Mitose: fases e suas características, funções e organismos

A mitose é um processo de divisão celular, em que uma célula produz células filhas geneticamente idênticos; para cada célula são geradas duas “filhas” com a mesma carga cromossômica. Essa divisão é realizada nas células somáticas dos organismos eucarióticos .

Esse processo é um dos estágios do ciclo celular dos organismos eucarióticos, composto por 4 fases: S (síntese de DNA ), M (divisão celular), G1 e G2 (fases intermediárias em que mRNAs e proteínas são produzidos) . Juntas, as fases G1, G2 e S são consideradas como uma interface. A divisão nuclear e citoplasmática (mitose e citocinese) compõem o último estágio do ciclo celular.

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Visão geral da mitose.Fonte: Viswaprabha [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

No nível molecular, a mitose é iniciada pela ativação de uma quinase (proteína) denominada MPF (fator de promoção da maturação) e a consequente fosforilação de um número significativo de proteínas componentes celulares. Este último permite que a célula apresente as alterações morfológicas necessárias para realizar o processo de divisão.

A mitose é um processo assexual, uma vez que a célula progenitora e suas filhas têm exatamente a mesma informação genética. Essas células são conhecidas como diplóides por transportar a carga cromossômica completa (2n).

A meiose , no entanto, é o processo de divisão celular que leva a reprodução sexual. Nesse processo, uma célula-tronco diplóide replica seus cromossomos e depois se divide duas vezes seguidas (sem replicar suas informações genéticas). Finalmente, quatro células filhas são geradas com apenas metade da carga cromossômica, denominada haploides (n).

Visão geral da mitose

A mitose nos organismos unicelulares geralmente produz células filhas muito semelhantes aos seus progenitores. Por outro lado, durante o desenvolvimento de seres multicelulares, esse processo pode originar duas células com algumas características diferentes (apesar de serem geneticamente idênticas).

Essa diferenciação celular dá origem aos diferentes tipos de células que compõem organismos multicelulares.

Durante a vida de um organismo, o ciclo celular ocorre continuamente, formando constantemente novas células que, por sua vez, crescem e se preparam para se dividir através da mitose.

O crescimento e a divisão celular são regulados por mecanismos, como a apoptose (morte celular programada), que permitem manter um equilíbrio, impedindo o crescimento excessivo do tecido. Isso garante que as células defeituosas sejam substituídas por novas células, de acordo com os requisitos e necessidades do corpo.

Quão relevante é esse processo?

A capacidade de se reproduzir é uma das características mais importantes de todos os organismos (do unicelular ao multicelular) e das células que o compõem. Essa qualidade garante a continuidade de suas informações genéticas.

A compreensão dos processos de mitose e meiose tem desempenhado um papel fundamental na compreensão das características celulares intrigantes dos organismos. Por exemplo, a propriedade de manter constante o número de cromossomos de uma célula para outra dentro de um indivíduo e entre indivíduos da mesma espécie.

Quando sofremos algum tipo de corte ou ferida na pele, observamos como em questão de dias a pele danificada se recupera. Isso acontece graças ao processo de mitose.

Fases e suas características

Em geral, a mitose segue a mesma sequência de processos (fases) em todas as células eucarióticas. Nestas fases, muitas mudanças morfológicas ocorrem na célula. Entre eles, a condensação dos cromossomos, a ruptura da membrana nuclear, a separação da célula da matriz extracelular e de outras células e a divisão do citoplasma .

Em alguns casos, a divisão nuclear e a divisão citoplasmática são consideradas fases distintas (mitose e citocinese, respectivamente).

Para um melhor estudo e entendimento do processo, foram designadas seis (6) fases, denominadas: prófase , prometafase , metáfase , anáfase e telófase , considerando a citocinese como uma sexta fase, que começa a se desenvolver durante a anáfase.

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A telófase é a última fase da mitose. Retirado de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg. Via Wikimedia Commons

Essas fases são estudadas desde o século XIX, através do microscópio óptico, e hoje são facilmente reconhecíveis de acordo com as características morfológicas da célula, como a condensação cromossômica e a formação do fuso mitótico.

Profase

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Profase Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], do Wikimedia Commons

A prófase é a primeira manifestação visível da divisão celular. Nesta fase, o aparecimento de cromossomos pode ser visto como formas distinguíveis, devido à compactação progressiva da cromatina. Essa condensação dos cromossomos começa com a fosforilação das moléculas de Histona H1 pela MPF quinase.

O processo de condensação consiste na contração e, portanto, na redução da magnitude dos cromossomos. Isso ocorre devido ao enrolamento das fibras da cromatina, produzindo estruturas mais facilmente móveis (cromossomos mitóticos).

Os cromossomos anteriormente duplicados durante o período S do ciclo celular adquirem uma aparência de duplo filamento, chamada cromátide irmã, esses filamentos são mantidos juntos por uma região chamada centrômero. Nesta fase, os nucléolos também desaparecem.

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Formação do fuso mitótico

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Por Silvia3 [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) ou CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], do Wikimedia Commons

Durante a prófase, o fuso mitótico é formado , consistindo em microtúbulos e proteínas que compõem um conjunto de fibras.

À medida que o fuso é formado, os microtúbulos do citoesqueleto são desmontados (desativando as proteínas que mantêm sua estrutura), fornecendo o material necessário para a formação do referido fuso mitótico.

O centrossoma (uma organela sem membrana, funcional no ciclo celular), duplicado na interface, atua como a unidade de montagem do microtúbulo do fuso. Nas células animais , o centrossoma tem um par de centríolos no centro; mas estes estão ausentes na maioria das células vegetais.

Os centrossomas duplicados começam a se separar enquanto os microtúbulos do fuso são montados em cada um deles, começando a migrar para extremidades opostas da célula.

No final da prófase, começa a ruptura do envelope nuclear, ocorrendo em processos separados: a desmontagem do poro nuclear, a lâmina nuclear e as membranas nucleares. Essa quebra permite que o fuso mitótico e os cromossomos comecem a interagir.

Prometaphase

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Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

Nesse estágio, o envelope nuclear está completamente fragmentado, de modo que os microtúbulos do fuso invadem essa área, interagindo com os cromossomos. Os dois centrossomas se separaram, cada um localizado nos pólos do fuso mitótico, em extremidades opostas das células.

Agora, o fuso mitótico compreende os microtúbulos (que se estendem de cada centrossoma ao centro da célula), os centrossomas e um par de ásteres (estruturas com distribuição radial de microtúbulos curtos, que são implantados a partir de cada centrossoma).

Cada cromatídeo desenvolveu uma estrutura protéica especializada, chamada cinetocorus, localizada no centrômero. Estes cinetocoros estão localizados em direções opostas e aderem a alguns microtúbulos, chamados microtúbulos do cinetocoro.

Esses microtúbulos ligados ao cinetocoro começam a se mover para o cromossomo a partir do final do qual se estendem; alguns de um pólo e outros do pólo oposto. Isso cria um efeito de “puxar e encolher” que, quando estabilizado, permite que o cromossomo acabe localizado entre as extremidades da célula.

Metáfase

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Cromossomos alinhados na placa equatorial da célula durante a metáfase mitótica

Na metáfase, os centrossomas estão localizados em extremidades opostas das células. O fuso mostra uma estrutura clara, em cujo centro os cromossomos estão localizados. Os centrômeros desses cromossomos são fixados às fibras e alinhados em um plano imaginário chamado placa metafásica.

Os cinetocoros cromatóides permanecem ligados aos microtúbulos do cinetocoro. Microtúbulos que não aderem aos cinetocores e se estendem de pólos opostos do eixo, agora interagem entre si. Nesse ponto, os microtúbulos provenientes dos ásteres estão em contato com a membrana plasmática .

Esse crescimento e interação dos microtúbulos completam a estrutura do fuso mitótico e dão a ele uma aparência do tipo “gaiola de pássaro”.

Morfologicamente, essa fase é a que menos parece mudar, por isso foi considerada uma fase de repouso. No entanto, embora não sejam facilmente apreciados, ocorrem muitos processos importantes, além de ser o estágio mais longo da mitose.

Anáfase

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Fonte: Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], do Wikimedia Commons

Durante a anáfase, cada par de cromatídeos começa a se separar (devido à inativação das proteínas que as mantêm unidas). Os cromossomos separados se movem para extremidades opostas da célula.

Esse movimento de migração é devido ao encurtamento dos microtúbulos do cinetocoro, gerando um efeito de “puxão” que faz com que cada cromossomo se mova, a partir de seu centrômero. Dependendo da localização do centrômero no cromossomo, ele pode assumir uma forma específica, como V ou J, durante seu deslocamento.

Os microtúbulos não aderidos ao cinetocoro, crescem e aumentam pela adesão da tubulina (proteína) e pela ação das proteínas motoras que se movem sobre eles, permitindo que o contato entre eles pare. À medida que se afastam, os pólos do eixo também o fazem, prolongando a célula.

No final desta fase, os grupos cromossômicos estão localizados em extremidades opostas do fuso mitótico, de modo que cada extremidade da célula fica com um conjunto completo e equivalente de cromossomos.

Telófase

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Telófase Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

Telófase é a última fase da divisão nuclear. Os microtúbulos dos cinetocores se desintegram enquanto os microtúbulos polares se alongam ainda mais.

A membrana nuclear começa a se formar em torno de cada conjunto de cromossomos, usando os envelopes nucleares da célula progenitora, que eram como vesículas no citoplasma.

Nesta fase, os cromossomos que estão nos polos celulares são completamente descondensados ​​devido à desfosforilação das moléculas de histona (H1). A formação de elementos da membrana nuclear é dirigida por vários mecanismos.

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Durante a anáfase, muitas das proteínas fosforiladas na prófase começaram a desfosforilar. Isso permite que, no início da telófase, as vesículas nucleares comecem a se reunir, associando-se à superfície dos cromossomos.

Por outro lado, o poro nuclear é remontado, permitindo o bombeamento de proteínas nucleares. As proteínas da chapa nuclear são desfosforiladas, permitindo que se associem novamente, para completar a formação da referida chapa nuclear.

Finalmente, depois que os cromossomos são completamente descondensados, a síntese de RNA é reiniciada , formando os nucléolos novamente e completando a formação dos novos núcleos interfásicos das células filhas.

Citocinese

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A citocinese é tomada como um evento separado da divisão nuclear e, comumente em células típicas, o processo de divisão citoplasmática acompanha cada mitose, começando na anáfase. Vários estudos demonstraram que em alguns embriões, múltiplas divisões nucleares ocorrem antes da divisão citoplasmática.

O processo começa com o aparecimento de um sulco ou sulco marcado no plano da placa metafásica, garantindo que a divisão ocorra entre os grupos de cromossomos. O local da fenda é indicado especificamente pelo fuso mitótico, os microtúbulos dos ásteres.

No sulco marcado, há uma série de microfilamentos formando um anel direcionado para o lado citoplasmático da membrana celular, composto principalmente de actina e miosina. Essas proteínas interagem entre si, permitindo a contração do anel ao redor do sulco.

Essa contração é gerada pelo deslizamento dos filamentos dessas proteínas, interagindo uns com os outros, da mesma maneira que eles fazem, por exemplo, nos tecidos musculares.

A contração do anel é aprofundada ao exercer um efeito de “beliscão” que finalmente divide a célula progenitora, permitindo a separação das células filhas, com o desenvolvimento do conteúdo citoplasmático.

Citocinese em células vegetais

As células vegetais têm uma parede celular, portanto, seu processo de divisão citoplasmática é diferente do descrito anteriormente e começa na telofase.

A formação de uma nova parede celular começa quando os microtúbulos do fuso residual são montados, constituindo o fragmoplasto. Essa estrutura cilíndrica é composta por dois conjuntos de microtúbulos que se conectam nas extremidades e cujos pólos positivos estão embutidos em uma placa eletrônica no plano equatorial.

Pequenas vesículas do aparelho de Golgi, preenchidas com precursores da parede celular, viajam através dos microtúbulos do fragmoplasto para a região equatorial, combinando-se para formar uma placa celular. O conteúdo das vesículas é secretado nesta placa à medida que cresce.

A referida placa cresce, fundindo-se com a membrana plasmática ao longo do perímetro celular. Isso ocorre devido ao constante rearranjo dos microtúbulos de fragmoplastos na periferia da placa, permitindo que mais vesículas se movam em direção a esse plano e esvaziem seu conteúdo.

Dessa maneira, ocorre separação citoplasmática das células filhas. Finalmente, o conteúdo da placa celular, juntamente com as microfibras de celulose no seu interior, permite concluir a formação da nova parede celular.

Funções

A mitose é um mecanismo de divisão nas células e faz parte de uma das fases do ciclo celular nos eucariotos. De uma maneira simples, podemos dizer que a principal função desse processo é a reprodução de uma célula em duas células filhas.

Para organismos unicelulares, divisão celular significa a geração de novos indivíduos, enquanto para organismos multicelulares esse processo faz parte do crescimento e do funcionamento adequado de todo o organismo (a divisão celular gera desenvolvimento de tecidos e manutenção de estruturas).

O processo de mitose é ativado de acordo com os requisitos do organismo. Nos mamíferos , por exemplo, os glóbulos vermelhos (eritrócitos) começam a se dividir, formando mais células, quando o corpo precisa de uma melhor absorção de oxigênio. Da mesma forma, os glóbulos brancos (le
cócitos) se reproduzem quando é necessário combater uma infecção.

Em contraste, algumas células animais especializadas praticamente não possuem o processo de mitose ou são muito lentas. Um exemplo disso são células nervosas e células musculares).

Em geral, são células que fazem parte do tecido conjuntivo e estrutural do organismo e cuja reprodução é necessária apenas quando uma célula tem um defeito ou deterioração e precisa ser substituída.

Regulação do crescimento e divisão celular.

O sistema de controle de divisão e crescimento celular é muito mais complexo em organismos multicelulares do que em organismos unicelulares. Neste último, a reprodução é basicamente limitada pela disponibilidade de recursos.

Nas células animais, a divisão é interrompida até que exista um sinal positivo que desencadeie esse processo. Essa ativação vem na forma de sinais químicos das células vizinhas. Isso permite impedir o crescimento ilimitado dos tecidos e a reprodução de células defeituosas, que podem danificar seriamente a vida do organismo.

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Um dos mecanismos que controlam a multiplicação celular é a apoptose, onde uma célula morre (devido à produção de certas proteínas que ativam a autodestruição) se tiver danos consideráveis ​​ou estiver infectada por um vírus.

Há também a regulação do desenvolvimento celular através da inibição de fatores de crescimento (como proteínas). Assim, as células permanecem na interface, sem prosseguir para a fase M do ciclo celular.

Organismos que realizam

O processo de mitose é realizado na grande maioria das células eucarióticas, desde organismos unicelulares como a levedura, que o utilizam como processo de reprodução assexuada , até organismos multicelulares complexos, como plantas e animais.

Embora, em geral, o ciclo celular seja o mesmo para todas as células eucarióticas, existem diferenças notáveis ​​entre organismos unicelulares e multicelulares. No primeiro, o crescimento e a divisão das células são favorecidos pela seleção natural. Nos organismos multicelulares, a proliferação é limitada por rígidos mecanismos de controle.

Nos organismos unicelulares, a reprodução ocorre de maneira acelerada, uma vez que o ciclo celular opera constantemente e as células filhas embarcam rapidamente na mitose para continuar com esse ciclo. Embora demore consideravelmente mais tempo para as células de organismos multicelulares crescerem e se dividirem.

Existem também algumas diferenças entre os processos mitóticos das células vegetais e animais, como em algumas das fases desse processo, no entanto, em princípio, o mecanismo opera de maneira semelhante nesses organismos.

Divisão celular em células procarióticas

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Célula procariótica

Geralmente, as células procarióticas crescem e se dividem em uma taxa mais rápida que as células eucarióticas.

Organismos com células procarióticas (geralmente unicelulares ou, em alguns casos, multicelulares) carecem de uma membrana nuclear que isola o material genético dentro de um núcleo, para que seja disperso na célula, em uma área chamada nucleoide. Essas células têm um cromossomo principal circular.

A divisão celular nesses organismos é então muito mais direta do que nas células eucarióticas, sem o mecanismo descrito (mitose). Neles, a reprodução é realizada por um processo chamado fissão binária, onde a replicação do DNA começa em um local específico do cromossomo circular (origem da replicação ou OriC).

Duas origens são formadas que migram para lados opostos da célula à medida que a replicação ocorre, e a célula se estende para dobrar seu tamanho. No final da replicação, a membrana celular cresce no citoplasma, dividindo a célula progenitora em duas filhas com o mesmo material genético.

Evolução da mitose

A evolução das células eucarióticas trouxe consigo o aumento da complexidade no genoma. Isso envolveu o desenvolvimento de mecanismos de divisão mais elaborados.

O que precedeu a mitose?

Existem hipóteses que afirmam que a divisão bacteriana é o mecanismo predecessor da mitose. Foi encontrada alguma relação entre as proteínas associadas à fissão binária (que podem ser aquelas que ancoram os cromossomos em locais específicos da membrana plasmática das filhas) com a tubulina e a actina das células eucarióticas.

Alguns estudos apontam para certas peculiaridades na divisão dos protistas unicelulares modernos. Neles, a membrana nuclear permanece intacta durante a mitose. Os cromossomos replicados permanecem ancorados em certos locais dessa membrana, separando-se quando o núcleo começa a se esticar durante a divisão celular.

Isso mostra alguma coincidência com o processo de fissão binária, onde os cromossomos replicados são fixados em certos locais da membrana celular. A hipótese sugere, então, que os protistas que apresentam essa qualidade durante sua divisão celular poderiam ter mantido essa característica de uma célula ancestral do tipo procariótico.

No momento, ainda não foram explicadas as razões pelas quais, nas células eucarióticas de organismos multicelulares, é necessário que a membrana nuclear se desintegre durante o processo de divisão celular.

Referências

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Categorias Biologia

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