As coisas que eu aprendo
Faço parte de um projecto de pré-graduação em que o dito projecto será um cd-rom sobre a divisão celular, coisa de que eu nunca tinha ouvido falar até à altura.
Como isso tem a ver com Biologia, há alunos de Biologia da FCUP (alguns da via de ensino) integrados na equipa. Do material que recebi e das pesquisas que foram feitas, fiz um texto sobre a divisão celular.
Se alguém que não saiba, tal como eu não sabia, no que consiste a divisão celular, ficar mais elucidado sobre o assunto, então óptimo, porque é sinal de que o texto que fiz está bem feito. ^^
Boa leitura (se aguentarem :P)!
CONDENSAÇÃO DO DNA
A célula é a unidade básica dos seres vivos. Neste contexto existem seres vivos constituídos apenas por uma célula e seres vivos em que conjuntos de células se especializam num determinado órgão com determinadas funções.
No interior da célula existe o núcleo, que contém a informação genética, isto é, possui todo o potencial genético, independentemente de qual é efectivamente expresso. O material genético encontra-se em filamentos, os quais, constituídos por DNA associado a proteínas e também por algum RNA, formam a cromatina. Quando a célula não está em divisão celular, a cromatina apresenta-se sob a forma de filamentos longos e finos - cromatina dispersa. Nesta fase é impossível visualizar o material genético ao microscópio óptico. Quando a célula entra em divisão celular, a cromatina sofre uma condensação extraordinária, apresentando-se sob a forma de filamentos curtos e espessos. Nesta fase é possível visualizar os diferentes cromossomas da espécie bem individualizados.
Em determinados períodos da vida da célula, o cromossoma é constituído por apenas uma molécula de DNA associada a proteínas. Contudo, durante outros períodos, a molécula sofre uma duplicação. Como consequência o cromossoma fica constituído por duas moléculas de DNA associadas a proteínas; cada molécula é um cromatídeo. Os dois cromatídeos encontram-se unidos através de uma estrutura denominada centrómero.
O número, forma e tamanho dos cromossomas são típicos de cada espécie. Ao conjunto de cromossomas que, segundo estes parâmetros, seguem um determinado padrão designa-se cariótipo, o qual é responsável pela integridade de uma espécie. O cariótipo humano é constituído por 23 pares de cromossomas, o que significa que cada célula somática humana possui 46 cromossomas. Estão presentes 22 cromossomas homólogos que são idênticos em ambos os sexos - os cromossomas somáticos ou autossomas. Os cromossomas de cada par possuem os meus genes na mesma sequência. O 23º par de cromossomas é diferente no sexo masculino e no feminino. A mulher possui um par constituído por dois cromossomas homólogos XX e, por sua vez, o homem possui um par formado por um cromossoma X e um Y. Estes pares, XX ou XY, são denominados cromossomas sexuais ou heterocromossomas e determinam o sexo de um indivíduo.
Durante a divisão celular os cromossomas estão condensados e, por isso, tornam-se visíveis ao microscópio óptico. O DNA encontra-se associado a proteinas, as histonas, formando com elas complexos organizados, os nucleossomas, que tornam a condensação e descondensação possíveis. Cada nucleossoma é constituído por 8 histonas à volta das quais se enrola o DNA. A separar um nucleossoma do nucleossoma vizinho existe uma porção de DNA designada por DNA de ligação.
CICLO CELULAR OU CICLO DE DIVISÃO CELULAR
A reprodução é uma propriedade fundamental das células. As células reproduzem-se através da duplicação de seus conteúdos e posterior divisão em duas células filhas, o que garante a sucessão contínua de células identicamente dotadas.
Divisão celular é o processo pelo qual uma célula (chamada célula-mãe) se divide em duas células-filhas. Nos organismos multicelulares, este processo pode levar ao crescimento do indivíduo (por crescimento dos tecidos) ou apenas à substituição de células senescentes por células novas. Nos organismos unicelulares, como as bactérias e muitos protistas, este é o processo de reprodução assexuada ou vegetativa.
As células diplóides podem ainda sofrer meiose para produzir células haplóides - os gâmetas ou esporos durante o processo de reprodução. Neste caso, normalmente uma célula dá origem a quatro células-filhas embora, por vezes, nem todas sejam viáveis.
Em organismos unicelulares, existe uma pressão selectiva 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.
Apesar de inúmeras variações existentes, os diferentes tipos celulares apresentam um nível de divisão óptimo, 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 neurónios nunca se dividem (permanecem no estado G0); outras, como as epiteliais, dividem-se rápida e continuamente.
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: a mitose, em que a célula se divide originando duas células descendentes e que é caracterizada pela divisão do núcleo, e a citocinese, a divisão do citoplasma.
A etapa seguinte, em que a célula não apresenta mudanças morfológicas, é compreendida no espaço entre duas divisões celulares sucessivas e chama-se interfase. Por muito tempo, os citologistas preocuparam-se com o período de divisão e a interfase era considerada como uma fase de repouso. Contudo, mais tarde, observou-se que a interfase era uma fase de actividade biossintética intensa, durante a qual a célula duplica seu DNA e o seu tamanho.
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.
Período G1: Compreende o tempo decorrido entre o final da mitose anterior e inicio da síntese. Caracteriza-se 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 cromossomas 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 com 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 afectam a replicação do DNA (drogas e radiações), razão pela qual são os primeiros a lesados nos tratamentos pela quimioterapia do cancro ou na radioterapia em geral. Outros tecidos não manifestam tão rapidamente lesões por apresentarem proliferação mais lenta, como 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 neurónios, o ciclo celular esta interrompido em G1 num ponto específico denominado G0.
Período S: Este é o período de síntese, que corresponde ao período de duplicação do 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. Esta duplicação obedece ao pareamento de bases onde Adenina emparelha com Timina e Citosina com Guanina, resultando numa molécula-filha réplica da original. A célula agora possui o dobro de quantidade de DNA.
Período G2: É o período entre o final da síntese e o inicio da mitose. 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, dá-se 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, actualmente sabe-se que é um processo continuo, interrompido apenas brevemente no período de mitose. A célula agora está preparada para a mitose, a fase final e microscopicamente visível do ciclo celular.
CONTROLO DO CICLO CELULAR
O ciclo celular é regulado pela interacção de proteínas, as quais compõem o Sistema de Controlo que conduz e coordena o desenvolvimento do ciclo celular. Essas proteínas surgiram a biliões 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 factores de crescimento (FC). Estes regulam a proliferação celular através de uma rede complexa de cascatas bioquímicas, que por sua vez regulam a transcrição génica e a montagem e desmontagem de um sistema de controlo. São conhecidas cerca de 50 proteínas que actuam como factores de crescimento, libertados por vários tipos celulares. Para cada tipo de factor de crescimento, há um receptor específico, os quais algumas células expressam na sua superfície e outras não.
Os factores de crescimento podem ser divididos em duas grandes classes:
1) Os de ampla especificidade, que afectam muitas classes de células, como por exemplo o PDGF (factor de crescimento derivado das plaquetas) e o EGF (factor de crescimento epidérmico).
2) Os de Estreita especificidade, que afectam células específicas.
A proliferação celular depende, de uma combinação específica de factores de crescimento. Alguns FC estão presentes na circulação, porém a maioria é originada por células vizinhas afectada 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 a sobrevivência, diferenciação e migração celular.
FACTORES DE CRESCIMENTO E CONTROLE DO CICLO CELULAR
Os factores de crescimento libertados 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 activação de uma cascata de fosforilação intracelular, que induz à expressão de genes. O produto da expressão destes genes são os componentes essenciais do Sistema de Controlo do Ciclo Celular, que é composto principalmente por duas famílias de proteínas:
1. CdK (cyclin-dependent protein Kinase), que induz à continuidade do processo através da fosforilação de proteínas selecionadas;
2. Cyclins, proteínas especializadas na activação de proteínas. Ligam-se às CdK e controlam a fosforilação de proteínas-alvo. São reconhecidas duas famílias de Cyclins: Cyclins G1 e Cyclins G2.
O ciclo de montagem, a activação e a desmontagem do complexo Cyclin-CdK são os eventos bases que dirigem o ciclo celular. O ciclo é regulado para parar em pontos específicos, que permitem que o sistema de controlo sofra influência do meio e são avaliadas as condições do meio extracelular e da própria célula. Neles são realizados check-ups. 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.
O controlo 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, levando a célula a entrar no período S. O complexo desfaz-se 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 ) activado 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 está entre a metafase e anafase, levando-a sair da mitose.
Cada passo da activação ou desativação marca uma transição no ciclo celular. A transição, por sua vez, inicia reacções que servem de gatilho para a continuidade do processo.
MITOSE
A mitose é o processo da divisão nuclear pela duplicação de cromossomas. A mitose é seguida pela divisão da membrana celular e do citoplasma, denominada citocinese. A mitose em conjunto com a citocinese gera duas células idênticas.
Um dos pressupostos fundamentais da biologia celular é o de que todas as células se originam a partir de células pré-existentes, à excepção do ovo ou zigoto que, nos seres vivos com reprodução sexuada, resulta da união de duas células reprodutivas (gâmetas), cada qual com metade da informação genética.
A mitose é um processo de divisão celular conservativa, já que a partir de uma célula inicial se originam duas células idênticas com igual composição genética (mesmo número e tipo de cromossomas), mantendo assim inalterada a composição e teor de ADN característico da espécie (excepto se ocorrer uma mutação, fenómeno muito raro e acidental). Este processo de divisão celular é comum a quase todos os seres vivos, dos animais e plantas multicelulares até aos organismos unicelulares, nos quais, muitas vezes, este é o principal ou único processo de reprodução - reprodução assexuada.
Este processo biológico é rentabilizado pelo homem de diferentes modos: como uma técnica agrícola - regeneração de plantas inteiras a partir de fragmentos (por exemplo, cultivo de begónias, roseiras, árvores de fruta, etc.); em laboratório - onde bactérias geneticamente modificadas são postas a reproduzirem-se rápida e assexuadamente, através de duplicação mitótica (por exemplo, para produzir insulina); na exploração de cortiça - a casca dos sobreiros é regenerada por mitose; na extracção de lã das ovelhas - o pêlo volta a crescer naturalmente pelo processo mitótico; e em muitas outras actividades que se tornam possíveis graças à existência deste processo de duplicação celular.
Quando em processo activo de divisão, as células passam pelo chamado ciclo celular, que tem duas fases principais: a interfase (momento de preparação para o processo de divisão) e a mitose (fase da divisão).
Na mitose ocorrem dois acontecimentos sequenciais no processo de formação de duas novas células (ditas filhas): primeiro, uma divisão do material genético contido no núcleo (cariocinese) e, depois, a divisão do citoplasma, com a separação definitiva das células (citocinese). O tempo de duração do ciclo celular é característico do tipo de célula e influenciado por vários factores externos, como a temperatura, pH, disponibilidade de nutrientes, etc. No entanto, o tempo que demora cada uma das suas fases é aproximadamente idêntico.
Dentro de cada uma das duas fases do ciclo celular, podemos definir ainda uma série de acontecimentos sequenciais. A interfase divide-se em três momentos:
• Fase G1: a célula prepara-se para a duplicação do material genético (ADN) aumentando a síntese de enzimas necessárias à síntese de ADN, assim como o número de organitos citoplasmáticos, sobretudo ribossomas. A célula cresce, aumentando de tamanho.
• Fase S: fase de síntese, em que ocorre um aumento da síntese proteica e a duplicação do material genético. Cada cromossoma é agora formado por dois cromatídeos-irmãos (idênticos) unidos apenas num ponto, o centrómero.
• Fase G2: a célula continua a preparar-se para a divisão, aumentando a síntese proteica, armazenando energia e sintetizando os componentes do fuso acromático.
Terminada a interfase, inicia-se a etapa de divisão celular - a mitose - em que o núcleo das células sofre transformações que o dividem em dois núcleos geneticamente iguais entre si e iguais ao núcleo original. É um processo contínuo no qual se distinguem quatro estádios:
• Profase: os cromossomas enrolam-se tornando-se curtos e grossos, a membrana nuclear fragmenta-se, os nucléolos desaparecem e forma-se o fuso acromático;
• Metafase: os cromossomas constituídos por dois cromatídios ficam condensados ao máximo e dispõem-se no plano equatorial formando a placa equatorial;
• Anafase: cada cromossoma divide-se pelo centrómero ficando os dois cromatídios separados e constituindo dois cromossomas independentes; em seguida, cada cromossoma assim formado vai ascender a cada um dos pólos da célula, ao longo das fibras do fuso acromático;
• Telofase: a membrana nuclear reorganiza-se à volta de cada grupo de cromossomas que ascendeu a cada pólo, reaparecem os nucléolos, a membrana celular e os cromossomas descondensam e alongam-se tornando-se invisíveis.
Terminada a cariocinese, inicia-se a citocinese (divisão do citoplasma), que originará duas células com idêntica composição genética, perfeitamente individualizadas.
A mitose é um processo fulcral para os seres vivos, já que permite o crescimento, regeneração e manutenção da integridade dos organismos, assim como a reprodução (apenas nos seres vivos com reprodução assexuada).
MEIOSE
Meiose é o nome dado ao processo de divisão celular no qual uma célula tem o seu número de conjuntos cromossômicos reduzido para metade. Por este processo são formados gâmetas e esporos. Consiste em duas divisões nucleares sucessivas, designadas I e II. Cada uma delas apresenta essencialmente as mesmas etapas que a mitose. Ocorre apenas em células diplóides especializadas, nas células germinais, e apenas em ocasiões determinadas do ciclo de vida de um organismo. Através deste fenómeno nuclear, uma única célula diplóide dá origem a quatro células haplóides, designadas gâmetas.
Nos organismos de reprodução sexuada, a formação dos gâmetas ocorre por meio deste tipo de divisão celular. Quando ocorre fecundação, pela fusão de dois gâmetas, ressurge uma célula diplóide, que passará por numerosas mitoses comuns até formar um novo indivíduo, cujas células serão, também, diplóides.
Nos vegetais, caracterizados pela presença de um ciclo reprodutivo haplodiplonte, a meiose não tem como fim a formação de gâmetas, mas sim a formação de esporos. Curiosamente, nos vegetais a meiose relaciona-se com a porção assexuada do ciclo reprodutivo.
A meiose permite a recombinação génica, de tal forma que cada célula diplóide é capaz de formar quatro células haplóides geneticamente diferentes entre si. Isso explica a variabilidade das espécies de reprodução sexuada.
A meiose conduz à redução dos cromossomas a metade. A primeira divisão é a mais complexa, sendo designada divisão de redução. Durante esta divisão ocorre a redução a metade do número de cromossomas.
Na primeira fase, os cromossomas emparelham e trocam material genético (entrecruzamento ou crossing-over), antes de se separarem em duas células-filhas. Cada um dos núcleos destas células filhas tem só metade do número original de cromossomas; os dois núcleos resultantes dividem-se por mitose, formando quatro células. Qualquer das divisões se pode considerar que ocorre em quatro fases: profase, metafase, anafase e telofase.
Na primeira divisão, durante a profase I, é de longa duração e muito complexa. Nesta etapa os pares de cromossomas tornam-se visíveis com longos filamentos delgados, constituídos por dois cromatídeos unidos pelo centrómero. Os cromossomas homólogos divididos longitudinalmente emparelham de forma muito precisa e podem trocar material genético, o que aumenta a variabilidade dos descendentes. Este emparelhamento - sinapse - é fundamental para a ocorrência de meiose. Nesta altura os pares de homólogos designam-se bivalentes (às vezes denominados tétrada porque contém quatro cromatídeos). Durante a sinapse ocorre trocas de segmentos entre os cromatídeos homólogos, processo designado crossing-over. Os pontos que unem os cromatídeos homólogos designam-se por quiasmas. Ao longo da Profase os quiasmas e sinapses desaparecem, tal como o nucléolo. No fim, os pares de homólogos estão praticamente separados.
Durante a metafase I, os cromossomas homólogos dispõem-se no plano equatorial da célula. Há o desaparecimento da membrana nuclear. Forma-se o fuso acromático e os microtúbulos ligam-se aos centrómeros dos bivalentes, os cromossomas homólogos dispõem-se no plano equatorial da célula.
Na anafase I, Esta etapa inicia-se com a separação dos cromossomas homólogos, ocorrendo a divisão dos centrómeros. Há a disjunção ou segregação dos homólogos, que se deslocam para pólos opostos da célula – migração polar.
Na telofase I, os cromossomas desfazem a formação espiral ou iniciam directamente a segunda divisão meiótica. Acaba a migração dos cromossomas homólogos, o fuso acromático desorganiza-se. Dá-se a reconstituição da membrana nuclear, divisão citoplasmática e individualização de duas células distintas. O número de cromossomas de cada uma destas células é metade do da célula inicial.
A Interfase entre as duas divisões pode não ocorrer; quando ocorre, geralmente não se observa a síntese de DNA. Entre a primeira e a segunda divisão não ocorre duplicação de DNA, por isso entre as duas divisões ocorre uma redução do número de cromossomas. Na segunda divisão, dá-se a separação dos dois cromatídeos de cada cromossoma, para que cada célula-filha resultante ter o mesmo número de cromossomas que as células resultantes da divisão 1, mas com apenas um cromatídeo. Ou seja, na segunda divisão há redução da quantidade de DNA. A segunda divisão também é contituida por 4 fases: Profase II, Metafe II, Anafase II e Telofase II. No final, da meiose, ocorre uma divisão do citoplasma, a citocinese que separa as células filhas formadas.
A profase II é uma fase curta, caracterizada por uma condensação progressiva da cromatina em cromossomas que se tornam cada vez mais visíveis. Nesta fase, os cromossomas são designados por univalentes porque são constituídos por dois cromatídeos. No final, o invólucro nuclear fragmenta-se e começa-se a constituir o fuso acromático (ou fuso meiótico).
Na metafase II, os cromossomas dispõem-se na placa equatorial e ligam-se aos microtúbulos pelos centrómeros. Assim, os cromossomas ficam na zona equatorial do fuso com os centrómeros no plano equatorial.
A transição da metafase II para a anafase II é feita pela divisão dos centrómeros e por consequências dos dois cromatídeos de cada univalente. Estes migram para pólos opostos, passando a constituir cromossomas independentes. Deste modo, agora cada pólo contém um número Haplóide de cromatídeos.
Na telofase II, os cromossomas desfazem a formação espiral e reaparecem os nucléolos. Termina a migração polar dos cromatídeos e o DNA descondensa. Reconstituem-se os respectivos núcleos, pela diferenciação do invólucro nuclear e nucléolos. O citoplasma divide-se, pelo processo de citocinese iniciado no final da anafase II, em quatro células haplóides, originadas a partir da célula que deu início ao processo. As células-filhas não podem sofrer mais divisões meióticas.
O fim da meiose é geralmente acompanhado pelo processo de citocinese. Este tem início no final da anafase II.
Nas células animais é o fuso meiótico que determina onde e quando tem lugar a citocinese, pela formação de um anal contráctil de filamentos proteicos de actina e miosina. Estes filamentos ao contraírem vão puxar a membrana para dentro formando um sulco de divisão que vai estrangular o citoplasma até as células se separarem.
Não esquecer que no final da primeira divisão temos 2 células-filhas, logo no final da segunda temos 4 células-filhas.
Como isso tem a ver com Biologia, há alunos de Biologia da FCUP (alguns da via de ensino) integrados na equipa. Do material que recebi e das pesquisas que foram feitas, fiz um texto sobre a divisão celular.
Se alguém que não saiba, tal como eu não sabia, no que consiste a divisão celular, ficar mais elucidado sobre o assunto, então óptimo, porque é sinal de que o texto que fiz está bem feito. ^^
Boa leitura (se aguentarem :P)!
CONDENSAÇÃO DO DNA
A célula é a unidade básica dos seres vivos. Neste contexto existem seres vivos constituídos apenas por uma célula e seres vivos em que conjuntos de células se especializam num determinado órgão com determinadas funções.
No interior da célula existe o núcleo, que contém a informação genética, isto é, possui todo o potencial genético, independentemente de qual é efectivamente expresso. O material genético encontra-se em filamentos, os quais, constituídos por DNA associado a proteínas e também por algum RNA, formam a cromatina. Quando a célula não está em divisão celular, a cromatina apresenta-se sob a forma de filamentos longos e finos - cromatina dispersa. Nesta fase é impossível visualizar o material genético ao microscópio óptico. Quando a célula entra em divisão celular, a cromatina sofre uma condensação extraordinária, apresentando-se sob a forma de filamentos curtos e espessos. Nesta fase é possível visualizar os diferentes cromossomas da espécie bem individualizados.
Em determinados períodos da vida da célula, o cromossoma é constituído por apenas uma molécula de DNA associada a proteínas. Contudo, durante outros períodos, a molécula sofre uma duplicação. Como consequência o cromossoma fica constituído por duas moléculas de DNA associadas a proteínas; cada molécula é um cromatídeo. Os dois cromatídeos encontram-se unidos através de uma estrutura denominada centrómero.
O número, forma e tamanho dos cromossomas são típicos de cada espécie. Ao conjunto de cromossomas que, segundo estes parâmetros, seguem um determinado padrão designa-se cariótipo, o qual é responsável pela integridade de uma espécie. O cariótipo humano é constituído por 23 pares de cromossomas, o que significa que cada célula somática humana possui 46 cromossomas. Estão presentes 22 cromossomas homólogos que são idênticos em ambos os sexos - os cromossomas somáticos ou autossomas. Os cromossomas de cada par possuem os meus genes na mesma sequência. O 23º par de cromossomas é diferente no sexo masculino e no feminino. A mulher possui um par constituído por dois cromossomas homólogos XX e, por sua vez, o homem possui um par formado por um cromossoma X e um Y. Estes pares, XX ou XY, são denominados cromossomas sexuais ou heterocromossomas e determinam o sexo de um indivíduo.
Durante a divisão celular os cromossomas estão condensados e, por isso, tornam-se visíveis ao microscópio óptico. O DNA encontra-se associado a proteinas, as histonas, formando com elas complexos organizados, os nucleossomas, que tornam a condensação e descondensação possíveis. Cada nucleossoma é constituído por 8 histonas à volta das quais se enrola o DNA. A separar um nucleossoma do nucleossoma vizinho existe uma porção de DNA designada por DNA de ligação.
CICLO CELULAR OU CICLO DE DIVISÃO CELULAR
A reprodução é uma propriedade fundamental das células. As células reproduzem-se através da duplicação de seus conteúdos e posterior divisão em duas células filhas, o que garante a sucessão contínua de células identicamente dotadas.
Divisão celular é o processo pelo qual uma célula (chamada célula-mãe) se divide em duas células-filhas. Nos organismos multicelulares, este processo pode levar ao crescimento do indivíduo (por crescimento dos tecidos) ou apenas à substituição de células senescentes por células novas. Nos organismos unicelulares, como as bactérias e muitos protistas, este é o processo de reprodução assexuada ou vegetativa.
As células diplóides podem ainda sofrer meiose para produzir células haplóides - os gâmetas ou esporos durante o processo de reprodução. Neste caso, normalmente uma célula dá origem a quatro células-filhas embora, por vezes, nem todas sejam viáveis.
Em organismos unicelulares, existe uma pressão selectiva 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.
Apesar de inúmeras variações existentes, os diferentes tipos celulares apresentam um nível de divisão óptimo, 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 neurónios nunca se dividem (permanecem no estado G0); outras, como as epiteliais, dividem-se rápida e continuamente.
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: a mitose, em que a célula se divide originando duas células descendentes e que é caracterizada pela divisão do núcleo, e a citocinese, a divisão do citoplasma.
A etapa seguinte, em que a célula não apresenta mudanças morfológicas, é compreendida no espaço entre duas divisões celulares sucessivas e chama-se interfase. Por muito tempo, os citologistas preocuparam-se com o período de divisão e a interfase era considerada como uma fase de repouso. Contudo, mais tarde, observou-se que a interfase era uma fase de actividade biossintética intensa, durante a qual a célula duplica seu DNA e o seu tamanho.
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.
Período G1: Compreende o tempo decorrido entre o final da mitose anterior e inicio da síntese. Caracteriza-se 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 cromossomas 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 com 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 afectam a replicação do DNA (drogas e radiações), razão pela qual são os primeiros a lesados nos tratamentos pela quimioterapia do cancro ou na radioterapia em geral. Outros tecidos não manifestam tão rapidamente lesões por apresentarem proliferação mais lenta, como 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 neurónios, o ciclo celular esta interrompido em G1 num ponto específico denominado G0.
Período S: Este é o período de síntese, que corresponde ao período de duplicação do 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. Esta duplicação obedece ao pareamento de bases onde Adenina emparelha com Timina e Citosina com Guanina, resultando numa molécula-filha réplica da original. A célula agora possui o dobro de quantidade de DNA.
Período G2: É o período entre o final da síntese e o inicio da mitose. 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, dá-se 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, actualmente sabe-se que é um processo continuo, interrompido apenas brevemente no período de mitose. A célula agora está preparada para a mitose, a fase final e microscopicamente visível do ciclo celular.
CONTROLO DO CICLO CELULAR
O ciclo celular é regulado pela interacção de proteínas, as quais compõem o Sistema de Controlo que conduz e coordena o desenvolvimento do ciclo celular. Essas proteínas surgiram a biliões 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 factores de crescimento (FC). Estes regulam a proliferação celular através de uma rede complexa de cascatas bioquímicas, que por sua vez regulam a transcrição génica e a montagem e desmontagem de um sistema de controlo. São conhecidas cerca de 50 proteínas que actuam como factores de crescimento, libertados por vários tipos celulares. Para cada tipo de factor de crescimento, há um receptor específico, os quais algumas células expressam na sua superfície e outras não.
Os factores de crescimento podem ser divididos em duas grandes classes:
1) Os de ampla especificidade, que afectam muitas classes de células, como por exemplo o PDGF (factor de crescimento derivado das plaquetas) e o EGF (factor de crescimento epidérmico).
2) Os de Estreita especificidade, que afectam células específicas.
A proliferação celular depende, de uma combinação específica de factores de crescimento. Alguns FC estão presentes na circulação, porém a maioria é originada por células vizinhas afectada 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 a sobrevivência, diferenciação e migração celular.
FACTORES DE CRESCIMENTO E CONTROLE DO CICLO CELULAR
Os factores de crescimento libertados 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 activação de uma cascata de fosforilação intracelular, que induz à expressão de genes. O produto da expressão destes genes são os componentes essenciais do Sistema de Controlo do Ciclo Celular, que é composto principalmente por duas famílias de proteínas:
1. CdK (cyclin-dependent protein Kinase), que induz à continuidade do processo através da fosforilação de proteínas selecionadas;
2. Cyclins, proteínas especializadas na activação de proteínas. Ligam-se às CdK e controlam a fosforilação de proteínas-alvo. São reconhecidas duas famílias de Cyclins: Cyclins G1 e Cyclins G2.
O ciclo de montagem, a activação e a desmontagem do complexo Cyclin-CdK são os eventos bases que dirigem o ciclo celular. O ciclo é regulado para parar em pontos específicos, que permitem que o sistema de controlo sofra influência do meio e são avaliadas as condições do meio extracelular e da própria célula. Neles são realizados check-ups. 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.
O controlo 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, levando a célula a entrar no período S. O complexo desfaz-se 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 ) activado 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 está entre a metafase e anafase, levando-a sair da mitose.
Cada passo da activação ou desativação marca uma transição no ciclo celular. A transição, por sua vez, inicia reacções que servem de gatilho para a continuidade do processo.
MITOSE
A mitose é o processo da divisão nuclear pela duplicação de cromossomas. A mitose é seguida pela divisão da membrana celular e do citoplasma, denominada citocinese. A mitose em conjunto com a citocinese gera duas células idênticas.
Um dos pressupostos fundamentais da biologia celular é o de que todas as células se originam a partir de células pré-existentes, à excepção do ovo ou zigoto que, nos seres vivos com reprodução sexuada, resulta da união de duas células reprodutivas (gâmetas), cada qual com metade da informação genética.
A mitose é um processo de divisão celular conservativa, já que a partir de uma célula inicial se originam duas células idênticas com igual composição genética (mesmo número e tipo de cromossomas), mantendo assim inalterada a composição e teor de ADN característico da espécie (excepto se ocorrer uma mutação, fenómeno muito raro e acidental). Este processo de divisão celular é comum a quase todos os seres vivos, dos animais e plantas multicelulares até aos organismos unicelulares, nos quais, muitas vezes, este é o principal ou único processo de reprodução - reprodução assexuada.
Este processo biológico é rentabilizado pelo homem de diferentes modos: como uma técnica agrícola - regeneração de plantas inteiras a partir de fragmentos (por exemplo, cultivo de begónias, roseiras, árvores de fruta, etc.); em laboratório - onde bactérias geneticamente modificadas são postas a reproduzirem-se rápida e assexuadamente, através de duplicação mitótica (por exemplo, para produzir insulina); na exploração de cortiça - a casca dos sobreiros é regenerada por mitose; na extracção de lã das ovelhas - o pêlo volta a crescer naturalmente pelo processo mitótico; e em muitas outras actividades que se tornam possíveis graças à existência deste processo de duplicação celular.
Quando em processo activo de divisão, as células passam pelo chamado ciclo celular, que tem duas fases principais: a interfase (momento de preparação para o processo de divisão) e a mitose (fase da divisão).
Na mitose ocorrem dois acontecimentos sequenciais no processo de formação de duas novas células (ditas filhas): primeiro, uma divisão do material genético contido no núcleo (cariocinese) e, depois, a divisão do citoplasma, com a separação definitiva das células (citocinese). O tempo de duração do ciclo celular é característico do tipo de célula e influenciado por vários factores externos, como a temperatura, pH, disponibilidade de nutrientes, etc. No entanto, o tempo que demora cada uma das suas fases é aproximadamente idêntico.
Dentro de cada uma das duas fases do ciclo celular, podemos definir ainda uma série de acontecimentos sequenciais. A interfase divide-se em três momentos:
• Fase G1: a célula prepara-se para a duplicação do material genético (ADN) aumentando a síntese de enzimas necessárias à síntese de ADN, assim como o número de organitos citoplasmáticos, sobretudo ribossomas. A célula cresce, aumentando de tamanho.
• Fase S: fase de síntese, em que ocorre um aumento da síntese proteica e a duplicação do material genético. Cada cromossoma é agora formado por dois cromatídeos-irmãos (idênticos) unidos apenas num ponto, o centrómero.
• Fase G2: a célula continua a preparar-se para a divisão, aumentando a síntese proteica, armazenando energia e sintetizando os componentes do fuso acromático.
Terminada a interfase, inicia-se a etapa de divisão celular - a mitose - em que o núcleo das células sofre transformações que o dividem em dois núcleos geneticamente iguais entre si e iguais ao núcleo original. É um processo contínuo no qual se distinguem quatro estádios:
• Profase: os cromossomas enrolam-se tornando-se curtos e grossos, a membrana nuclear fragmenta-se, os nucléolos desaparecem e forma-se o fuso acromático;
• Metafase: os cromossomas constituídos por dois cromatídios ficam condensados ao máximo e dispõem-se no plano equatorial formando a placa equatorial;
• Anafase: cada cromossoma divide-se pelo centrómero ficando os dois cromatídios separados e constituindo dois cromossomas independentes; em seguida, cada cromossoma assim formado vai ascender a cada um dos pólos da célula, ao longo das fibras do fuso acromático;
• Telofase: a membrana nuclear reorganiza-se à volta de cada grupo de cromossomas que ascendeu a cada pólo, reaparecem os nucléolos, a membrana celular e os cromossomas descondensam e alongam-se tornando-se invisíveis.
Terminada a cariocinese, inicia-se a citocinese (divisão do citoplasma), que originará duas células com idêntica composição genética, perfeitamente individualizadas.
A mitose é um processo fulcral para os seres vivos, já que permite o crescimento, regeneração e manutenção da integridade dos organismos, assim como a reprodução (apenas nos seres vivos com reprodução assexuada).
MEIOSE
Meiose é o nome dado ao processo de divisão celular no qual uma célula tem o seu número de conjuntos cromossômicos reduzido para metade. Por este processo são formados gâmetas e esporos. Consiste em duas divisões nucleares sucessivas, designadas I e II. Cada uma delas apresenta essencialmente as mesmas etapas que a mitose. Ocorre apenas em células diplóides especializadas, nas células germinais, e apenas em ocasiões determinadas do ciclo de vida de um organismo. Através deste fenómeno nuclear, uma única célula diplóide dá origem a quatro células haplóides, designadas gâmetas.
Nos organismos de reprodução sexuada, a formação dos gâmetas ocorre por meio deste tipo de divisão celular. Quando ocorre fecundação, pela fusão de dois gâmetas, ressurge uma célula diplóide, que passará por numerosas mitoses comuns até formar um novo indivíduo, cujas células serão, também, diplóides.
Nos vegetais, caracterizados pela presença de um ciclo reprodutivo haplodiplonte, a meiose não tem como fim a formação de gâmetas, mas sim a formação de esporos. Curiosamente, nos vegetais a meiose relaciona-se com a porção assexuada do ciclo reprodutivo.
A meiose permite a recombinação génica, de tal forma que cada célula diplóide é capaz de formar quatro células haplóides geneticamente diferentes entre si. Isso explica a variabilidade das espécies de reprodução sexuada.
A meiose conduz à redução dos cromossomas a metade. A primeira divisão é a mais complexa, sendo designada divisão de redução. Durante esta divisão ocorre a redução a metade do número de cromossomas.
Na primeira fase, os cromossomas emparelham e trocam material genético (entrecruzamento ou crossing-over), antes de se separarem em duas células-filhas. Cada um dos núcleos destas células filhas tem só metade do número original de cromossomas; os dois núcleos resultantes dividem-se por mitose, formando quatro células. Qualquer das divisões se pode considerar que ocorre em quatro fases: profase, metafase, anafase e telofase.
Na primeira divisão, durante a profase I, é de longa duração e muito complexa. Nesta etapa os pares de cromossomas tornam-se visíveis com longos filamentos delgados, constituídos por dois cromatídeos unidos pelo centrómero. Os cromossomas homólogos divididos longitudinalmente emparelham de forma muito precisa e podem trocar material genético, o que aumenta a variabilidade dos descendentes. Este emparelhamento - sinapse - é fundamental para a ocorrência de meiose. Nesta altura os pares de homólogos designam-se bivalentes (às vezes denominados tétrada porque contém quatro cromatídeos). Durante a sinapse ocorre trocas de segmentos entre os cromatídeos homólogos, processo designado crossing-over. Os pontos que unem os cromatídeos homólogos designam-se por quiasmas. Ao longo da Profase os quiasmas e sinapses desaparecem, tal como o nucléolo. No fim, os pares de homólogos estão praticamente separados.
Durante a metafase I, os cromossomas homólogos dispõem-se no plano equatorial da célula. Há o desaparecimento da membrana nuclear. Forma-se o fuso acromático e os microtúbulos ligam-se aos centrómeros dos bivalentes, os cromossomas homólogos dispõem-se no plano equatorial da célula.
Na anafase I, Esta etapa inicia-se com a separação dos cromossomas homólogos, ocorrendo a divisão dos centrómeros. Há a disjunção ou segregação dos homólogos, que se deslocam para pólos opostos da célula – migração polar.
Na telofase I, os cromossomas desfazem a formação espiral ou iniciam directamente a segunda divisão meiótica. Acaba a migração dos cromossomas homólogos, o fuso acromático desorganiza-se. Dá-se a reconstituição da membrana nuclear, divisão citoplasmática e individualização de duas células distintas. O número de cromossomas de cada uma destas células é metade do da célula inicial.
A Interfase entre as duas divisões pode não ocorrer; quando ocorre, geralmente não se observa a síntese de DNA. Entre a primeira e a segunda divisão não ocorre duplicação de DNA, por isso entre as duas divisões ocorre uma redução do número de cromossomas. Na segunda divisão, dá-se a separação dos dois cromatídeos de cada cromossoma, para que cada célula-filha resultante ter o mesmo número de cromossomas que as células resultantes da divisão 1, mas com apenas um cromatídeo. Ou seja, na segunda divisão há redução da quantidade de DNA. A segunda divisão também é contituida por 4 fases: Profase II, Metafe II, Anafase II e Telofase II. No final, da meiose, ocorre uma divisão do citoplasma, a citocinese que separa as células filhas formadas.
A profase II é uma fase curta, caracterizada por uma condensação progressiva da cromatina em cromossomas que se tornam cada vez mais visíveis. Nesta fase, os cromossomas são designados por univalentes porque são constituídos por dois cromatídeos. No final, o invólucro nuclear fragmenta-se e começa-se a constituir o fuso acromático (ou fuso meiótico).
Na metafase II, os cromossomas dispõem-se na placa equatorial e ligam-se aos microtúbulos pelos centrómeros. Assim, os cromossomas ficam na zona equatorial do fuso com os centrómeros no plano equatorial.
A transição da metafase II para a anafase II é feita pela divisão dos centrómeros e por consequências dos dois cromatídeos de cada univalente. Estes migram para pólos opostos, passando a constituir cromossomas independentes. Deste modo, agora cada pólo contém um número Haplóide de cromatídeos.
Na telofase II, os cromossomas desfazem a formação espiral e reaparecem os nucléolos. Termina a migração polar dos cromatídeos e o DNA descondensa. Reconstituem-se os respectivos núcleos, pela diferenciação do invólucro nuclear e nucléolos. O citoplasma divide-se, pelo processo de citocinese iniciado no final da anafase II, em quatro células haplóides, originadas a partir da célula que deu início ao processo. As células-filhas não podem sofrer mais divisões meióticas.
O fim da meiose é geralmente acompanhado pelo processo de citocinese. Este tem início no final da anafase II.
Nas células animais é o fuso meiótico que determina onde e quando tem lugar a citocinese, pela formação de um anal contráctil de filamentos proteicos de actina e miosina. Estes filamentos ao contraírem vão puxar a membrana para dentro formando um sulco de divisão que vai estrangular o citoplasma até as células se separarem.
Não esquecer que no final da primeira divisão temos 2 células-filhas, logo no final da segunda temos 4 células-filhas.
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