O que faz com que em mitose ocorre a separação das cromátides irmãs de forma equitativa?

CONSIDERAÇÕES GERAIS

A mitose é um tipo de divisão em que as células filhas são iguais à célula inicial, tanto na qualidade quanto na quantidade do material genético. Nela, ocorre uma duplicação cromossômica, para cada divisão celular, ao contrário da meiose, na qual ocorre uma duplicação de DNA para duas divisões celulares, denominadas meiose I e meiose II (ver MEIOSE, matéria publicada neste blog no dia 21/08/2015). Durante a mitose, os cromossomos se condensam e se distribuem de forma a garantir a separação, equitativa, das cromátides (cromátides-irmãs), duplicadas durante a fase S (ver CICLO CELULAR, matéria publicada neste blog no dia 13/08/2015), entre as células filhas. Nesse contexto, cada célula filha porta o mesmo número de cromossomos da célula mãe, sendo, dessa forma, uma divisão equacional, ao contrário da meiose que é uma divisão reducional. Assim sendo, como mostra a figura abaixo, célula mãe haploide (n) produz células filhas também haploides e célula mãe diploide (2n) origina células igualmente diploides.

A divisão celular se compõe da divisão do material nuclear (cariocinese), denominado no sentido estrito de mitose e da divisão do citoplasma (citocinese, citodiérese ou plasmodiérese), que promove a separação dos dois territórios citoplasmáticos filhos, levando à individualização das células filhas. Costuma-se, entretanto, considerar mitose como sinônimo de divisão celular.

Lembramos que as células bacterianas (procarióticas) se dividem por amitose (divisão direta), e não por mitose, que a exemplo da meiose, é uma divisão indireta [envolve divisão nuclear (cariocinese) e divisão citoplasmática (citocinese)]. A amitose (figura a seguir) é uma divisão bem mais simples que as das células eucarióticas (mitose e meiose). Ela tem início com a duplicação do DNA, constituinte do “cromossomo bacteriano”, que se prende ao mesossomo, através de uma região específica, denominada origem de replicação. À medida que a duplicação avança, a célula se alonga, a membrana plasmática e a parede celular crescem, dobrando-se entre os pontos de ligação dos novos “cromossomos”, que estão se formando. Esse dobramento progride até o citoplasma se dividir, gerando duas células filhas, cada uma contendo uma cópia do “cromossomo” presente na célula mãe.

Embora as bactérias não apresentem reprodução sexuada típica, algumas espécies são capazes de promover recombinação genética, modificando seu genótipo (ver TRANSFORMAÇÃO BACTERIANA, TRANSDUÇÃO BACTERIANA e CONJUGAÇÃO BACTERIANA,  matérias  publicadas neste blog nos dias 10/03/2014, 03/05/2014 e 15/06/2014, respectivamente).

OBJETIVOS DA MITOSE

I. Nos organismos unicelulares eucarióticos, como os protozoários e certas algas, a mitose tem por objetivo reproduzir (reprodução assexuada) o indivíduo. Nesses casos, a reprodução celular se confunde com a reprodução orgânica, pois dois novos indivíduos surgem a partir da divisão da única célula que compõe o progenitor.

II. No caso dos seres multicelulares, a mitose tem como objetivos fundamentais promover o crescimento dos organismos (por aumento do número de células) e a substituição de células perdidas quer por acidentes ou por desgastes normais, sendo, portanto, um processo essencial à vida.

FASES DA MITOSE

A mitose costuma ser dividida em fases ou etapas embora o processo seja, naturalmente, contínuo. As fases da mitose, a exemplo da meiose, são denominadas prófase, metáfase, anáfase e telófase.

I. PRÓFASE

É, via de regra, a fase mais longa da mitose. Nela, ocorrem alterações na morfologia e no estado físico-químico do núcleo e do citoplasma. Durante a prófase (figura abaixo), os nucléolos (plasmossomos) se tornam menos visíveis até desaparecerem, completamente, no final dessa fase. Os filamentos de cromatina, já duplicados na interfase, no período S (ver CICLO CELULAR, matéria publicada neste blog no dia 13/08/2015), passam por um processo contínuo de condensação, pelo enrolamento (espiralização) dessa cromatina, graças à ação de uma proteína (condensina), tornando-se facilmente visíveis ao microscópio óptico e formando os cromossomos propriamente dito. Lembramos que ao se condensar, eles se tornam inativos, visto que a compactação impede a transcrição (produção de RNA a partir de DNA). A desintegração da carioteca (membrana nuclear) marca o fim da prófase. Cada cromossomo, na prófase, está formado por duas cromátides (cromátides-irmãs), unidas pelo centrômero.

Os centríolos duplicados (diplossomos) migram para os polos da célula, rodeados por um conjunto de fibras proteicas que constituem o áster (figura a seguir). O áster é, em última análise, uma estrutura formada por microtúbulos (ver a seguir), com disposição radiada a partir e em torno dos centríolos.

Os microtúbulos são estruturas cilíndricas ocas, relativamente flexíveis, que constituem a base do citoesqueleto, sendo formados por um grupo de proteínas globulares denominadas tubulinas. A unidade estrutural desses microtúbulos é constituída por duas cadeias dessas proteínas de estruturas ligeiramente diferentes, chamadas tubulina alfa e tubulina beta, que se associam para formar os dímeros de tubulina (figura abaixo). Neste contexto, elas podem se encontrar soltas no citoplasma ou associadas, formando a parede dos microtúbulos. O processo de polimerização (agregação ou associação) e despolimerização (desagregação ou dissociação) das tubulinas acontece continuamente, de modo que os microtúbulos estão constantemente se formando e se desfazendo, de acordo com o momento da vida celular. Entre as funções dos microtúbulos, destacamos: (a) fornecer suporte estrutural para manter a forma da célula; (b) posicionar organelas, tais como retículo endoplasmático, complexo golgiense e lisossomo, no interior da célula; (c) formar as fibras proteicas que orientam a migração dos cromossomos durante a divisão celular (anáfase); (d) formar os centríolos, os cílios e os flagelos e (e) promover o deslocamento de diferentes elementos no interior da célula.

A colchicina (alcaloide produzido pela planta Colchicum autunnale), bloqueia a polimerização das tubulinas (figura a seguir) e promove a despolimerização dos microtúbulos já constituídos. Dessa forma, ela impede que os cromossomos migrem para os polos durante a anáfase, interrompendo, consequentemente, a mitose, sendo, portanto, uma substância antimitótica. Na preparação de materiais para estudo do cariótipo, costuma-se utilizar colchicina, que inibe a divisão celular na metáfase, quando os cromossomos estão bastante condensados, como veremos a seguir em “METÁFASE”.

O taxol, produzido pela planta Taxus brevifolia, é outro alcaloide, que a exemplo a colchicina, liga-se às tubulinas, afetando a formação dos microtúbulos. Assim sendo, na presença dessas drogas, dentre outras, como a colcemide, a vimblastina e a vincristina, a mitose prossegue até a metáfase, quando, devido à ausência de microtúbulos, necessários para promover a migração dos cromossomos para os polos, que ocorre durante a anáfase, é impedida de continuar.

Entre os centríolos que se afastam, durante a divisão celular, aparecem fibras de proteínas do fuso mitótico (fuso de divisão, fuso acromático ou aparelho mitótico). Esse fuso começa a se formar na prófase e se completa na metáfase. Algumas dessas fibras, denominadas fibras cinetocóricas ou cromossômicas, prendem-se aos cinetócoros (discos de proteínas, presentes no centrômero, que divide o cromossomo em partes denominadas braços cromossômicos). Elas encaminham os cromossomos filhos para os polos da célula, durante a anáfase. Outras, as fibras polares, se estendem mais além do plano equatorial da célula e seus segmentos distais se entrecruzam com os segmentos provenientes do polo oposto.  Um terceiro grupo de fibras (as fibras do áster), são mais curtas, irradiam-se em todas as direções e suas extremidades se acham aparentemente livres. Todas essas fibras (figura abaixo) são microtúbulos do citoesqueleto, como vimos acima. Lembramos que o conjunto formado pelas fibras do áster, fibras polares e fibras cinetocóricas constituem o fuso mitótico. Com a desintegração da carioteca, que marca o fim da prófase, como destacamos acima, os cromossomos, já bastante condensados, migram para a região “equatorial” da célula, fenômeno conhecido como metacinese. Dessa forma, na prófase o material genético sofre condensação, formando os cromossomos; os nucléolos se desintegram; ocorre a migração dos centríolos para os polos da célula e a desintegração da carioteca.

Lembramos que o centrossomo ou centro celular, região diferenciada da célula, relacionada com a divisão celular, é formado por centríolos, microcentro, centrosfera e astrosfera ou áster (figura a seguir).

Microcentro: zona condensada do citoplasma, que se dispõe ao redor dos centríolos, sendo envolvida pela centrosfera e pela astrosfera. As células das angiospermas e da maioria das gimnospermas, por serem desprovidas de centríolos, não formam áster, possuindo mitose anastral.

Centrosfera: zona clara do centrossomo, situada ao redor dos centríolos e por fora do microcentro. Nela se encontram, frequentemente, pequenas vesículas do complexo de Golgi. Estudos sugerem que a centrosfera é o principal centro organizador dos microtúbulos.

A exemplo da meiose, alguns biólogos consideram o fim da prófase mitótica como sendo uma fase denominada prometáfase.  Ela seria um curto período de transição da prófase para a metáfase. As transformações que ocorrem na prometáfase, na maioria das vezes englobadas na prófase, são a desintegração da carioteca e consequente “queda” dos cromossomos no citoplasma, que se dirigem para o “equador” da célula (metacinese), onde vão se prender às fibras cromossômicas, por meio dos seus cinetócoros (figura abaixo).

II. METÁFASE

Nesta fase, os cromossomos atingem o estado de máxima condensação, tornando-se bastante visíveis ao microscópio óptico. Na metáfase (figura a seguir), os cromossomos se ligam às fibras cromossômicas através dos cinetócoros e se alinham no “equador” da célula, formando a placa equatorial ou placa metafásica. No final dessa fase, tem início a duplicação dos centrômeros, fato que acarreta a separação das cromátides-irmãs que irão constituir os cromossomos irmãos (cromossomos filhos). Em face de a metáfase ser a fase de máxima visibilidade cromossômica, ela é a mais utilizada para a obtenção de fotografias cromossômicas, com as quais são montados os cariótipos, sendo por essa razão que ela é conhecida como a fase do cariótipo. Na metáfase, portanto, os cromossomos exibem uma máxima condensação e se dispõem no “equador” da célula, formando a placa metafásica.

Entre essa fase e a anáfase (fase seguinte), ocorre o ponto de verificação da montagem do fuso (spindle assembly checkpoint). Esse ponto (ponto de checagem da mitose) tem por objetivo, em última análise, detectar defeitos na formação do fuso mitótico e na adesão dos cinetócoros aos microtúbulos. Dessa forma, as células só entram, via de regra, em anáfase, quando todos os cinetócoros se encontram perfeitamente ligados aos microtúbulos do referido fuso (ver CONTROLE DA PROGRESSÃO DO CICLO CELULAR, matéria publicada neste blog no dia13/09/2010).

III. ANÁFASE

Após a separação das cromátides-irmãs, decorrente da duplicação dos centrômeros, que teve início no final da metáfase, cada cromossomo irmão migra para um dos polos da célula (figura abaixo), fazendo com a célula fique, temporariamente, tetraploide (considerando que a célula inicial é diploide). Essa migração se deve à despolimerização dos microtúbulos que compõem as fibras cromossômicas e consequente  encurtamento dessas fibras. A anáfase termina quando os cromossomos filhos chegam aos polos da célula. Na anáfase ocorrem, em última análise, a separação dos cromossomos irmãos (cromossomos filhos) e sua migração para os polos da célula.

Lembramos que, ao contrário da mitose e da divisão II, na meiose I, não ocorre duplicação dos centrômeros.  Por essa razão, na divisão II e na mitose, os cromossomos que migram são irmãos e simples, formados por apenas uma cromátide, enquanto na meiose I eles são homólogos e duplicados (constituídos por duas cromátides-irmãs). A figura a seguir destaca essas diferenças (ver MEIOSE, matéria publicada neste blog no dia 21/08/2015).

Ratificamos que quando há duplicação de centrômero (anáfase II e anáfase da mitose), ocorre separação de cromátides-irmãs. Não havendo duplicação de centrômero (anáfase I), ocorre separação de homólogos.

IV. TELÓFASE

Em linhas gerais, a telófase pode ser considerada como o inverso da prófase. Nela, ocorre uma série de eventos opostos aos que se verificam no início da divisão celular. Na telófase (figura abaixo), os cromossomos já situados nos polos da célula se descondensam, os nucleólos se reorganizam e a carioteca se forma em torno de cada conjunto cromossômico, reconstituindo-se a partir das membranas do retículo endoplasmático. Com a descondensação dos cromossomos, eles retomam sua atividade, voltando a produzir RNA a partir de DNA, processo denominado transcrição. Dessa forma, os dois núcleos filhos formados adquirem o aspecto típico de núcleos interfásicos. Após a divisão nuclear (cariocinese), tem início a citocinese ou divisão citoplasmática, levando à formação de duas células filhas, com distribuição mais ou menos equitativa dos orgânulos citoplasmáticos. Na telófase, ocorrem, em suma, descondensação dos cromossomos, bem como reorganização do nucléolo e da carioteca. A divisão do citoplasma (citocinese) marca o fim da divisão celular.

Ressaltamos que os nucléolos se formam a partir das regiões organizadoras dos nucléolos (zonas RON), “situadas” nas constrições secundárias de alguns cromossomos (cromossomos organizadores dos nucléolos). Na espécie humana, por exemplo, esses cromossomos (denominados cromossomos SAT, por serem dotados de satélite), são os 13,14,15, 21 e 22, sendo os três primeiros pertencentes ao grupo D e os dois últimos ao grupo G.

A figura a seguir mostra a interfase e um esquema geral da mitose.

CITOCINESE

Também conhecida como citodiérese ou plasmodiérese, é o processo que leva à formação de duas células filhas. Ela termina, portanto, quando essas células se separam. A citocinese pode ser de dois tipos: centrípeta e centrífuga (figura abaixo).

I. CITOCINESE CENTRÍPETA

Na citocinese centrípeta (figura a seguir), que ocorre nas células animais, a membrana plasmática se invagina, determinando uma divisão celular de “fora para dentro” (da periferia para o centro), por estrangulamento da célula na região equatorial. A invaginação está associada a um anel de microfilamentos (anel contrátil) formados por actina e miosina, que são proteínas contráteis. A interação entre essas proteínas cria uma força de contração, que leva, progressivamente, à redução do diâmetro do anel, acarretando o estrangulamento da célula.

II. CITOCINESE CENTRÍFUGA

Ocorre nas células dos vegetais e das algas, em geral, e se processa de “dentro para fora” (do centro para a periferia). Nesse caso, o complexo de Golgi (ver COMPLEXO GOLGIENSE, matéria publicada neste blog no dia 22/02/2015), origina vesículas que se depositam na região central do citoplasma e se organizam do centro para a periferia, formando uma placa celular, denominada fragmoplasto. A fusão dessas vesículas leva à formação de uma membrana fina e elástica constituída de pectatos de cálcio e magnésio, chamada lamela média (figura abaixo). Ao redor dessa lamela, ocorre a deposição de celulose, formando as paredes celulósicas primárias das células filhas. A separação entre os citoplasmas não é completa, pois, durante a formação do fragmoplasto, restam filamentos do citoplasma estabelecendo, comunicação (plasmodesmos) entre as células filhas.

Lembramos que o áster é uma estrutura formada por microtúbulos com disposição radiada a partir e em torno dos centríolos e que as fibras do fuso se formam tanto nas células animais quanto nas células vegetais.

O que faz com que a mitose ocorre a separação das cromátides irmãs?

O que faz com que em mitose ocorre a separação?

Em qual fase da mitose acontece a separação das cromátides irmãs?

Onde ocorre a separação das cromátides irmãs?