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Divisão celular: Bacteriana * - Biologia


Introdução à divisão celular

Um objetivo evolutivo de todos os sistemas vivos é a reprodução. Visto que a unidade básica da vida é uma célula, e sabemos - graças ao menos em parte a Francesco Reid - que a vida gera uma nova vida - isso significa que deve haver um processo pelo qual criar novas células a partir das células parentais. O processo pelo qual uma célula cria uma ou mais novas células, para organismos unicelulares e multicelulares, requer uma célula parental para se dividir e é chamado divisão celular.

Do ponto de vista do framework do Design Challenge, podemos estipular que o grande problema da divisão celular é fazer uma cópia de uma célula. Se uma condição de sucesso requer que as células-filhas sejam viáveis, uma série de subproblemas podem ser definidos:

  1. A célula deve replicar seu DNA para que pelo menos duas células tenham uma cópia funcional depois que a divisão celular estiver completa - já discutimos esse processo.
  2. A célula deve fazer cópias suficientes do resto do conteúdo celular para que as células filhas sejam viáveis ​​ou deve encontrar uma maneira de garantir que o DNA copiado (mesmo sem uma réplica completa do conteúdo celular) seja viável.
  3. A célula deve dividir o conteúdo da célula replicada e o DNA entre pelo menos dois compartimentos delimitados independentemente.
  4. Para garantir o sucesso, o processo deve acontecer em um tempo evolutivamente competitivo e ser realizado com uma quantidade de recursos bioquímicos evolutivamente amigável à seleção.

Embora não seja um requisito estrito que esse processo aconteça de maneira coordenada, a Natureza selecionou sistemas em que todas as etapas do processo acontecem de forma altamente coordenada. Isso ajuda as células a atender ao requisito número 4 da lista acima. O processo coordenado e os mecanismos de controle são geralmente referidos como o ciclo de célula. Este termo pode ser usado para descrever o processo de coordenadas usado por qualquer célula que está passando por divisão celular. Quando observamos a Natureza, descobrimos que ela desenvolveu dois modos principais de reprodução: sexual e assexual. Dentro de cada um desses modos de reprodução, encontramos vários modos principais de divisão celular que ocorrem com freqüência em todos os domínios da vida. Consideramos três desses modos: fissão binária (usada principalmente por bactérias unicelulares e arqueas), mitose (usada frequentemente por eucariotos em processos de divisão celular NÃO associados à reprodução sexual) e meiose (um processo de divisão celular intimamente ligado à reprodução sexual) ) Discutimos esses processos nas seções a seguir.

Figura. Os alunos do primeiro ano da UC Davis matriculados em um curso prático de seminário do primeiro ano examinam uma placa de ágar na qual eles "pintaram" designs com uma cepa de engenharia de Escherschia coli. Os desenhos só se tornam aparentes depois que as bactérias se multiplicam por meio do processo de fissão binária. Oportunidades para se envolver em pesquisas práticas abundam no campus da UC Davis - certifique-se de reservar um tempo para se envolver antes de se formar. (Foto: do estudante universitário Daniel Oberbauer - 2017)

Divisão celular nas bactérias e arquéias

Bactérias e Archaea

Como todas as outras formas de vida, as bactérias e as arquéias têm um impulsionador evolutivo chave: fazer mais de si mesmas. Normalmente, as células bacterianas e arqueadas crescem, duplicam todos os principais constituintes celulares, como DNA, ribossomos, etc., distribuem esse conteúdo e se dividem em duas células-filhas quase idênticas. Este processo é chamado fissão binária e é mostrado no meio do processo na figura abaixo. Embora algumas espécies bacterianas sejam conhecidas por usar várias estratégias reprodutivas alternativas, incluindo a criação de vários descendentes ou brotamentos - e todos os mecanismos alternativos ainda atendem aos requisitos para divisão celular estipulados acima - a fissão binária é o mecanismo mais comumente observado em laboratório para a divisão celular das bactérias e arqueas portanto, limitamos nossa discussão apenas a esses mecanismos.

(À parte: aqueles que desejam ler mais sobre alternativas à fissão binária em bactérias devem verificar este link.)

A fissão binária em bactérias começa com a replicação do DNA na origem da replicação ligada à parede celular, perto do ponto médio da célula. Novos garfos de replicação podem se formar antes que a primeira divisão celular termine; este fenômeno permite uma taxa de reprodução extremamente rápida. Fonte: http://biology.kenyon.edu/courses/bi...01/week01.html

Fissão Binária

O processo de fissão binária é o mecanismo mais comumente observado para a divisão celular em bactérias e arquéias (pelo menos as cultiváveis ​​estudadas em laboratório). A seguir está a descrição de um processo que acontece em algumas bactérias em forma de bastonete:

Uma vez que devemos considerar a replicação do DNA, uma característica estrutural relevante para a replicação do DNA nas bactérias e arqueas é que seu material genético não está contido em um núcleo, mas em vez disso ocupa uma localização específica, o nucleóide, dentro da célula. Além disso, o DNA do nucleóide está associado a numerosas proteínas que ajudam a compactar o DNA em uma estrutura menor e organizada. Outra característica organizacional a ser observada é que o cromossomo bacteriano é tipicamente ligado à membrana plasmática em torno do ponto médio da célula. O ponto de partida da replicação, o origem, está perto deste site de anexo. Lembre-se também de que a replicação do DNA é bidirecional, com bifurcações de replicação afastando-se da origem em ambas as fitas do loop simultaneamente. Devido ao arranjo estrutural do DNA no ponto médio, isso significa que, conforme as novas fitas duplas são formadas, cada ponto de origem se afasta da fixação da parede celular em direção às extremidades opostas da célula.

Esse processo de replicação do DNA ocorre normalmente ao mesmo tempo que ocorre um crescimento nas dimensões físicas da célula. Portanto, à medida que a célula se alonga, a membrana em crescimento auxilia no transporte dos cromossomos em direção aos dois pólos opostos das células. Depois que os cromossomos limparam o ponto médio da célula alongada, a separação citoplasmática começa.

A formação de um anel composto por unidades repetidas de uma proteína chamada FtsZ (uma proteína do citoesqueleto) direciona a formação de uma partição entre os dois novos 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. Gradualmente, um septo é formado entre os nucleoides, estendendo-se da periferia em direção ao centro da célula. Quando as novas paredes celulares estão no lugar, as células-filhas se separam.

Os procariotos, incluindo bactérias e arquéias, têm um único cromossomo circular localizado em uma região central chamada nucleóide.

Possível discussão

Como anexar o cromossomo replicante à membrana celular ajuda a dividir os dois cromossomos após a replicação estar completa?

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

Controle desses processos

Não surpreendentemente, o processo de fissão binária é estritamente controlado na maioria das bactérias e arqueas. Surpreendentemente, no entanto, embora alguns atores moleculares-chave sejam conhecidos, ainda há muito a ser descoberto e compreendido sobre como as decisões são tomadas para coordenar as atividades.


Assista o vídeo: Divisão Celular Bacteriana (Janeiro 2022).