Fuso mitótico: estrutura, formação, função e evolução - Ciência - 2023

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o fuso mitótico ou acromática, também conhecida como maquinaria mitótica, é uma estrutura celular composta por microtúbulos de natureza proteica que se formam durante a divisão celular (mitose e meiose).

O termo acromático significa que não se cora com os corantes orceína A ou B. O fuso participa da distribuição eqüitativa do material genético entre as duas células filhas, resultante da divisão celular.

A divisão celular é o processo pelo qual os gametas, que são células meióticas, e as células somáticas necessárias para o crescimento e desenvolvimento de um organismo são gerados a partir do zigoto.

A transição entre duas divisões consecutivas constitui o ciclo celular, cuja duração varia amplamente dependendo do tipo de célula e dos estímulos aos quais ela é exposta.

Durante a mitose de uma célula eucariótica (célula que possui um núcleo verdadeiro e organelas delimitadas por membrana), ocorrem várias fases: fase S, prófase, prometáfase, metáfase, anáfase, telófase e interface.

Inicialmente, os cromossomos se condensam, formando dois filamentos idênticos chamados cromátides. Cada cromátide contém uma das duas moléculas de DNA geradas anteriormente, unidas por uma região chamada centrômero, que desempenha um papel fundamental no processo de migração para os pólos anteriores à divisão celular.

A divisão mitótica ocorre ao longo da vida de um organismo. Estima-se que durante a vida humana, cerca de 10 ocorram no corpo¹⁷ divisões celulares. A divisão meiótica ocorre nas células produtoras de gametas, ou células sexuais.

Estrutura e formação

Relação com o citoesqueleto

O fuso acromático é considerado um sistema longitudinal de microfibrilas de proteínas ou microtúbulos celulares. É formado no momento da divisão celular, entre os centrômeros cromossômicos e os centrossomos nos pólos celulares, e está relacionado à migração dos cromossomos para gerar células-filhas com a mesma quantidade de informação genética.

O centrossoma é a região onde os microtúbulos se originam tanto do fuso acromático quanto do citoesqueleto. Esses microtúbulos fusiformes são compostos de dímeros de tubulina que são emprestados do citoesqueleto.

No início da mitose, a rede microtubular do citoesqueleto da célula se desarticula e o fuso acromático é formado. Depois que ocorre a divisão celular, o fuso se desarticula e a rede de microtúbulos do citoesqueleto se reorganiza, retornando a célula à sua condição de repouso.

É importante diferenciar que existem três tipos de microtúbulos no aparelho mitótico: dois tipos de microtúbulos fusiformes (cinetocore e microtúbulos polares) e um tipo de microtúbulo aster (microtúbulos astrais).

A simetria bilateral do fuso acromático é devido às interações que mantêm suas duas metades juntas. Essas interações são: laterais, entre as extremidades positivas sobrepostas dos microtúbulos polares; ou são interações terminais entre os microtúbulos do cinetocoro e o cinetocoro das cromátides irmãs.

Ciclo celular e fuso acromático: fase S, prófase, prometáfase, metáfase, anáfase, telófase e interfase.

A replicação do DNA ocorre durante a fase S do ciclo celular, então, durante a prófase, os centrossomas migram em direção aos pólos opostos da célula e os cromossomos também se condensam.

Prometáfase

Na prometáfase, ocorre a formação da maquinaria mitótica, graças à montagem dos microtúbulos e sua penetração no núcleo. As cromátides irmãs ligadas pelos centrômeros são geradas e estas, por sua vez, se ligam aos microtúbulos.

Metafase

Durante a metáfase, os cromossomos se alinham no plano equatorial da célula. O fuso é organizado em um fuso mitótico central e um par de ásteres.

Cada áster é composto de microtúbulos dispostos em forma de estrela que se estendem dos centrossomas ao córtex celular. Esses microtúbulos astrais não interagem com os cromossomos.

Diz-se então que o aster irradia do centrossoma para o córtex celular e participa tanto da localização de todo o aparelho mitótico quanto da determinação do plano de divisão celular durante a citocinese.

Anáfase

Mais tarde, durante a anáfase, os microtúbulos do fuso acromático são ancorados em uma extremidade positiva dos cromossomos através de seus cinetocoros e em uma extremidade negativa em um centrossoma.

A separação das cromátides irmãs em cromossomos independentes ocorre. Cada cromossomo ligado a um microtúbulo cinetocoro se move em direção a um pólo celular. Simultaneamente, ocorre a separação dos pólos celulares.

Telófase e citocinese

Finalmente, durante a telófase e a citocinese, as membranas nucleares são formadas ao redor dos núcleos filhos e os cromossomos perdem sua aparência condensada.

O fuso mitótico desaparece à medida que os microtúbulos se despolimerizam e ocorre a divisão celular ao entrar na interface.

Mecanismo de migração cromossômica

O mecanismo envolvido na migração dos cromossomos em direção aos pólos e a subsequente separação dos pólos entre si não é exatamente conhecido, entretanto; Sabe-se que interações entre o cinetocoro e o microtúbulo do fuso a ele ligado estão envolvidas neste processo.

À medida que cada cromossomo migra em direção ao polo correspondente, ocorre a despolimerização do microtúbulo anexado, ou microtúbulo cinetocórico. Acredita-se que essa despolimerização possa causar o movimento passivo do cromossomo ligado ao microtúbulo do fuso.

Acredita-se também que possam existir outras proteínas motoras associadas ao cinetocore, nas quais seria utilizada a energia da hidrólise do ATP.

Essa energia serviria para conduzir a migração do cromossomo ao longo do microtúbulo até sua extremidade chamada "menos", onde o centrossoma está localizado.

Em uníssono, poderia ocorrer a despolimerização da extremidade do microtúbulo que se liga ao cinetocoro, ou extremidade “positiva”, o que também contribuiria para a movimentação do cromossomo.

Função

O fuso acromático ou mitótico é uma estrutura celular que cumpre a função de ancorar os cromossomos por meio de seus cinetocoros, alinhando-os com o equador celular e finalmente direcionando a migração das cromátides para os pólos opostos da célula antes de sua divisão, permitindo a distribuição equalização de material genético entre as duas células-filhas resultantes.

Se ocorrerem erros nesse processo, gera-se falta ou excesso de cromossomos, o que se traduz em padrões de desenvolvimento anormais (que ocorrem durante a embriogênese), e várias patologias (que ocorrem após o nascimento do indivíduo).

Outras funções para verificar

Existem evidências de que os microtúbulos do fuso acromático participam da determinação da localização das estruturas responsáveis pela divisão citoplasmática.

A principal evidência é que a partição das células sempre ocorre na linha média do fuso, onde as fibras polares se sobrepõem.

Evolução do mecanismo

Evolutivamente, ele foi selecionado como um mecanismo altamente redundante, em que cada etapa é realizada por proteínas motoras dos microtúbulos.

Acredita-se que a aquisição evolutiva de microtúbulos se deva a um processo de endossimbiose, no qual uma célula eucariótica absorveu do meio ambiente uma célula procariótica que exibia essas estruturas acromáticas fusiformes. Tudo isso poderia ter acontecido antes do início da mitose.

Esta hipótese sugere que as estruturas das proteínas dos microtúbulos poderiam ter originalmente cumprido uma função de propulsão. Posteriormente, quando passaram a fazer parte de um novo organismo, os microtúbulos constituiriam o citoesqueleto e, posteriormente, a maquinaria mitótica.

Na história evolutiva, houve variações no esquema básico da divisão celular eucariótica. A divisão celular representou apenas algumas fases do ciclo celular, que é um processo importante.

Referências

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