O que é citocinese e como é produzido?

Citocinese é o processo de dividir o citoplasma de uma célula que resulta em duas células filhas durante o processo de divisão celular.

Ocorre tanto na mitose quanto na meiose e é comum em células animais. No caso de algumas plantas e fungos, a citocinese não ocorre, porque esses organismos nunca dividem seu citoplasma. O ciclo de reprodução celular culmina na partição do citoplasma através do processo de citocinese.

Em uma célula animal típica, a citocinese ocorre durante o processo de mitose, no entanto, pode haver alguns tipos de células, como os osteoclastos, que podem sofrer o processo de mitose sem a ocorrência de citocinese (Biologia-Online.org, 2017 ).

O processo de citocinese começa durante a anáfase e termina durante a telófase, ocorrendo completamente no momento em que a próxima interface começa.

A primeira alteração visível da citocinese em células animais torna-se evidente quando um sulco divisor aparece na superfície da célula. Esse sulco rapidamente se torna mais pronunciado e se expande ao redor da célula até que a peça esteja completamente no meio.

Em células animais e em muitas células eucarióticas, a estrutura que acompanha o processo de citocinese é conhecida como "anel contrátil", um conjunto dinâmico composto de filamentos de actina, filamentos de miosina II e muitas proteínas estruturais e reguladoras. Ele é instalado sob a membrana plasmática da célula e se contrai para dividi-lo em duas partes.

O maior problema que uma célula que passa pelo processo de citocinese deve enfrentar é a garantia de que esse processo ocorre no momento e no local certos. Desde então, a citocinese não deve ocorrer precocemente durante a fase da mitose ou pode interromper a divisão correta dos cromossomos.

Espinhos mitóticos e divisão celular

Os fusos mitóticos nas células dos animais não são os únicos responsáveis ​​pela separação dos cromossomos resultantes, eles também especificam a localização do anel contrátil e, portanto, o plano de divisão celular.

O anel contrátil tem uma forma invariável no plano da placa metafásica. Quando está no ângulo correto, ele se estende ao longo do eixo do fuso mitótico, assegurando que a divisão ocorra entre os dois conjuntos de cromossomos separados.

A parte do fuso mitótico que especifica o plano da divisão pode variar dependendo do tipo de célula. A relação entre os microtúbulos do fuso e a localização do anel contrátil tem sido amplamente estudada pelos cientistas.

Estes manipularam ovos fertilizados de animais vertebrados marinhos com o objetivo de observar a velocidade com que os sulcos aparecem nas células sem que o processo de crescimento seja interrompido (Guertin, Trautmann, & McCollum, 2002).

Quando o citoplasma é claro, o fuso pode ser mais facilmente visto, bem como o momento em tempo real no qual ele está localizado em uma nova posição no estado de anáfase precoce.

Divisão assimétrica

Na maioria das células, a citocinese ocorre simetricamente. Na maioria dos animais, por exemplo, o anel contrátil é formado ao redor da linha equatorial da célula pai, de modo que as duas células-filhas resultantes tenham o mesmo tamanho e propriedades similares.

Essa simetria é possível graças à localização do fuso mitótico, que tende a se concentrar no citoplasma com a ajuda dos microtúbulos astrais e das proteínas que os puxam de um lado para o outro.

Dentro do processo de citocinese existem muitas variáveis ​​que devem funcionar de forma síncrona para que seja bem sucedida. No entanto, quando uma dessas variáveis ​​muda, as células podem ser divididas assimetricamente, produzindo duas células-filhas de tamanhos diferentes e com um conteúdo citoplasmático diferente (Education, 2014).

Normalmente, as duas células-filhas são destinadas a se desenvolver de maneira diferente. Para que isso seja possível, a célula-mãe deve segregar alguns componentes determinantes do destino para um lado da célula e, em seguida, localizar o plano de divisão para que a célula-filha indicada herde esses componentes no momento da divisão.

Para posicionar a divisão assimetricamente, o fuso mitótico deve ser movido de maneira controlada dentro da célula que está prestes a se dividir.

Aparentemente, este movimento do fuso é impulsionado por mudanças nas zonas regionais do córtex celular e por proteínas localizadas que ajudam a deslocar um dos pólos do fuso com a ajuda dos microtúbulos astrais.

Anel contrátil

À medida que os microtúbulos astrais se tornam mais longos e menos dinâmicos em sua resposta física, o anel contrátil começa a se formar abaixo da membrana plasmática.

No entanto, grande parte da preparação para a citocinese ocorre mais cedo no processo de mitose, mesmo antes de o citoplasma começar a se dividir.

Durante a interface, os filamentos de actina e miosina II combinam-se e formam uma rede cortical e, mesmo em algumas células, geram grandes feixes citoplasmáticos denominados fibras de estresse.

Na medida em que uma célula inicia o processo de mitose, esses arranjos são desarmados e muito da actina é rearranjada e os filamentos de miosina II são liberados.

Na medida em que as cromátides se separam durante a anáfase, a miosina II começa a se acumular rapidamente para criar o anel contrátil. Mesmo em algumas células, é necessário usar proteínas da família das quinases para regular a composição tanto do fuso mitótico quanto do anel contrátil.

Quando o anel contrátil está totalmente armado, ele contém muitas proteínas diferentes para actina e miosina II. As matrizes sobrepostas dos filamentos bipolares de actina e miosina II geram a força necessária para dividir o citoplasma em duas partes, em um processo semelhante ao realizado pelas células musculares lisas (Rappaport, 1996).

No entanto, a maneira pela qual o anel contrátil se contrai ainda é um mistério. Aparentemente, ele não opera por conta de um mecanismo de cordão com filamentos de actina e miosina II se movendo em cima um do outro, assim como os músculos esqueléticos.

Desde então, quando o anel se contrai, mantém a mesma rigidez ao longo do processo. Isso significa que o número de filamentos diminui na meda em que o anel se fecha (Alberts, et al., 2002).

Distribuição de organelas em células filhas

O processo de mitose deve assegurar que cada uma das células filhas receba o mesmo número de cromossomos. No entanto, quando uma célula eucariótica se divide, cada célula-filha também deve herdar uma série de componentes celulares essenciais, incluindo os organelos contidos dentro da membrana celular.

Organelas celulares como mitocôndrias e cloroplastos não podem ser geradas espontaneamente a partir de seus componentes individuais, elas só podem surgir do crescimento e divisão de organelas pré-existentes.

Da mesma forma, as células não podem fazer um novo retículo endoplasmático, a menos que parte dele esteja presente dentro da membrana celular.

Algumas organelas, como as mitocôndrias e os cloroplastos, estão presentes em grande número dentro da célula-mãe, a fim de garantir que as duas células-filhas as herdem com sucesso.

O retículo endoplasmático durante o período da interface celular é continuamente encontrado junto com a membrana celular e é organizado pelo microtúbulo do citoesqueleto (Brill, Hime, Scharer-Schuksz, & Fuller, 2000).

Depois de entrar na fase da mitose, a reorganização dos microtúbulos libera o retículo endoplasmático, que é fragmentado na medida em que o envelope central também se rompe. O aparelho de Golgi também está provavelmente fragmentado, embora em algumas células pareça estar distribuído através do retículo para depois emergir na telófase.

Mitose sem citocinese

Embora a divisão celular seja geralmente seguida pela divisão do citoplasma, existem algumas exceções. Algumas células passam por vários processos de divisão celular sem o citoplasma ser dividido.

Por exemplo, o embrião da mosca da fruta passa por 13 estágios de divisão nuclear antes da divisão citoplasmática, resultando em uma grande célula com até 6000 núcleos.

Este arranjo visa principalmente acelerar o processo de desenvolvimento inicial, uma vez que as células não precisam demorar tanto para passar por todos os estágios de divisão celular envolvidos na citocinese.

Após essa rápida divisão nuclear, as células são criadas em torno de cada núcleo em um único processo de citocinese, conhecido como celurização. Os anéis contráteis são formados na superfície das células, e a membrana plasmática se estende para dentro e se ajusta para envolver cada núcleo

O processo de mitose sem citocinese também ocorre em alguns tipos de células de mamíferos, como osteoclastos, trofoblastos e alguns hepatócitos e células do músculo cardíaco. Essas células, por exemplo, crescem de maneira multinuclear, assim como alguns cogumelos ou a mosca da fruta (Zimmerman, 2012).