariotos. 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 ([link]). Embora o DNA do nucleóide esteja associado a proteínas que auxiliam no empacotamento da molécula em um tamanho compacto, não há proteínas histonas e, portanto, não há nucleossomos em procariotos. As proteínas de empacotamento de bactérias estão, entretanto, relacionadas às proteínas coesina e condensina envolvidas na compactação cromossômica de eucariotos.

O cromossomo bacteriano está ligado à membrana plasmática em torno do ponto médio da célula. O ponto de partida da replicação, a origem, está próximo ao sítio de ligação do cromossomo à membrana plasmática (Figura). A replicação do DNA é bidirecional, afastando-se da origem em ambas as fitas do loop 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. A formação de um anel composto por unidades repetitivas de uma proteína chamada FtsZ direciona a partição entre os nucleoides. 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 nucleoides, estendendo-se gradualmente da periferia em direção ao centro da célula. Quando as novas paredes celulares estão no lugar, as células-filhas se separam.

Essas imagens mostram as etapas da fissão binária em procariotos. (crédito: modificação do trabalho de “Mcstrother” / Wikimedia Commons)

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 cariocinese 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. 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, 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 estruturas homólogas derivadas de origens evolutivas comuns. Neste exemplo, 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 enormemente desde a evolução de sua origem procariótica FtsZ. Uma pesquisa dos componentes da montagem mitótica encontrados nos eucariotos unicelulares atuais revela etapas intermediárias cruciais para os complexos genomas encerrados por membrana de eucariotos multicelulares (Tabela).

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 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, que 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 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 divide a célula em duas.


10.5 Divisão de células procarióticas

Nesta seção, você explorará a seguinte questão:

Procariotos, como bactérias, se propagam 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 para sustentar a vida. Nas 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 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).

Fissão Binária

Devido à relativa simplicidade dos procariotos, o processo de divisão celular, denominado fissão binária, é menos complicado e muito mais rápido do que a divisão celular em eucariotos. O único cromossomo circular de DNA da bactéria não está encerrado em um núcleo, mas em vez disso, ocupa uma localização específica, o nucleóide, dentro da célula (Figura 10.2). Embora o DNA do nucleóide esteja associado a proteínas que auxiliam no empacotamento da molécula em um tamanho compacto, não há proteínas histonas e, portanto, não há nucleossomos em procariotos. As proteínas de empacotamento de bactérias estão, entretanto, relacionadas às proteínas coesina e condensina envolvidas na compactação cromossômica de eucariotos.

O cromossomo bacteriano está ligado à membrana plasmática em torno do ponto médio da célula. O ponto de partida da replicação, a origem, está próximo ao local de ligação do cromossomo à membrana plasmática (Figura 10.16). A replicação do DNA é bidirecional, afastando-se da origem em ambas as fitas do loop 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. A formação de um anel composto por unidades repetitivas de uma proteína chamada FtsZ direciona a partição entre os nucleoides. 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 nucleoides, estendendo-se gradualmente da periferia em direção ao centro da célula. Quando as novas paredes celulares estão no lugar, as células-filhas se separam.

Evolution Connection

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 cariocinese 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. 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, 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 estruturas homólogas derivadas de origens evolutivas comuns. Neste exemplo, 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 enormemente desde a evolução de sua origem procariótica FtsZ. Uma pesquisa dos componentes da montagem mitótica encontrados nos eucariotos unicelulares atuais revela etapas intermediárias cruciais para os complexos genomas encerrados por membrana de eucariotos multicelulares (Tabela 10.4).


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.


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 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 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. 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.

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


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 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.


14.9: Divisão de células procarióticas - Biologia

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).

Fissão Binária

Devido à relativa simplicidade dos procariotos, o processo de divisão celular é menos complicado e muito mais rápido do que a divisão celular em eucariotos. Como uma revisão das informações gerais sobre a divisão celular que discutimos no início deste capítulo, lembre-se de que o único cromossomo circular do DNA da bactéria ocupa um local específico, a região nucleóide, dentro da célula ((Figura)). Embora o DNA do nucleóide esteja associado a proteínas que auxiliam no empacotamento da molécula em um tamanho compacto, não existem proteínas histonas e, portanto, não há nucleossomos em procariotos. As proteínas de empacotamento de bactérias estão, entretanto, relacionadas às proteínas coesina e condensina envolvidas na compactação cromossômica de eucariotos.

O cromossomo bacteriano está ligado à membrana plasmática em torno do ponto médio da célula. O ponto de partida da replicação, a origem, está próximo ao sítio de ligação do cromossomo à membrana plasmática ((Figura)). A replicação do DNA é bidirecional, afastando-se da origem em ambas as fitas do loop 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. A formação de um anel composto de unidades repetidas de uma proteína chamada FtsZ (abreviação de “filamenting mutante sensível à temperatura Z”) direciona a partição entre os nucleoides. 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 nucleoides filhos, estendendo-se gradualmente da periferia em direção ao centro da célula. Quando as novas paredes celulares estão no lugar, as células-filhas se separam.

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

Evolution Connection

Fuso Mitótico Aparelho

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 cariocinese 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 a divisão nuclear eucariótica. 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, 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 considerados estruturas homólogas derivadas de origens evolutivas comuns. Neste exemplo, FtsZ é a proteína ancestral da tubulina (uma proteína derivada evolutivamente). 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 FtsZ. Uma pesquisa dos componentes da montagem mitótica encontrados nos eucariotos unicelulares atuais revela etapas intermediárias cruciais para os complexos genomas encerrados por membrana de eucariotos multicelulares ((Figura)).

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 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 enrolados em histonas 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 divide 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 divide a célula em duas.

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 (cariocinese) 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

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.

Origens das células

A origem das células tem a ver com a origem da vida e foi uma das etapas mais importantes na evolução da vida como a conhecemos. O nascimento da célula marcou a passagem da química pré-biótica para a vida biológica.

Origem da primeira célula

Se a vida for vista do ponto de vista dos replicadores, ou seja, as moléculas de DNA no organismo, as células satisfazem duas condições fundamentais: proteção do ambiente externo e confinamento da atividade bioquímica. A primeira condição é necessária para manter as cadeias de DNA frágeis estáveis ​​em um ambiente variável e às vezes agressivo, e pode ter sido a principal razão pela qual as células evoluíram. Este último é fundamental para a evolução da complexidade biológica. Se as moléculas de DNA flutuantes que codificam para enzimas não estiverem incluídas nas células, as enzimas que beneficiam uma determinada molécula de DNA (por exemplo, ao produzir nucleotídeos) irão automaticamente beneficiar as moléculas de DNA vizinhas. Isso pode ser visto como "parasitismo por padrão". Portanto, a pressão de seleção sobre as moléculas de DNA será muito menor, uma vez que não há uma vantagem definitiva para a molécula de DNA "sortuda" que produz a melhor enzima sobre as outras: todas as moléculas em uma determinada vizinhança são quase igualmente favorecidos.

Se toda a molécula de DNA estiver encerrada em uma célula, as enzimas codificadas pela molécula serão mantidas perto da própria molécula de DNA. A molécula de DNA aproveitará diretamente os benefícios das enzimas que codifica, e não de outras. Isso significa que outras moléculas de DNA não se beneficiarão de uma mutação positiva em uma molécula vizinha: isso, por sua vez, significa que as mutações positivas dão vantagem imediata e seletiva ao replicador que as carrega, e não a outros. Acredita-se que esta tenha sido a principal força motriz da evolução da vida como a conhecemos. (Observação o núcleo do raciocínio é o mesmo.)

Bioquimicamente, os esferóides semelhantes a células formados por proteinóides são observados aquecendo aminoácidos com ácido fosfórico como catalisador. Eles carregam muitas das características básicas fornecidas pelas membranas celulares. Protocélulas baseadas em proteinóides envolvendo moléculas de RNA poderiam (mas não necessariamente deveriam) ter sido as primeiras formas de vida celular na Terra.

Outra teoria sustenta que as margens turbulentas das antigas águas costeiras podem ter servido como um laboratório gigantesco, auxiliando nos incontáveis ​​experimentos necessários para produzir a primeira célula. As ondas que quebram na costa criam uma espuma delicada composta por bolhas. Os ventos que varrem o oceano têm uma tendência de levar as coisas para a costa, como a madeira flutuante que se acumula na praia. É possível que as moléculas orgânicas estivessem concentradas nas linhas costeiras da mesma maneira. Águas costeiras rasas também tendem a ser mais quentes, concentrando ainda mais as moléculas por meio da evaporação. Enquanto as bolhas compostas principalmente de água tendem a estourar rapidamente, as bolhas oleosas são muito mais estáveis, dando mais tempo para a bolha em particular realizar esses experimentos cruciais. O Fosfolipídeo é um bom exemplo de um composto oleoso comum prevalente nos mares pré-bióticos. Os fosfolipídios podem ser construídos na mente de alguém como uma cabeça hidrofílica em uma extremidade e uma cauda hidrofóbica na outra. Os fosfolipídios também possuem uma característica importante, que é a capacidade de se unir para formar uma membrana de bicamada. Uma bolha de monocamada lipídica só pode conter óleo e, portanto, não é propícia para abrigar moléculas orgânicas solúveis em água. Por outro lado, uma bolha de bicamada lipídica pode conter água e foi um provável precursor da membrana celular moderna. Se surgisse uma proteína que aumentasse a integridade de sua bolha-mãe, essa bolha teria uma vantagem e seria colocada no topo da lista de espera da seleção natural. A reprodução primitiva pode ser visualizada quando as bolhas estouram, liberando os resultados do experimento para o meio circundante. Uma vez que o suficiente do "material certo" foi liberado no meio, o desenvolvimento dos primeiros procariotos, eucariotos e organismos multicelulares pôde ser alcançado. Esta teoria é expandida no livro, A Célula: Evolução do Primeiro Organismo por Joseph Panno Ph.D.

Origem das células eucarióticas

A célula eucariótica parece ter evoluído de uma comunidade simbiótica de células procarióticas. É quase certo que organelas portadoras de DNA, como as mitocôndrias e os cloroplastos, são o que resta de antigas bactérias simbióticas respiradoras de oxigênio e cianobactérias, respectivamente, onde o resto da célula parece ser derivado de uma célula procariota ancestral arqueana & ndash uma teoria denominada a teoria endossimbiótica.

Ainda há um debate considerável sobre se organelas como o hidrogenossoma são anteriores à origem das mitocôndrias ou vice-versa: veja a hipótese do hidrogênio para a origem das células eucarióticas.


Assista o vídeo: CÉLULAS EUCARIONTES E PROCARIONTES - DIFERENÇAS. Biologia com Samuel Cunha (Dezembro 2021).