CICLO CELULAR -
MEIOSE E MITOSE.
Sabemos
que a reprodução é uma propriedade fundamental das células. As células
se reproduzem através da duplicação de seus conteúdos e posterior
divisão em duas células filhas, este processo é a garantia de uma
sucessão contínua de células identicamente dotadas.
Em
organismos unicelulares, existe uma pressão seletiva para que cada célula
cresça e se divida o mais rápido possível, porque a reprodução
celular é responsável pelo aumento do número de indivíduos. Nos
organismos multicelulares, a produção de novas células através da
duplicação permite a divisão do trabalho, no qual grupos de células
tornam-se especializados em determinada função.
Essa
multiplicação celular porém, tem que ser regulada porque a formação
de novas células tem que compensar a perda de células pelos tecidos
adultos. Um indivíduo adulto possui 10 x1013 , todas derivadas de uma
única célula, o óvulo fecundado. Mesmo em um organismo adulto, a
multiplicação celular é um processo contínuo. O homem possui
2,5x1013 eritrócitos, cujo tempo de vida médio e de 107 segundos ( 120
dias ) para manter esses níveis constantes são necessárias 2, 5 milhões
de novas células pôr segundo. Apesar de inúmeras variações
existentes, os diferentes tipos celulares apresentam um nível de divisão
tal que é ótimo para o organismo como um todo, porque o que interessa
é a sobrevivência do organismo como um todo e não de uma célula
individual. Como resultado as células de um organismo dividem-se em níveis
diferentes. Algumas, como os neurônios nunca se dividem. Outras, como
as epiteliais, dividem-se rápida e continuamente.
CICLO CELULAR OU
CICLO DE DIVISÃO CELULAR
O ciclo
celular compreende os processos que ocorrem desde a formação de uma célula
até sua própria divisão em duas células filhas. A principal característica
é sua natureza cíclica. O estudo clássico da divisão celular
estabelece duas etapas no ciclo celular; de um lado aquela em que a célula
se divide originando duas células descendentes e que é caracterizada
pela divisão do núcleo (mitose ) e a divisão do citoplasma
(citocinese). A etapa seguinte, em que a célula não apresenta mudanças
morfológicas, é compreendida no espaço entre duas divisões celulares
sucessivas e foi denominada de interfase.
Pôr
muito tempo os citologistas preocuparam-se com o período de divisão, e
a interfase era considerada como uma fase de repouso. Mais tarde
observou-se, no entanto, que a interfase era uma fase de atividade Biosintética intensa, durante a qual a célula duplica seu DNA e dobra
de tamanho. O estudo do ciclo celular sofreu uma revolução nos últimos
anos. No passado o ciclo era monitorado através de M.O e o foco de atenção
era a segregação dos cromossomos que é a parte microscopicamente visível.
Técnicas
especiais de estudo como a raudiautografia permitiram demostrar que a
duplicação do DNA ocorre em determinado período da interfase o que
permitiu a divisão da interfase em 3 estágios sucessivos, G1, S e G2,
o que compreende em geral cerca de 90% do tempo do ciclo celular.
Onde G1
compreende o tempo decorrido entre o final da mitose e inicio da síntese.
O período S corresponde ao período de duplicação do DNA e o período
G2, o período entre o final da síntese e o inicio da mitose.
Período
G1: Este período se caracteriza por uma intensa síntese de RNA e proteínas,
ocorrendo um marcante aumento do citoplasma da célula - filha recém
formada. É nesta fase que se refaz o citoplasma, dividido durante a
mitose.
No período
G1 a cromatina esta esticada e não distinguível como cromossomos
individualizados ao MO. Este é o estágio mais variável em termos de
tempo. Pode durar horas, meses ou anos. Nos tecidos de rápida renovação,
cujas células estão constantemente em divisão, o período G1 é
curto; como exemplo temos o epitélio que reveste o intestino delgado,
que se renova a cada 3 dias. Outro tecido com proliferação intensa é
a medula óssea, onde se formam hemácias e certos glóbulos brancos do
sangue. Todos estes tecidos são extremamente sensíveis aos tratamentos
que afetam a replicação do DNA (drogas e radiações ), razão pela
qual são os primeiros a lesados nos tratamentos pela quimioterapia do câncer
ou na radioterapia em geral. Outros tecidos não manifestam tão
rapidamente lesões por apresentarem proliferação mais lenta, tal como
ocorre na epiderme ( 20 dias ) e no testículo (64 dias ).
Tecidos
cujas células se reproduzem muito raramente, como a fibra muscular, ou
que nunca se dividem, como os neurônios do tecido nervoso, o ciclo
celular esta interrompido em G1 em um ponto específico denominado G0.
PERÍODOS:
Este é o período de síntese. Inicialmente a célula aumenta a
quantidade de DNA polimerase e RNA e duplica seu DNA. As duas cadeias
que constituem a dupla hélice separam-se e cada nucleotídeo serve de
molde para a síntese de uma nova molécula de DNA devido a polimerização
de desoxinucleotídeos sobre o molde da cadeia inicial, graças a
atividade da DNA polimerase. Esta duplicação obedece o pareamento de
bases onde A pareia com T e C com G e como resultado teremos uma molécula
filha que é a replica da molécula original. A célula agora possui o
dobro de quantidade de DNA.
O
estudo das alterações provocadas no DNA por radiações ultravioletas
ou raio X, demonstrou que nem sempre o efeito dessas radiações era
letal. A analise deste fenômeno levou ao conhecimento de vários tipos
de mecanismos de reparação do DNA das células.
Nas células
normais as alterações produzidas por radiações são reparadas antes
de terem tempo de se transmitirem as células - filhas. Este sistema
possui grande importância na seleção evolutiva das espécies, pois
teriam uma condição essencial para o desenvolvimento de organismos com
quantidades cada vez maiores de DNA e com maior número de células.
PERÍODO
G2: O período G2 representa um tempo adicional para o crescimento
celular, de maneira que a célula possa assegurar uma completa replicação
do DNA antes da mitose. Neste período ocorre uma discreta síntese de
RNA e proteínas essenciais para o inicio da mitose. É considerado o
segundo período de crescimento. Apesar desta divisão nos períodos de
crescimento, atualmente sabe-se que ele é um processo continuo, sendo
interrompido apenas brevemente no período de mitose. A célula agora
esta preparada para a mitose, que é a fase final e microscopicamente
visível do ciclo celular.
CONTROLE DO CICLO
CELULAR
O ciclo
celular é regulado pela interação de proteínas. Essas proteínas
compõem o Sistema de Controle que conduz e coordena o desenvolvimento
do ciclo celular. Essas proteínas surgiram a bilhões de anos e tem
sido conservadas e transferidas de célula para célula ao longo da
evolução
O ciclo
celular em organismos multicelulares, é controlado por proteínas
altamente específicas, denominadas de fatores de crescimento. Os
fatores de crescimento regulam a proliferação celular através de uma
rede complexa de cascatas bioquímicas que por sua vez regulam a
transcrição gênica e a montagem e desmontagem de um sistema de
controle. São conhecidas cerca de 50 proteínas que atuam como fatores
de crescimento, liberados por várias tipos celulares. Para cada tipo de
fator de crescimento, há um receptor específico, os quais algumas células
expressam na sua superfície e outras não.
Os
fatores de crescimento podem ser divididos em duas grandes classes: 1)
Os fatores de crescimento de ampla especificidade, que afetam muitas
classes de células, como por exemplo o PDGF ( fator de crescimento
derivado das plaquetas) e o EGF ( fator de crescimento epidérmico ). A
segunda classe de fatores de crescimento são os Estreita
especificidade, que afetam células específicas.
A
proliferação celular depende, de uma combinação específica de
fatores de crescimento. Alguns FC estão presentes na circulação, porém
a maioria dos FC é originada das células da vizinhança da célula
afetada e agem como mediadores locais. Os FC além de serem responsáveis
pela regulação do crescimento e da divisão celular estão também
envolvidos em outras funções como: sobrevivência, diferenciação e
migração celular.
FATORES
DE CRESCIMENTO E CONTROLE DO CICLO CELULAR
Os
fatores de crescimento liberados ligam-se a receptores de membrana das células
alvo. A formação do complexo receptor - ligante, dispara a produção
de moléculas de sinalização intracelular. Essas moléculas são
responsáveis pela ativação de uma cascata de fosforilação
intracelular, que induz a expressão de genes.
O
produto da expressão destes genes são os componentes essenciais do
Sistema de Controle do Ciclo celular, que é composto principalmente por
duas famílias de proteínas:
1. CdK
( cyclin - dependent protein Kinase ) que induz a continuidade do
processo através da fosforilação de proteínas selecionadas
2.
Cyclins que são proteínas especializadas na ativação de proteínas.
Essas proteínas se ligam a CdK e controlam a fosforilação de proteínas
alvo. São reconhecidas duas famílias de Cyclins: Cyclins G1 e Cyclins
G2
O ciclo
de montagem, ativação e desmontagem do complexo Cyclin-CdK são os
eventos bases que dirigem o ciclo celular.
O ciclo
é regulado para parar em pontos específicos. Esses pontos permitem que
o sistema de controle sofra influência do meio.
Nesses
pontos de parada são realizados check up. São reconhecidos dois pontos
de Check point:
- Em G1
- antes da célula entrar na fase S do ciclo
- Em G2
antes da célula entrar em mitose. Nestes pontos são checados as condições
do meio extracelular e da própria célula.
O
controle do ciclo nesses pontos é realizado por duas famílias de proteínas:
No período G1 ocorre a montagem do complexo Cyclin-CdK que fosforiliza
proteínas especificas induzindo a célula a entrar no período S. O
complexo se desfaz com a desintegração da cyclin.
No período
G2 as cyclins mitóticas ligam-se a proteínas CdK formando um complexo
denominado de MPF (M.phase Promiting Factor ) que é ativado por enzimas
e desencadeiam eventos que levam a célula a entrar em mitose. O
complexo é desfeito pela degradação da cyclin mitótica quando a célula
esta entre a metáfase e anáfase induzindo a célula a sair da mitose.
Assim cada passo da ativação ou desativação marca uma transição no
ciclo celular. Essa transição por sua vez iniciam reações que servem
de gatilhos para a continuidade do processo.
Existem
duas preposições para explicar a atuação do sistema de controle:
Cada
bloco indica um processo essencial no ciclo ( Replicação do DNA, síntese
de proteínas, formação do fuso..)
Na hipótese
A. cada processo ativa o processo seguinte, num efeito dominó. A hipótese
B ajusta-se melhor ao ciclo celular onde os sistemas de controle do
ciclo ativam a continuidade do processo.
MITOSE
A
mitose ( do grego: mitos = filamento ) é um processo de divisão
celular, característico de todas as células somática vegetais e
animais. É um processo continuo que é dividido didaticamente em 5
fases: Prófase, metáfase, anáfase, telófase, nas quais ocorrem
grande modificações no núcleo e no citoplasma. O desenvolvimento das
sucessivas fases da mitose são dependentes dos componentes do aparelho
mitótico.
O
aparelho mitótico é constituído pelos fusos, centríolos, ásteres e
cromossomos. O áster é um grupo de microtúbulos irradiados que
convergem em direção do centríolo.
As
fibras do fuso são constituídas por:
1.
microtúbulos polares que se originam no polo.
2.
Microtúbulos cinetecóricos, que se originam nos cinetecóro
3.
Microtúbulos livres.
Cada
cromossoma é composto por duas estruturas simétricas: as cromátides,
cada uma delas contém uma única molécula de DNA. As cromátides estão
ligadas entre si através do centrômero, que é uma região do
cromossoma que se liga ao fuso mitótico, e se localiza num segmento
mais fino denominado de constrição primária.
FASES DA MITOSE
PROFÁSE:
Nesta fase cada cromossoma é composto pôr 2 cromátides resultantes da
duplicação do DNA no período S. Estas cromátides estão unidas pelos
filamentos do centrômero. A Prófase caracteriza-se pela contração
dos cromossomas, que tornam-se mais curtos e grossos devido ao processo
de enrolamento ou helicoidização.
Os nucléolos
se desorganizam e os centríolos, que foram duplicados durante a
interfase, migram um par para cada polo celular.
O
citoesqueleto se desorganiza e seus elementos vão constituir -se no
principal componente do fuso mitótico que inicia sua formação do lado
de fora do núcleo. O fuso mitótico é uma estrutura bipolar composta
por microtúbulos e proteínas associadas. O final da Prófase, também
é denominada de pré-metáfase, sendo a principal característica desta
fase, o desmembramento do envoltório nuclear em pequenas vesículas que
se espalham pelo citoplasma.
O fuso
é formado por microtúbulos ancorados nos centrossomas e que crescem em
todas as direções. Quando os MT dos centrossomos opostos interagem na
Zona de sobreposição, proteínas especializadas estabilizam o
crescimento dos MT. Os cinetecoros ligam-se na extremidade de
crescimento dos MT.
O fuso
agora entra na região do nuclear e inicia-se o alinhamento dos
cromossomos para o plano equatorial.
METÁFASE:
Nesta fase os cromossomas duplos ocupam o plano equatorial do aparelho
mitótico.
Os
cromossomas adotam uma orientação radial, formando a placa equatorial.
Os cinetecoros das duas cromátides estão voltados para os polos opostos.
Ocorre
um equilíbrio de forças.
ANÁFASE:
Inicia-se quando os centrômeros tornam-se funcionalmente duplos. Com a
separação dos centrômeros, as cromátides separam-se e iniciam sua
migração em direção aos polos. O centrômero precede o resto da
cromátide. Os cromossomas são puxados pelas fibras do fuso e assumem
um formato característico em V ou L dependendo do tipo de cromossoma. A
anáfase caracteriza-se pela migração polar dos cromossomas. Os
cromossomos movem-se na mesma velocidade cerca de 1 micrômetro por
minuto.
TELÔFASE:
A telófase inicia-se quando os cromosomas-filhos alcançam os polos.
Os MT cinetocóricos desaparecem e os MT polares alongam-se. Os
cromossomas começam a se desenrolar, num processo inverso a Prófase.
Estes cromossomas agrupam-se em massas de cromatina que são circundadas
pôr cisternas de RE, os quais se fundem para formar um novo envoltório
nuclear.
CITOCINESE:
Ë o processo de clivagem e separação do citoplasma. A citocinese tem
inicio na anáfase e termina após a telófase com a formação das células
filhas.
Em células
animais forma-se uma constricção, ao nível da zona equatorial da célula
mãe, que progride e estrangula o citoplasma. Esta constrição é
devida a interação molecular de atina e miosina e microtúbulos. Como
resultado de uma divisão mitótica teremos 2 células filhas com numero
de cromossomas iguais a da célula mãe.
ATIVIDADE
DE SÍNTESE NO CICLO CELULAR
O conteúdo
de proteínas total de uma célula típica aumenta mais ou menos
continuamente durante o ciclo. Da mesma maneira a síntese de RNA
continua constante, com exceção da Fase M, a maioria das proteínas são
sintetizadas durante as diferentes fases do ciclo, portanto o
crescimento é um processo contínuo e constante, interrompido
brevemente na fase M, quando o núcleo e a célula se dividem.
O período
mitótico caracteriza-se pela baixa atividade bioquímica; durante este
período a maior parte da atividades metabólicas, e em especial a síntese
de macromoléculas, esta deprimida. Neste sentido não se observou
nenhuma síntese de DNA durante o período mitótico, enquanto que a
intensidade da síntese de RNA e proteínas se reduz de maneira marcante
na prófase, mantendo-se em níveis mínimos durante a metáfase e anáfase;
com a telófase reinicia-se a síntese de RNA e no final desta etapa,
com o começo de G1, se restaura a intensidade de síntese de proteínas.
É fácil compreender a queda de síntese de RNA que caracteriza a
mitose, pois a condensação da cromatina para formar cromossomas deve
bloquear a possibilidade de transcrição.
MEIOSE
Organismos
simples podem reproduzir-se através de divisões simples. Este tipo de
reprodução assexuada é simples e direta e produz organismos
geneticamente iguais. A reprodução sexual por sua vez, envolve uma
mistura de genomas de 2 indivíduos, para produzir um indivíduo que
diferem geneticamente de seus parentais.
O ciclo
reprodutivo sexual envolve a alternância de gerações de células haploides,
com gerações de células diploides. A mistura de genomas é realizada
pela fusão de células haploides que formam células diploides.
Posteriormente novas células diploides são geradas quando os
descendentes de células diploides se dividem pelo processo de meiose.
Com
exceção dos cromossomos que determinam o sexo, um núcleo de célula diploide contém 2 versões similares de cada cromossomo autossomo, um
cromossomo paterno e 1 cromossoma materno. Essas duas versões são
chamadas de homologas, e na maioria das células possuem existência
como cromossomos independentes. Essas duas versões são denominadas de
homólogos. Quando o DNA é duplicado pelo processo de replicação,
cada um desses cromossomos é replicado dando origem as cromátides que
são então separadas durante a anáfase e migram para os polos celulares. Desta maneira cada célula filha recebe uma cópia do
cromossomo paterno e uma cópia do cromossoma materno.
Vimos
que a mitose resulta em células com o mesmo número de cromossomas, se
ocorre - se a fusão dessas células, teríamos como resultado células
com o dobro de cromossomas e isso ocorreria em progressão.
Exemplificando: O homem possui 46 cromossomas, a fusão resultaria em
uma célula com 92 cromossomas. A meiose desenvolveu-se para evitar essa
progressão.
A
meiose ( meioum = diminuir ) ocorre nas células produtoras de gametas.
Os gametas masculinos e femininos ( espermatozoides e óvulos ) que são
produzidos nos testículos e ovários respectivamente as gônadas
femininas e masculinas. Os gametas se originam de células denominadas
espermatogonias e ovogonias.
A
meiose é precedida por um período de interfase ( G1, S, G2 ) com
eventos semelhantes aos observados na mitose.
As
espermatogônias e ovogônias, que são células diploides, sofrem
sucessivas divisões mitóticas. As células filhas dessas células
desenvolvem ciclo celular, e num determinado momento da fase G2 do ciclo
celular ocorrem alterações que levam as células a entrar em meiose e
darem origem a células haploides ou seja células que possuem a metade
do número ( n) de cromossomas da espécie. A regulação do processo
meiótico inicia-se durante a fase mitótica, onde observam-se: 1) Período
S longo; 2) aumento do volume nuclear. Experimentalmente demonstra-se
que eventos decisivos ocorrem em G2, devido a ativação de sítios únicos
para a meiose. Podemos definir meiose como sendo o processo pelo qual número
de cromossomos é reduzido a metade.
Na
meiose o cromossomo produzido possui apenas a metade do número de
cromossomos, ou seja somente um cromossomo no lugar de um par de homólogos.
O gameta é dotado de uma cópia do cromossoma materno ou paterno. A
meiose é um processo que envolve 2 divisões celulares com somente uma
duplicação de cromossomas.
