10.5: División celular procariota

Habilidades para Desarrollar

• Describir el proceso de fisión binaria en procariotas
• Explicar cómo las proteínas FtsZ y tubulina son ejemplos de homología

Los procariotas, como las bacterias, se propagan por fisión binaria. Para los organismos unicelulares, la división celular es el único método para producir nuevos individuos. Tanto en células procariotas como eucariotas, el resultado de la reproducción celular es un par de células hijas que son genéticamente idénticas a la célula parental. En los organismos unicelulares, las células hijas son individuos.

Para lograr el resultado de la descendencia clonada, ciertos pasos son esenciales. El ADN genómico debe replicarse y luego asignarse a las células hijas; los contenidos citoplásmicos también deben dividirse para dar a ambas nuevas células la maquinaria para sostener la vida. En las células bacterianas, el genoma consiste en un único cromosoma de ADN circular; por lo tanto, se simplifica el proceso de división celular. La cariocinesis es innecesaria porque no hay núcleo y por lo tanto no es necesario dirigir una copia de los múltiples cromosomas a cada célula hija. Este tipo de división celular se llama fisión binaria (procariota).

Fsión binaria

Debido a la relativa simplicidad de los procariotas, el proceso de división celular, llamado fisión binaria, es un proceso menos complicado y mucho más rápido que la división celular en eucariotas. El único cromosoma circular de ADN de la bacteria no está encerrado en un núcleo, sino que ocupa una ubicación específica, el nucleoide, dentro de la célula (Figura\(\PageIndex{1}\)). Aunque el ADN del nucleoide está asociado con proteínas que ayudan a empaquetar la molécula en un tamaño compacto, no hay proteínas histonas y, por lo tanto, no hay nucleosomas en procariotas. Las proteínas de empaquetamiento de bacterias están, sin embargo, relacionadas con las proteínas cohesina y condensina involucradas en la compactación cromosómica de eucariotas.

El cromosoma bacteriano se une a la membrana plasmática aproximadamente en el punto medio de la célula. El punto de partida de replicación, el origen, está cerca del sitio de unión del cromosoma a la membrana plasmática (Figura\(\PageIndex{1}\)). La replicación del ADN es bidireccional, alejándose del origen en ambas cadenas del bucle simultáneamente. A medida que se forman las nuevas hebras dobles, cada punto de origen se aleja de la unión de la pared celular hacia los extremos opuestos de la celda. A medida que la célula se alarga, la membrana creciente ayuda en el transporte de los cromosomas. Después de que los cromosomas hayan despejado el punto medio de la célula alargada, comienza la separación citoplasmática. La formación de un anillo compuesto por unidades repetitivas de una proteína llamada FtsZ dirige la partición entre los nucleoides. La formación del anillo ftsZ desencadena la acumulación de otras proteínas que trabajan juntas para reclutar nuevos materiales de membrana y pared celular en el sitio. Se forma un tabique entre los nucleoides, extendiéndose gradualmente desde la periferia hacia el centro de la célula. Cuando las nuevas paredes celulares están en su lugar, las celdas hijas se separan.

Figura\(\PageIndex{1}\): Estas imágenes muestran los pasos de fisión binaria en procariotas. (crédito: modificación de obra de “Mcstrother” /Wikimedia Commons)

Conexión Evolutiva: Aparato de Husillo Mitótico

El momento preciso y la formación del huso mitótico es fundamental para el éxito de la división celular eucariota. Las células procariotas, por otro lado, no se someten a cariocinesis y por lo tanto no tienen necesidad de un huso mitótico. Sin embargo, la proteína ftsZ que juega un papel tan vital en la citocinesis procariota es estructural y funcionalmente muy similar a la tubulina, el bloque de construcción de los microtúbulos que componen las fibras del huso mitótico que son necesarias para los eucariotas. Las proteínas FtsZ pueden formar filamentos, anillos y otras estructuras tridimensionales que se asemejan a la forma en que la tubulina forma microtúbulos, centriolos y varios componentes citoesqueléticos. Además, tanto FtsZ como tubulina emplean la misma fuente de energía, GTP (guanosina trifosfato), para ensamblar y desmontar rápidamente estructuras complejas.

FtsZ y tubulina son estructuras homólogas derivadas de orígenes evolutivos comunes. En este ejemplo, FtsZ es la proteína antecesora de la tubulina (una proteína moderna). Si bien ambas proteínas se encuentran en organismos existentes, la función de la tubulina ha evolucionado y diversificado enormemente desde su origen procariótico FtsZ. Un estudio de los componentes del ensamblaje mitótico encontrados en eucariotas unicelulares actuales revela pasos intermedios cruciales para los complejos genomas encerrados en la membrana de eucariotas multicelulares.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Aparato de división celular entre diversos organismos

	Estructura del material genético	División de material nuclear	Separación de células hijas
Procariotas	No hay núcleo. El único cromosoma circular existe en una región del citoplasma llamada nucleoide.	Se produce a través de fisión binaria. A medida que se replica el cromosoma, las dos copias se mueven a extremos opuestos de la célula por un mecanismo desconocido.	Las proteínas FtsZ se ensamblan en un anillo que pellizca la célula en dos.
Algunos protistas	Los cromosomas lineales existen en el núcleo.	Los cromosomas se adhieren a la envoltura nuclear, la cual permanece intacta. El huso mitótico pasa a través de la envoltura y alarga la célula. No existen centriolos.	Los microfilamentos forman un surco de escisión que pellizca la célula en dos.
Otros protistas	Los cromosomas lineales existen en el núcleo.	Un huso mitótico se forma a partir de los centriolos y pasa a través de la membrana nuclear, que permanece intacta. Los cromosomas se adhieren al huso mitótico, que separa los cromosomas y alarga la célula.	Los microfilamentos forman un surco de escisión que pellizca la célula en dos.
Células animales	Los cromosomas lineales existen en el núcleo.	Se forma un huso mitótico a partir de los centrosomas. La envoltura nuclear se disuelve. Los cromosomas se adhieren al huso mitótico, que separa los cromosomas y alarga la célula.	Los microfilamentos forman un surco de escisión que pellizca la célula en dos.

 

Resumen

Tanto en la división celular procariota como en la eucariota, el ADN genómico se replica y luego cada copia se asigna a una célula hija. Además, los contenidos citoplásmicos se dividen de manera uniforme y se distribuyen a las nuevas células. Sin embargo, existen muchas diferencias entre la división celular procariota y eucariota. Las bacterias tienen un solo cromosoma circular de ADN pero no tienen núcleo. Por lo tanto, la mitosis no es necesaria en la división celular bacteriana. La citocinesis bacteriana es dirigida por un anillo compuesto por una proteína llamada FtsZ. El crecimiento interno de la membrana y el material de la pared celular desde la periferia de las células resulta en la formación de un tabique que finalmente construye las paredes celulares separadas de las células hijas.

Glosario

fisión binaria

proceso de división celular procariota

FtsZ

componente proteico similar a tubulina del citoesqueleto procariota que es importante en la citocinesis procariota (nombre origen: F ilamenting t emperature- s ensitive mutant Z)

origen

(también, ORI) región del cromosoma procariota donde comienza la replicación (origen de replicación)

tabique

estructura formada en una célula bacteriana como precursor de la separación de la célula en dos células hijas