ciclo da divisão celular

ciclo da divisão celular

Ciclo Celular e Divisão Celular (Mitose e Meiose)

  • Fernanda Machado Barbieri

  • Disciplina de Genética, Evolução e Biologia Molecular

  • Setembro de 2005

CICLO CELULAR

  • Eventos que preparam e realizam a divisão celular

  • Mecanismos responsáveis pelo crescimento e desenvolvimento

  • Células somáticas célula duplica seu material genético e o distribui igualmente para duas células-filhas

  • Processo contínuo dividido em 2 fases principais:

    • INTÉRFASE
    • MITOSE

CICLO CELULAR

  • Célula encaminhada à progressão no ciclo por mecanismos de regulação relacionados a

    • crescimento
    • multiplicação
    • diferenciação celular
    • condição de latência.
  • Falhas nos mecanismos célula pode ser

    • encaminhada para apoptose (morte celular programada)
    • desenvolvimento tumoral

CICLO CELULAR

  • Fases do Ciclo:

  • G1: 12 horas

  • S: 7 a 8 horas

  • G2: 3 a 4 horas

  • M: 1 a 2 horas

  • Total: 24 horas

CICLO CELULAR

  • Sinais químicos que controlam o ciclo provêm de fora e de dentro da célula

  • Sinais externos:

    • > Hormônios
    • > fatores de crescimento
  • Sinais internos são proteínas de 2 tipos:

    • > ciclinas
    • > quinases (CDKs)

CICLO CELULAR Fatores de Crescimento

  • Fatores de crescimento liberados ligam-se a receptores de membrana das células alvo

  • Complexo receptor-ligante ativa produção de sinalizadores intracelulares

  • Sinalizadores ativam cascata de fosforilação intracelular, induzindo a expressão de genes

  • Produto da expressão destes genes componentes essenciais do Sistema de Controle do Ciclo celular (composto por CDKs e Ciclinas)

CICLO CELULAR Intérfase

  • Fase mais demorada (90% a 95% do tempo total gasto durante o ciclo)

  • Atividade biossintetica intensa

  • Subdividida em: G1, S e G2

  • O Ciclo pode durar algumas horas (células com divisão rápida, ex: derme e mucosa intestinal) até meses em outros tipos de células

CICLO CELULAR Intérfase

  • Alguns tipos de células (neurônios e hemácias) não se dividem e permanecem paradas durante G1 em uma fase conhecida como G0

  • Outras entram em G0 e após um dano ao órgão voltam a G1 e continuam o ciclo celular (ex: células hepáticas)

CICLO CELULAR Intérfase

  • Intensa síntese de RNA e proteínas

  • aumento do citoplasma da célula-filha recém formada

  • Se refaz o citoplasma, dividido durante a mitose

  • Cromatina não compactada e não distinguível como cromossomos individualizados ao MO

  • Pode durar horas ou até meses

  • Inicia com estímulo de crescimento e posterior síntese de ciclinas que vão se ligar as CDKs (quinases)

CICLO CELULAR Intérfase

  • Ciclinas ligadas às quinases vão agir no complexo pRb/E2F, fosforilando a proteína pRb

  • Depois de fosforilada, libera o E2F, ativa a transcrição de genes que geram produtos para que a célula progrida para a fase S

  • Se pRb não for fosforilada, permanece ligada ao E2F não progressão do ciclo celular

CICLO CELULAR Intérfase

  • Muitos casos de neoplasias malignas associados a mutações no gene codificador da pRb

  • A proteína pode ficar permanentemente ativa, estimulando a célula a continuar a se dividir

CICLO CELULAR Intérfase

  • Duplicação do DNA

  • aumenta a quantidade de DNA polimerase e RNA;

  • Mecanismos responsáveis pela progressão da célula ao longo da fase S e para G2 não estão muito claros

  • Complexo ciclinaA/Cdk2 importante função antes da síntese de DNA, fosforilando proteínas envolvidas na origem de replicação do DNA

  • Fator Promotor da Mitose (MPF ou ciclinaB/cdc2), protege a célula de segunda divisão no DNA até que entre na mitose

CICLO CELULAR Intérfase

  • Tempo para o crescimento celular e para assegurar completa replicação do DNA antes da mitose

  • Pequena síntese de RNA e proteínas essenciais para o início da mitose

  • Inicia-se a condensação da cromatina para que a célula possa progredir para a mitose

  • checkpoints exercidos pelo MPF, que está inativo durante quase toda a fase G2, mas quando ativado encaminha a célula à mitose

Controle do Ciclo Celular

  • Regulado para parar em pontos específicos onde são feitos os reparos

  • Proteínas endógenas funcionam como pontos de controle garantem ocorrência adequada dos eventos relacionados ao ciclo

  • São reconhecidos estes checkpoints:

    • Em G1 antes da célula entrar na fase S
    • Em G2 antes da célula entrar em mitose
    • E checkpoint do fuso mitótico

Controle do Ciclo Celular

    • CKIs (Inibidores de Cdk): proteínas que interagem com Cdks, bloqueando sua atividade de quinase
    • Complexo ubiquitina de degradação de proteína: degrada ciclinas e outras proteínas para promover a progressão do ciclo celular

Controle do Ciclo Celular

    • Principal controlador: p53
    • Freqüentemente alvo para mutações em um grande número de patologias
    • Perda de expressão aumento da proliferação celular
    • Transcrição do gene da quinase p21 = bloqueio do complexo que fosforila pRb = pára a progressão do ciclo = reparo do DNA ou morte celular programada

Controle do Ciclo Celular

  • Atua ao término de G1 e bloqueia a atividade de quinase do complexo ciclinaE/Cdk2, causando parada no ciclo celular

Controle do Ciclo Celular

  • As ciclinas mitóticas ligam-se a proteínas CdK formando MPF que é ativado por enzimas e desencadeiam eventos que levam a célula a entrar em mitose.

  • O complexo é desfeito pela degradação da ciclina quando a célula esta entre a metáfase e anáfase induzindo a célula a sair da mitose.

Controle do Ciclo Celular

  • Monitora a ligação dos cromossomos aos microtúbulos do fuso mitótico

  • Garante a segregação idêntica do material genético entre as células-filhas

  • Preservar a integridade do genoma em nível cromossômico

CONTEÚDO DE DNA

  • Célula diplóide inicia a mitose 46 cromossomos e conteúdo de DNA de 4C (cada cromossomo é formado por duas moléculas de DNA unidas pelo centrômero)

  • Final da mitose células-filhas apresentam também 46 cromossomos, porém um conteúdo de DNA de 2C

MITOSE

MITOSE

  • Conceito: divisão de células somáticas, pela qual o corpo cresce, diferencia-se e efetua a regeneração dos tecidos

  • As células-filhas recebem conjunto de informações genéticas (idêntico ao da célula parental)

  • O número diplóide de cromossomos é mantido nas células filhas

MITOSE Fases

  • Prófase

  • Prometáfase

  • Metáfase

  • Anáfase

  • Telófase

MITOSE Prófase

  • Cromatina condensa-se em cromossomos definidos, ainda não visíveis ao microscópio óptico

  • Cada cromossomo  duas cromátides-irmãs conectadas por um centrômero, em cada cromátide será formado um cinetócoro (complexos protéicos especializados)

  • Os microtúbulos citoplasmáticos são desfeitos e reorganizados no fuso mitótico, irradiando-se a partir dos centrossomos à medida que estes migram para os pólos da célula

MITOSE Prófase

MITOSE Prometáfase

  • Fragmentação do envoltório nuclear e movimentação do fuso mitótico

  • Microtúbulos do fuso entram em contato com os cinetócoros, que se fixam a alguns microtúbulos

  • Os microtúbulos que se ligam aos cinetócoros  microtúbulos do cinetócoro, tencionam os cromossomos, que começam a migrar em direção ao plano equatorial da célula

MITOSE Prometáfase

MITOSE Metáfase

  • Cromossomos  compactação máxima, alinhados no plano equatorial da célula pela ligação dos cinetócoros a microtúbulos de pólos opostos do fuso

  • Como os cromossomos estão condensados, são mais visíveis microscopicamente nessa fase

MITOSE Metáfase

MITOSE Anáfase

  • Inicia com a separação das cromátides irmãs (divisão longitudinal dos centrômeros)

  • Cada cromátide (cromossomo filho) é lentamente movida em direção ao pólo do fuso a sua frente

MITOSE Anáfase

MITOSE Telófase

  • Cromossomos filhos estão presentes nos dois pólos da célula

  • Inicia-se a descompactação cromossômica, desmontagem do fuso e reorganização dos envoltórios nucleares ao redor dos cromossomos filhos

MITOSE Citocinese

  • Clivagem do citoplasma (processo começa durante a anáfase)

  • Sulco de clivagem no meio da célula, que vai aprofundando-se

  • Separação das duas células filhas

MITOSE Citocinese

MEIOSE

MEIOSE

  • Células germinativas  inicia com uma célula diplóide e termina em 4 células haplóides geneticamente diferentes entre si

  • Na meiose há a preservação do número cromossômico diplóide nas células humanas (gametas formados número haplóide)

  • Tem uma única duplicação do genoma, seguida de 2 ciclos de divisão: a meiose I e a meiose II

MEIOSE I

  • Divisão reducional = são formadas duas células haplóides a partir de uma diplóide

  • Obtenção do número de cromossomos haplóide, mas com conteúdo de DNA ainda duplicado

MEIOSE I Prófase I

  • Os cromossomos condensam-se continuamente

  • Subfases:

  • Leptóteno

  • Zigóteno

  • Paquíteno

  • Diplóteno

  • Diacinese

MEIOSE I Prófase I

  •  grau de compactação da cromatina

  • Nucléolo vai desaparecendo

  • Cromossomos formados por 2 cromátides-irmãs (2 moléculas de DNA idênticas)

MEIOSE I Prófase I

  • Pareamento preciso dos homólogos (cromossomos materno e paterno do par) = SINAPSE

  • Formação de 23 BIVALENTES (cada bivalente = 2 cromossomos homólogos com 2 cromátides cada = tétrade = 4 cromátides)

  • Os cromossomos X e Y não são homólogos, mas possuem regiões homólogas entre si

MEIOSE I Prófase I

  • Formação de estruturas fundamentais para a continuidade da meiose - COMPLEXO SINAPTONÊMICO e NÓDULOS DE RECOMBINAÇÃO, importantes para a próxima fase da Prófase I

MEIOSE I Prófase I

  • Sinapse completa e as cromátides estão em posição para permitir o crossing-over (troca de segmentos homólogos entre cromátides não-irmãs do par de cromossomos homólogos)

  • Homólogos devem se manter unidos pelo complexo sinaptonêmico para ocorrer crossing-over

  • Crossing-over  formação dos QUIASMAS = locais de troca física de material genético

MEIOSE I Prófase I

  • Desaparece o CS

  • Os dois componentes de cada bivalente começam a se repelir

  • Cromossomos homólogos se separam, mas centrômeros permanecem unidos e conjunto de cromátides-irmãs continua ligado

  • Os 2 homólogos de cada bivalente mantêm-se unidos apenas nos quiasmas (que deslizam para as extremidades devido à repulsão dos cromossomos)

MEIOSE I Prófase I

  • Cromossomos atingem condensação máxima

  • Aumenta a separação dos homólogos e a compactação da cromatina.

MEIOSE I Metáfase I

  • Membrana nuclear desaparece; forma-se o fuso

  • Cromossomos pareados no plano equatorial (23 bivalentes) com seus centrômeros orientados para pólos diferentes

MEIOSE I Anáfase I

  • Os 2 membros de cada bivalente se separam = separação quiasmática (disjunção), os centrômeros permanecem intactos

  • O número de cromossomos é reduzido a metade = haplóide

  • Os conjuntos materno e paterno originais são separados em combinações aleatórias

  • Anáfase I é a etapa mais propensa a erros chamados de não-disjunção (par de homólogos vai para o mesmo pólo da célula)

MEIOSE I Anáfase I

MEIOSE I Telófase I

  • Os 2 conjuntos haplóides de cromossomos se agrupam nos pólos opostos da célula

  • Reorganização do nucléolo, descondensação da cromatina e formação do envoltório nuclear

MEIOSE I Citocinese

  • Célula divide-se em 2 células-filhas com 23 cromossomos cada, 2 cromátides em cada cromossomo, = conteúdo 2C de DNA em cada célula-filha

  • Citoplasma é dividido de modo igual entre as duas células filhas nos gametas formados pelos homens

MEIOSE I Intérfase

  • Fase breve

  • Sem fase S ( = não há duplicação do DNA)

MEIOSE II

  • Semelhante à mitose comum, diferença = número de cromossomos da célula que entra em meiose II é haplóide

  • O resultado final são 4 células haplóides, cada uma contendo 23 cromossomos com 1 cromátide cada (divisão equacional)

MEIOSE II Prófase II

  • Compactação da cromatina

  • Desaparecimento da membrana nuclear

  • Microtúbulos se ligam aos cinetócoros e começam a mover os cromossomos para o centro da célula

MEIOSE II Metáfase II

  • Os 23 cromossomos com 2 cromátides cada se alinham na placa metafásica

MEIOSE II Anáfase II

  • Separação centromérica

  • Cromátides-irmãs se movem para os pólos opostos

MEIOSE II Telófase II

  • Migração das cromátides-irmãs para os pólos opostos

  • Reorganização do núcleo

MEIOSE II Citocinese

  • 4 células com número de cromossomos e conteúdo de DNA haplóide (23 cromossomos e 1C de DNA)

RESULTADOS DA MEIOSE

  • Proporciona 3 fontes de variabilidade genética:

  • 1) Segregação ao acaso dos cromossomos homólogos – 223 combinações (mais de 8 milhões), pois cada gameta recebe apenas 1 de cada par de homólogos

  • 2) Segregação ao acaso dos cromossomos

  • 3) Crossing-over – cada cromátide contém segmentos provenientes dos 2 membros do par de cromossomos parentais

RESULTADOS DA MEIOSE

  • Um crossing-over em 1 bivalente forma 4 cromossomos diferentes

  • Acredita-se que o crossing-over evoluiu como um mecanismo para aumentar a variação genética

  • Início Meiose: 1 cromossomo = 2 moléculas de DNA idênticas, de dupla hélice (2 cromátides-irmãs), unidas pelo centrômero:  46 cromossomos  4C – 2n

  • Final Meiose I: 1 cromossomo = 2 cromátides-irmãs:  23 cromossomos  2C – n

  • Final Meiose II: 1 cromossomo = 1 cromátide (1 molécula de DNA):  23 cromossomos  C – n

Informações sobre Gametogênese

  • Os ovócitos primários entram em meiose I e ficam parados em prófase I da meiose I até a puberdade;

  • Entra em meiose II, pára na metáfase II, e é finalmente completada na época da fertilização

  • Gestações em idade avançada estão mais sujeitas a malformações, pois, este ovócito ficou um período maior de tempo exposto a risco de mutações do que um ovócito de uma mulher mais jovem

Informações sobre Gametogênese

  • Nos gametas formados pelas mulheres, quase todo o citoplasma vai para uma célula filha, que depois irá formar o ovócito. As outras células filhas tornam-se glóbulos polares, uma pequena célula que se degenera

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