O Ciclo CelularFases do Ciclo Celular (G1, S, G2 e M)O ciclo celular divide-se em duas grandes etapas: A interfase e a mitose.

InterfaseA interfase é a etapa em que ocorre crescimento celular e a replicação do DNA, sendo que tanto um como outro ocorrem de maneira ordenada na preparação para a divisão celular (a qual ocorrerá na Fase M, correspondente à mitose). É o período entre as mitoses e corresponde a 95% do ciclo. Nesta etapa, os cromossomas estão descondensados e distribuídos pelo núcleo. Inclui as fases G1, S e G2:

Fase G1 (GAP 1): corresponde ao intervalo entre a mitose e a replicação do DNA (que ocorre na fase S), sendo que nesta fase G1 a célula encontra-se metabolicamente ativa e continua o seu crescimento, mas não duplica o seu DNA.

Fase S: onde ocorre a replicação semiconservativa (duplicação) do DNA.

Fase G2 onde continua o crescimento celular sendo sinetizadas proteínas necessárias para a entrada na Fase M.

Da Interfase à divisão celular dá-se: Condensação da cromatina; Rompimento do invólucro nuclear; Fragmentação do Golgi; Formação do fuso.

Fonte:https://www2.le.ac.uk/projects/vgec/highereducation/topics/cellcycle-mitosis-meiosis. Acedido pela última vez em: 16/12/2017.

Células em diferentes fases do ciclo celular podem ainda ser distinguidas pelo seu teor de DNA.

Fonte: The Cell - A Molecular Approach (Fourth Edition).

Fatores de crescimentoAo longo do ciclo celular as células vão sendo controladas por sinais extracelulares e por sinais internos, que acompanham, monitorizam e coordenam os diferentes processos do seu percurso, como por exemplo os fatores de crescimento.No final da fase G1 existe um ponto de regulação do ciclo celular que controla a passagem desta fase para a fase S, chamado de ponto de restrição – START (regulado por sinais extracelulares).

Na presença de fatores de crescimento indicados, a célula poderá transitar da fase G1 para a S, atravessando o ponto de restrição e estando assim apta para completar o que resta do ciclo celular. Para isso necessita de nutrientes, de atingir um certo tamanho, entre outros fatores. Este ponto de restrição foi verificado primeiramente nas leveduras.

Caso não estejam disponíveis estes fatores de crescimento indicados o ciclo celular para no ponto de restrição e as células entram na fase G0, onde não podem proliferar durante um período de tempo indeterminado. Apesar de metabolicamente ativas, cessam o seu crescimento e diminuem a síntese de proteínas.

Apesar da maior parte das células ser controlada em G1, existem algumas em que a sua proliferação é controlada em G2. Nos animais, os oócitos são o melhor exemplo de células controladas na passagem da fase G2 para a fase M, sendo que nos vertebrados por vezes os oócitos podem ficar retidos na fase G2 durante um longo período de tempo, até serem estimulados hormonalmente.

Fonte: The Cell - A Molecular Approach (Fourth Edition).

CheckpointsNa maior parte das células existem checkpoints (pontos de verificação do ciclo celular, que coordenam as diferentes fases do ciclo, impedindo a entrada na fase seguinte até que os eventos da fase anterior estejam completos). Inibem a replicação de cromossomas incompletos ou danificados (DNA não-replicado ou danificado), impedindo que os danos sejam transmitidos às células-filhas. (caso não haja reparação, a célula morre por apoptose).

Checkpoint na fase G1: permite a reparação de danos no genoma da célula antes desta entrar na fase S, na qual o DNA sofre replicação.

Checkpoint na fase S: assegura que o DNA danificado é reparado antes de se replicar, sendo também feito um controlo de qualidade digamos, ao DNA, que promove o reparo de qualquer erro sujeito a ocorrer durante a sua replicação.

Checkpoint na fase G2: deteta o DNA não replicado, gerando um sinal para o ciclo celular ser interrompido, impedindo o início da fase M até que a replicação do DNA esteja completa. Impede assim a entrada na fase M até a S estar completa, mantendo as células na fase G2 até a replicação do DNA estar concluída. Este ponto de verificação deteta ainda danos no DNA, como o resultante da radiação, possibilitando depois tempo para a sua reparação antes da entrada na mitose (ou seja, a célula entra em G0 até estar reparada).

Checkpoint de reunião no fuso (no fim da mitose): monitoriza o alinhamento dos cromossomas no fuso acromático (permite verificar se cada cromossoma está ligado a um microtúbulo). Caso ocorra alguma falha neste alinhamento, a Mitose para na Metáfase, não permitindo a separação de cromatídios e a sua segregação.

Nota:Existem 3 moléculas principais no decorrer do ciclo:

Cinases (cdk)– família de enzimas dependentes de ciclinas, que variam ao longo do ciclo. Uma Cdk sozinha fica inativa, mas a associação a uma ciclina torna-a uma enzima funcional, permitindo que modifique proteínas alvo dentro da célula.

Ciclinas – diferentes proteínas que existem ao longo do ciclo, auxiliando na sua progressão. Normalmente associam-se a cdk´s.

Inibidores de cinases – podem pertencer a 2 famílias, Ink 4 (inibem G1) ou Cip/Kip (inibem G1 e S), que se ligam e inibem a atividade da proteína Cdk1 (complexada com ciclina A ou B) e Cdk2 (complexada com ciclina A ou E).

ATM e ATRO bloqueio do ciclo celular nas fases G1, S e G2 é controlado por duas proteinocinases que reconhecem o DNA que não se replicou ou que está danificado – ATM e ATR - ativando um sinal que leva ao bloqueio ao ciclo celular, ao reparo do DNA ou mesmo à morte celular programada. Estas proteínas fosforilam as cinases Chk2 e Chk1, respetivamente, que fosforilam por sua vez as ciclinas componentes do mecanismo do ciclo celular de modo a bloquear a sua progressão. Estas proteínas foram descobertas porque foram identificadas mutações nos genes que codificam a ATM responsáveis pelo aparecimento de uma doença que atinge o sistema nervoso e imunitário, a ataxia telangiectasia que pode ainda provocar cancro nestes indivíduos afetados.

RBA proteína RB foi identificada pela primeira vez como o produto de um gene responsável por um tumor hereditário raro no olho - retinoblastoma.Chegou-se mais tarde à conclusão de que as mutações resultantes na ausência de proteína Rb funcional não se restringem ao retinoblastoma, mas também contribuem para uma variedade de cancro humano comum.

Rb uma proteína que restringe a entrada da célula na fase S, retardando a progressão do ciclo celular. É codificada pelo gene Rb supressor de tumor - um gene cuja inativação leva ao desenvolvimento do tumor.

A proteína RB é fosforilada por complexos Cdk4, 6 / ciclina D à medida que as células passam pelo chekpoint em G1.

Esta liga-se ao fator de transcrição E2F, que regula a expressão de vários genes envolvidos na progressão do ciclo celular, incluindo o que codifica a ciclina E, prendendo-o.

A atividade de Cdk2 / ciclina E é inibida pelo Cdk p27. O aumento da síntese da ciclina D leva à ligação de p27 aos complexos Cdk4,

6 / ciclina D, impedindo-o de se ligar a Cdk2 / ciclina E. Uma vez que Cdk2 é ativado, este também provoca a completa degradação de

p27 por fosforilação, o que leva à ativação completa dos complexos Cdk2 / ciclina E, que também fosforilam Rb.

Os complexos Cdk2 / ciclina E passam assim pelo ponto de restrição e iniciam a fase S, ativando as proteínas MCM (que iremos abordar mais à frente) nas origens da replicação, sendo assim possível a replicação.

O cancro é então causado por um gene de RB mutado.

p53Há uma cinase (ATM) que “alerta” quando há uma lesão na cadeia dupla de DNA. A cinase é ativada e fosforila a proteína p53. Esta fica estável no citoplasma e vai atuar como fator de transcrição da proteína p21. Este inibe, por sua vez, a cinase e a ciclina (complexos de Cdk2 / ciclina E), parando o ciclo em G1 tardia para corrigir o DNA.O não funcionamento da proteína p53 impede a paragem em G1 e o DNA danificado é replicado e transmitido às células filhas, em vez de ser reparado, o que contribui para uma maior frequência de mutações e instabilidade do genoma, podendo levar ao desenvolvimento de cancro.

Fonte: The Cell - A Molecular Approach (Fourth Edition).

O cdc2 no controlo da entrada em fase SLogo no início da fase G1 ou na fase G0, os complexos Cdk2 / ciclina E são inibidos pelo inibidor de Cdk p27. A passagem pelo ponto de restrição leva à síntese de ciclina E pela ativação de E2F. Além disso, a sinalização do fator de crescimento reduz os níveis de p27 inibindo a sua transcrição e tradução. A ativação resultante da Cdk2 / ciclina E leva à ativação da helicase do MCM e ao início da replicação do DNA, logo ao início da fase S.

Proteínas MCM São as proteínas MCM que permitem que a replicação seja iniciada. A sua ligação ao DNA é regulada durante o ciclo celular, de modo a que só se liguem durante a fase G1, permitindo que a replicação do DNA seja iniciada quando a célula entra na fase S.Assim, as MCM são deslocadas da origem, juntamente com as proteínas do complexo de reconhecimento de origem (ORC), de modo a que a replicação não possa ser iniciada novamente até a célula passar pela mitose e entrar na fase G1 do próximo ciclo celular. A associação de proteínas MCM com DNA durante as fases S, G2 e M do ciclo celular é bloqueada pela atividade das proteínas cinases que regulam a progressão do ciclo.

Fonte: The Cell - A Molecular Approach (Fourth Edition).

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Fase S: Replicação semiconservativa do DNANa fase S:

o Ocorre a replicação do DNA e das proteínas associadas.o Cada molécula de DNA origina, por replicação semiconservativa, duas

moléculas-filhas idênticas entre si.o As novas moléculas de DNA associam-se a histonas, formando-se cromossomas

constituídos por dois cromatídios ligados por um centrómero.

Para que se possam formar duas moléculas de DNA a partir de uma:1. Separar as cadeias da dupla hélice do DNA preexistente, as quais servem de

molde para a construção de cadeias complementares.2. Reconhecimento dos nucleótidos complementares das duas cadeias.3. Polimerização das novas cadeias.4. As cadeias recém-construídas permanecem ligadas ás cadeias-molde e formam-

se duas novas hélices de DNA.Assim, o novo DNA é formado por uma cadeia antiga e uma cadeia nova, construída com nucleótidos existentes no meio interno – replicação semiconservativa.

Com efeito, se as duas cadeias da dupla hélice se separarem (não é necessário que se dê uma separação completa, basta que seja local e se possa propagar como o mecanismo de um “fecho-éclair”), cada cadeia poderá comandar a síntese de uma cadeia que lhe é complementar graças ao emparelhamento das bases por ligações hidrogénio (A-T e C-G). Obter-se-ão, deste modo, no final da replicação, duas moléculas idênticas à molécula de partida.

Fig.1: Replicação semiconservativa (http://eescola.tecnico.ulisboa.pt/mgallery/default.asp?obj=1945)

A replicação do DNA como processo unidireccionalO DNA é sintetizado unidireccionalmente na direção 5’ → 3’ e utiliza como molde uma cadeia de DNA preexistente. Neste processo intervêm várias enzimas, entre elas:

o A enzima helicase, que separa as duas cadeias de DNA. As moléculas desta enzima desenrolam as duas cadeias que compõem a dupla hélice, quebrando as ligações hidrogénio estabelecidas entre as bases azotadas complementares de cada cadeia.

o As DNA polimerases agregam os sucessivos nucleótidos na extremidade 3’ da cadeia em crescimento. As DNA polimerases possuem duas características fundamentais:

- Todas sintetizam DNA apenas no sentido 5’ → 3’;- Nenhuma é capaz de iniciar a síntese “de novo” de uma cadeia de DNA, o que implica a necessidade de formação de sequências iniciadoras da cadeia-filha (RNA iniciador ou Primer formado pela RNAprimase).

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/50/0323_DNA_Replication.jpg

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8f/DNA_replication_en.svg/600px-DNA_replication_en.svg.png

Alongamento das duas novas cadeias de DNAAs cadeias de DNA são antiparalelas, o que cria uma primeira dificuldade durante a síntese de novas moléculas de DNA.

Fig.1: Cadeias de DNA antiparalelas.(https://lh5.googleusercontent.com/-9FTElsE9bUI/UUnS7FkXpqI/AAAAAAAAGM4/DcFeFNzmhB4/s800/liga%25C3%25A7%25C3%25A3o%2520das%2520bases%2520nitrogenadas.jpg)

Ao nível de cada forquilha de replicação, conforme a separação das duas cadeias progride, uma apresenta os seus nucleótidos no sentido 5’ → 3’ e a outra no sentido 3’ → 5’, de modo que a primeira, ao ser copiada, deveria gerar uma cadeia-filha que crescesse no sentido 3’ → 5’, algo que nenhuma DNA polimerase pode fazer. A célula resolve esta situação usando estratégias distintas na construção das duas novas cadeias.

o A cadeia-filha que adopta como molde a cadeia progenitora que corre no sentido 3’→5’ é construída no sentido 5’ → 3’, de forma contínua, por intermédio da agregação de nucleótidos na sua extremidade 3’, à medida que avança a forquilha de replicação. Cadeia leading – ou adiantada, é a cadeia sintetizada de forma contínua.

o Por outro lado, a outra cadeia-filha cujo molde é a cadeia progenitora que corre no sentido 5’→3’, é sintetizada de um modo singular, já que, para crescer neste sentido, a sua síntese deve ocorrer no sentido oposto ao avanço da forquilha de replicação. O problema supera-se fazendo com que a síntese seja descontínua. Isto implica que a nova cadeia seja construída em pequenos segmentos – fragmentos de Okazaki – que se ligam entre si, à medida que são produzidos.Cadeia lagging – ou atrasada, é a cadeia sintetizada de forma descontínua.

A replicação do DNA como processo bidireccionalA replicação do DNA é um processo bidirecional porque:

o Se produz em duas direções divergentes, a partir de uma mesma bolha de replicação.

o As cadeias da dupla hélice são sintetizadas em direções opostas.

o Quando a dupla hélice se abre, forma-se uma estrutura chamada bolha de replicação, cujo tamanho aumenta à medida que avança a separação das duas cadeias de DNA, fenómeno que se produz simultaneamente nos dois extremos da bolha.

o A replicação do DNA é assimétrica, pois de um lado da bolha a replicação é contínua, enquanto, no outro lado, é descontínua.

Helicases – Desenrolam as dupla-hélices do DNA.

Proteínas ligadoras de DNA – mantêm as cadeias mãe separadas, tornando-as disponíveis á RNA primase e á DNA polimerase.

Estabelece-se, desta forma, em cada um destes extremos, uma estrutura em forma de Y – chamada forquilha de replicação – cujos dois braços representam as cadeias do DNA já separadas e o tronco representa a dupla hélice em vias de separação.A replicação inicia-se em múltiplas origens (ORI’s), cada uma delas formando 2 forquilhas. As sequencias de replicação autónomas (ARS's) sustentam a replicação.Deste modo, cada bolha tem duas forquilhas de replicação que, a partir de um ponto de origem comum, avançam em direções opostas. As forquilhas desaparecem quando se integram com os seus similares nas bolhas contíguas, ao colidirem, após aproximação progressiva.Para iniciar a síntese de uma cadeia complementar de DNA, além da cadeia-molde, a DNA polimerase necessita de um primer (RNA iniciador).

RNA iniciador (ou primer) o é sintetizado por primossomas (um complexo de 7 proteínas entre as quais o

RNA primase).o permitir a ligação das DNA polimerases à cadeia molde para que esta continue

a síntese de DNA da cadeia-filha complementar da cadeia original no sentido 5’→ 3’ (sentido oposto ao sentido de replicação normal-síntese descontinua).

o A cadeia de DNA sintetizada de forma descontínua necessita de vários primers, um para cada fragmento de Okazaki. À medida que os fragmentos de Okazaki são sintetizados, os primers são enzimaticamente substituídos por nucleótidos de DNA. A ligação entre todos estes fragmentos é catalisada por uma enzima do grupo das ligases (DNA ligase codificada pelo gene dnaG.).

Replicão→ Segmento do DNA que é sintetizado a partir de uma origem da replicação (com as suas duas forquilhas). A replicação está concluída quando se conectam entre si os replicões sucessivos, formando duas hélices separadas de DNA.

Alguns autores calculam que, se o DNA das células eucariotas começasse a sua replicação por uma das extremidades da molécula e avançasse uniformemente ao longo desta, o processo de síntese demoraria, até estar concluído, vários dias. Na realidade, o tempo que o DNA demora para se duplicar é de algumas horas. A rapidez com que o faz, deve-se á ação cooperativa de milhares de replicões, ou seja, ao longo da molécula de DNA surgem vários pontos de início da replicação ao mesmo tempo, através da separação das duas cadeias de DNA, que permitem que o DNA se sintetize num tempo relativamente curto para o ciclo de vida da célula.

Fig.1: Ação cooperativa de replicões.(http://4.bp.blogspot.com/-Lq4s-b3m3cw/VfHDktZ0CPI/AAAAAAAAB00/T4BSsoPkYRc/s1600/replica%25C3%25A7%25C3%25A3o-dna-biomedicina-1.bmp)Finalização do ciclo replicativoTelómero

o Do grego telos - final, e meros – parteo Conjunto (centenas ou milhares) de sequências de DNA e de proteínas não

codificadas que compõem as extremidades dos cromossomas, estabelecendo uma barreira que protege as regiões internas dos cromossomas que contêm os genes.

o A presença do telómero é notada principalmente nas células eucarióticas uma vez que as células procarióticas formam cadeias circulares, portanto sem locais de terminação.

o No entanto, há exceções: existem bactérias com DNA linear e que possuem telómero.

o Esta sequencia é diferente entre os diferentes organismos. o Nos humanos e noutros mamíferos a sequencia é 5'-TTAGGG-3'.

Fig.1: Encurtamento de telómeros.(http://2.bp.blogspot.com/-XWP1y1ENTt8/VOhhSbGsZmI/AAAAAAAAsVs/fXqdUVWh0Ck/s1600/shortening_telomeres.png)

As repetições que formam os telómeros são consumidas lentamente ao longo dos vários ciclos de divisão. O encurtamento de telómeros está relacionado com o envelhecimento de células, permitindo que as células se dividam num numero finito de vezes. Do encurtamento dos telómeros pode também resultar a supressão de determinados genes indispensáveis à sobrevivência da célula ou haver alteração de outros genes associados. Dado que os telómeros não têm capacidade de se regenerarem, a determinada altura do processo, os cromossomas deixam de conseguir replicar-se. A célula perde, desta forma, a capacidade de se dividir.

Limite de Hayflick:o Ponto em que já não é possível haver mais divisões celulares, correspondendo

ao número de vezes que a célula se consegue dividir antes de morrer. o Á medida que se aproximam deste limite, mais sinais de velhice apresentam e

menor é o comprimento dos cromossomas.o Este limite varia de acordo com o tipo de célula e de acordo com o tipo de

organismo.

O telómero pode ser visto como um relógio biológico: Acredita-se que, quanto mais próximas as nossas células estiverem do limite de Hayflick, mais envelhecidos estaremos. Portanto, se pudermos retardar o encurtamento dos telómeros, nos afastando deste limite, a expectativa de vida pode ser prolongada. Não podemos modificar a idade, mas podemos e devemos agir sobre os fatores que contribuem para preservar o comprimento dos telómeros. Algumas dicas para preservar seus telómeros:

o Faça atividade física regularmente

Fig1: Exercício fisico.(http://s2.glbimg.com/MBSYawnsTkWJNzXUoDT0U3gtMmA=/0x37:1500x884/690x390/s.glbimg.com/es/ge/f/original/2013/03/08/idoso_corrida_get.jpg)

o Mantenha IMC adequado: As pessoas obesas têm telómeros mais curtos. De acordo com a Organização Mundial da Saúde, a obesidade está relacionada com o Índice de Massa Corporal maior que 30. Os indivíduos obesos, á medida que perdem peso veem os seus telómeros alongarem-se. Quanto mais massa gorda se perde maior é o alongamento o dos telómeros.

Fig.1: IMC.(https://3.bp.blogspot.com/-Tr141fcVMf8/WLTsbDYylGI/AAAAAAAAA6c/mKQqYL3aWB0TMGfLSrUmRyaaFRDgs3oEACLcB/s1600/imc-300x184.png)

o Diminua o estresse oxidativo: O estresse oxidativo está relacionado com as agressões por radicais livres de oxigénio aos organelos e às membranas celulares. Estes radicais são exacerbados pelo álcool, abuso de medicamentos, fumo, poluição, sol, exposição aos pesticidas e a metais pesados. O estresse oxidativo levam a um processo inflamatório.

Fig.1: Estresse oxidativo.(https://static1.squarespace.com/static/54884604e4b08e455df8d6ff/t/58334495e3df28a919cd3888/1479754955009/Screen+Shot+2016-11-21+at+5.01.20+PM.png?format=750w)

Telomerase Diversas enzimas garantem o funcionamento correto dos telómeros, podendo destacar a telomerase, quando o assunto é envelhecimento.

o Algumas células têm a capacidade de reverter o encurtamento dos telómeros através da expressão desta enzima, capaz de estender/produzir telómeros a partir de um molde de RNA.

o Esta enzima pertencente à classe das DNA polimerases que tem como função adicionar sequências específicas e repetitivas de DNA à extremidade 3 dos ′cromossomas, onde se encontra o telômero.

o Esta enzima é uma transcriptase reversa que usa como molde um modelo de RNA para sintetizar o DNA telomérico, em organismos eucariotos.

o Não é ativa na maioria das células somáticas (células do corpo).o Mas é ativa nas células germinativas (as células que constituem o esperma e o

óvulo) e em algumas células-tronco adultas, visto que estes tipos celulares vão ainda passar por diversas divisões (No caso das células germinativas, vão dar origem a um novo organismo).

Fig.1: Telomerase em ação.(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/52/Telemerase.JPG)

Muitas células cancerígenas têm telómeros mais curtos e a telomerase é ativada nessas células. Um dos objetivos da terapia contra o cancro é inibir a atividade da telomerase. Assim, a divisão excessiva das células cancerígenas poderá ser potencialmente parada, impedindo o crescimento do tumor cancerígeno.Os defeitos genéticos/mutações na manutenção e reparação dos telómeros dão origem a diversas doenças, para além de aumentam a suscetibilidade ao cancro. São elas a anemia aplástica, fibrose pulmonar, cirrose hepática e a disceratose congênita (doença hereditária rara, caracterizada pela tríade de pigmentação reticulada da pele, distrofia ungueal e leucoceratose).

MitoseA mitose é um fenómeno celular que ocorre em diversos tipos de células, nas quais, por um complicado processo de divisão nuclear e citoplasmática, uma célula origina duas células filhas. Estas são geneticamente iguais à célula mãe que lhe deu origem, mantendo-se inalterável o número de cromossomas específicos (2n->2n). É um processo de divisão celular em que as perpetuações do genoma celular se mantêm inalteráveis ao longo das diferentes gerações pós-mitóticas.

Durante a mitose, ocorre um conjunto complexo de fenómenos biológicos que se desenvolvem sucessivamente ao longo do processo, simultaneamente ou interligados e dependentes entre si.

Fases da mitose Prófase:

O início da prófase torna-se visível com o aumento de volume nuclear e aparecimento da cromatina organizada sob a forma de cromossomas, distribuídos irregularmente no nucleoplasma. Os cromossomas profásicos são do tipo dicromatídicos, isto é, são constituído por 2 cromatídeos (moléculas de DNA rigorosamente iguais).Os nucléolos iniciam a sua dissipação e, gradualmente, vão desaparecendo no nucleoplasma. Simultaneamente, os dois pares de centríolos (centrossomas), localizados na região perinuclear em direção aos pólos opostos das células. Gradualmente, os cromossomas vão-se encurtando, tornando-se mais espessos e compactos e, consequentemente, mais visíveis .(OBS: CADA CROMATÍDIO É FORMADO POR PROTEÍNAS HISTÓNICAS E NÃO HISTÓNICAS ASSOCIADAS A UMA MOLÉCULA DE DNA).

Prometáfase: Esta fase é reconhecida pelo início da desorganização e dissipação do invólucro nuclear, dando lugar ao aparecimento de fragmentos desse invólucro, estruturas morfologicamente semelhantes a cisternas do Retículo Endoplasmático. Os cromossomas prometafásicos continuam o seu encurtamento e espessamento, encontrando-se sem posição preferencial no nucleoplasma. Dessa forma, os dois cromatídios distinguem-se mais facilmente. Os cinetocoros dos cromossomas tornam-se visíveis em cada um dos lados do centrómero e, ao mesmo tempo aparecem os microtúbulos (microtúbulos cinetocorianos que estão ligados aos cinetocoros) orientados para os polos do futuro fuso mitótico ou acromático.

Com o desaparecimento completo do invólucro nuclear e do nucléolo, cada cromossoma inicia o processo de orientação e deslocamento para o plano equatorial do fuso, por meio dos diferentes tipos de microtúbulos (mais evidentes). Nesta altura, os centrossomas já se encontram em polos opostos da célula a partir do qual crescem os microtúbulos que eventualmente estabelecem uma ligação estável com o cinetocoros. Inicialmente esta ligação ocorre com os cinetocoros de um dos cromatídios de cada cromossoma e um polo, estando assim monorientado. A seguir, os microtúbulos provenientes do outro polo são capturados pelo cinetocoro livre, o que promove a migração do cromossoma para o plano equatorial do fuso, dando origem a cromossomas biorientados. Quando os cromossomas já estão biorientados, iniciam a migração em direção à região equatorial da célula. Durante esta fase os cromossomas continuam a compactar e os braços dos cromatídios separam-se claramente.

Metáfase: Os cromossomas metafásicos (de constituição dicromatídica) localizam-se no plano equatorial do fuso por meio dos seus centrómeros (ocorrência que caracteriza esta fase). Os cromatídios tornam-se mais distintos por ligeiro afastamento dos seus braços, ficando apenas aderentes na região do centrómero. Os cinetocoros e os microtúbulos cinetocorianos (MtC) tornam-se bem visíveis e orientados longitudinalmente desde cada polo do fuso acromático até os cinetocoros. Nesta fase mitótica, os centrómeros dos cromossomas mantêm-se, por um período curto, no plano equatorial do fuso, embora possa haver deslocamento dos braços dos cromatídios na direção dos polos. É a fase estática da mitose. Nesta fase, o fuso acromático é constituído pelos dois centrossomas situados em polos opostos e por diversos tipos de microtúbulos.

Anáfase: Esta fase é caracterizada pela ascensão polar de cada um dos cromossomas filhos (cromatídios irmãos dos cromossomas metafásicos) resultante da segregação dos cromossomas dicromatídios metafásicos. A anafase inicia-se com a dissolução da coesão centromérica, único ponto que unia os cromatídios de cada um dos cromossomas, sendo repuxado pelos microtúbulos cinentocorianos, e faz com que os cromatídios irmãos (agora, cromossomas monocromatídios) se desloquem para os polos. É a subfase designada por anafase A. Durante a sua deslocação, os cromossomas continuam com o cinetocoros interligado aos pólos por meio dos microtúbulos cinetocorianos. Os dois polos do fuso afastam-se um pouco mais um do outro por alongamento da célula devido à deslocação dos microtúbulos polares e, consequentemente, aumentando a distância entre os centrossomas. Esta é a subfase B.

Telófase: Esta fase é caracterizada pela reorganização do invólucro nuclear, rodeando os cromossomas que gradualmente se despiralizam e se descondensam tornando-se menos visíveis. Ocorre a nucleocinese (formação dos núcleos filhos). O centrossoma de cada uma das futuras células filhas fica localizado na região citoplasmática perinuclear junto ao invólucro nuclear recém-formado. A maior parte dos microtúbulos do fuso despolimeriza durante o início da telófase. Há a redistribuição equitativa dos organelos celulares pelas células filhas. O retículo endoplasmático e o complexo de Golgi fragmentam-se e, através de interações com microtúbulos provenientes dos centrossomas, migram em direção aos polos das células filhas.

Citocinese Durante a citocinese, o citoplasma é dividido através de um processo denominado de clivagem. A divisão inicia-se durante a mitose (anáfase B), continua durante a telófase, terminando antes das células entrarem novamente em interfase. A citocinese depende de um anel de contração. Este é formado pelos filamentos de actina, localizados paralelamente em relação ao plano de divisão e numa associação estreita com a face citoplasmática da membrana celular. Junto ao filamento de actina encontram-se os filamentos de miosina que, ao longo do processo de divisão produzem uma força que determina a contração do anel durante a telófase.

Constituintes do aparelho mitóticoElementos do fuso acromático (fuso mitótico) interferem no seu dinamismo. São eles, centríolos e microtúbulos. Designa-se por fuso acromático ou mitótico a estrutura dinâmica que se forma durante a mitose, fundamentalmente constituída pelos microtúbulos e centrossomas. O fuso é morfologicamente constituído por 2 polos diametralmente opostos, sendo que cada um é formado por uma região polar onde se encontra um centrossoma formado por 2 centríolos que se encontram em posição ortogonal. Os polos estão interligados entre si por um conjunto de microtúbulos, muitos ligados ao cinetocoro dos cromossomas. Numa posição perpendicular aos microtúbulos a uma distância igual entre os dois polos encontra-se a zona coplanar, que se chama plana equatorial do fuso (placa equatorial ou mitótica) que separa o fuso acromático em duas zonas iguais.

Centríolos: A maior parte das células em mitose possui estruturas microtubulares, constituídas por microtúbulos curtos, associados 3 a 3, formando tripletos. Estes tripletos, em número de 9, distribuem-se numa superfície cilindroide formando o centríolo. Na região polar das células encontra-se geralmente 2 centríolos que, conjuntamente com uma zona densa em proteínas denominada de região pericentrossomal, constituem o centrossoma. Os centríolos estão orientados em uma posição ortogonal. Em cada ciclo celular das células em divisão, o número de centríolos

duplica (modificação durante a interfase e mitose). A região pericentriolar é muito rica em centrina, centrofilinas, tubulinas, cinesina, calmodulina, tequetina, ATPases, RNA polimerases. Como os microtúbulos crescem a partir do centrossoma, esta estrutura também é conhecida de centro organizador dos microtúbulos. Associado aos microtúbulos encontra-se um grupo de proteínas, dentre elas podemos citar as: cinesinas e as dineinas. Estas proteínas são denominadas de proteínas motoras e apresentam dois domínios, um domínio para a formação de dímeros que permita a ligação aos microtúbulos, e um outro domínio para a associação com outros componentes. Estas proteínas ligam os microtúbulos e utilizam a energia proveniente da hidrólise do ATP para mover estruturas celulares tanto na direção (-), no caso das dineínas, como na direção (+) no caso das cinesinas.Centros organizadores dos microtúbulos: Dentro de uma célula, os microtúbulos são polimerizados a partir dos centros organizadores dos microtúbulos. Algumas partes do material pericentriolar e dos centríolos já foi identificada. O material pericentriolar contém pericentrina, centrina, DMAP60, CP190 e a tubulina teta. Esta última, isomorfa da tubulina, conjuntamente com uma série de outras proteínas organiza a estrutura em anel que serve de base para a polimerização dos microtúbulos. Este anel está localizado na extremidade (-) dos microtúbulos e serve de polo de nucleação para iniciar a sua polimerização.Cromossomas mitóticos: A replicação de DNA durante a fase S origina duas moléculas de DNA mantêm-se juntas devido a acção de um complexo proteico chamado coesinas. As coesinas permitem manter juntas as suas moléculas de DNA que depois darão origem aos cromatídios irmãos. Inicialmente, a coesão observa-se ao longo do todo o comprimento das moléculas de DNA. Mais tarde, durante o fim da prófase e o início da prometafase, quando os cromossomas estão bastante condensados, as coesinas são removidas dos braços, contudo mantêm-se no centrómero de forma a manter os cromatídios juntos até o início da anáfase. Centrómero: É a zona situada na constrição primária dos cromossomas, por onde se interligam os dois cromatídios do cromossoma em prometafase e em metáfase. É estruturalmente constituído por duas estruturas idênticas, onde se destaca a heterocromatina dos cromatídios e as proteínas centroméricas internas em posição central. Sua posição determina o comprimento do braço dos cromossomas. Com esta classificação temos, cromossomas metacêntricos, submetacêntricos, acrocêntricos e telocêntricos.Cinetocoros: Cada cromossoma metafásico e prometafásico apresenta dois cinetocoros distintos em posições opostas, cada um ligado a um dos cromatídios irmãos na região do centrómero. Os microtúbulos cinetocorianos ligam-se a esta estrutura.O fuso mitótico é formado por três tipos de microtúbulos que estão envolvidos em aspetos diferentes:

o Microtúbulos polares: A partir dos centrossomas estendem-se em direção ao polo oposto do fuso e sobrepõem-se na parte central. Estes microtúbulos são responsáveis, durante o período inicial da formação do fuso, por interações com as proteínas que estabelecem pontes entre os microtúbulos provenientes dos dois polos.

o Microtúbulos cinetocorianos: estabelecem uma ligação entre os centrossomas e os cinetocoros. Estão envolvidos na organização da placa equatorial e, posteriormente na segregação dos cromatídios.

o Microtúbulos astrais: crescem em direção ao córtex, principalmente na direção oposta onde se encontra o fuso. Estão envolvidos na separação dos polos durante a anáfase B.

Associação entre microtúbulos e cromossomas: Estudos têm sugerido que a força proveniente dos centrossomas, que repele os cromossomas, é estabelecida pela associação entre as extremidades positivas dos microtúbulos e proteínas motoras que se encontram presentes nos braços dos cromossomas. Estas proteínas motoras deslocam-se na direção positiva dos microtúbulos o que estará de acordo com a movimentação dos cromossomas monorientados para o centro da célula.Enquanto na metáfase se observa uma adição de subunidades à extremidade (+) destes microtúbulos e uma perda lenta de subunidades na extremidade (-), na anáfase temos 2 processos. Na anáfase A os microtúbulos do cinetocoro perdem subunidades, principalmente na sua extremidade (+), à medida que os cromatídios se deslocam na direção dos centrossomas opostos. A segunda parte da anáfase é denominada anáfase B e envolve o aumento da distância entre os centrossomas. Para isso os microtúbulos polares provenientes de polos opostos do fuso estabelecem ligações por meio de proteínas motoras do tipo cinesinas, que promovem a deslocação dos microtúbulos para as extremidades (+). O resultado é a separação do fuso. Noutro parecem existir proteínas motoras tipo dieínas, ligadas ao córtex celular e associadas às extremidades (+) dos microtúbulos astrais. A deslocação das proteínas motoras na direção (-) dos microtúbulos levará a puxar os centrossomas na direção da membrana celular, contribuindo para o aumento da distância entre os polos do fuso.

Meiose

Meiose (geral)

A meiose é um tipo especial de divisão celular que ocorre nas células germinais dos organismos que se reproduzem sexuadamente e dá origem a células-filhas haploides. Define-se como o conjunto de duas divisões celulares consecutivas e complementares, com uma única replicação de DNA, nas quais a 1ª divisão ou meiose I é reducional ou heterotípica por reduzir a metade o número de cromossomas diploide de cada célula e a 2ª divisão ou meiose II é homotípica ou equacional por separar cromatídios-irmãos das células haploides. A meiose é importante pois contribui para a diversidade dos seres vivos e é responsável pela estabilidade e continuidade do número característico de cromossomas de cada espécie ao longo das gerações. A meiose faz parte de um ciclo celular, designado ciclo celular meiótico. Este compreende essencialmente duas fases distintas: a interfase pré-meiótica e a fase M (Meiose).A interfase pré-meiótica é o tempo durante o qual ocorre, não só o crescimento da célula germinal, como também a replicação semi-conservativa do DNA, de uma forma ordenada e regulada, em preparação para a meiose. A interfase pré-meiótica divide-se em três períodos diferentes como a mitose: Período G1 (“Gap 1”) que corresponde ao intervalo entre o fim da meiose e o início da replicação do DNA. O período G1 é seguido do período S (=Síntese) durante o qual se dá a replicação do DNA. A completa síntese do DNA é seguida pelo período G2 (“Gap 2”) durante o qual continua o crescimento celular e proteínas são sintetizadas em preparação para a meiose.Em seguida ao período G2, as células iniciam as duas divisões sequenciais da meiose. A 1ª divisão meiótica, ainda que contínua, é dividida em profase I (que engloba os estados de leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese), metafase I, anafase I e telofase I. A 2ª divisão meiótica abrange as fases: profase II, metofase II, anafase II e telofase II. Convencionalmente, um período muito breve diferente da interfase pré-meiótica, chamado intercinese, pode separar as duas divisões meióticas. É importante notar que nenhuma replicação adicional do DNA tem lugar durante o estado de intercinese.

Legenda: Fases da meiose (Retirada de: The Cell - A Molecular Approach (Fourth Edition).)

Profase I

O emparelhamento dos cromossomas homólogos após a replicação do DNA permite a recombinação entre os cromossomas de origem paterna e materna e tem lugar durante uma longa prófase na meiose I, que se divide em cinco etapas em função da morfologia cromossómica:

Legenda: Subfases da prófase I da meiose (retirada de: https://octavoccnn15.files.wordpress.com/2015/02/figura1214.jpg)

Leptóteno ou estado de condensação: É marcado pela diferenciação da cromatina interfásica das células germinais em cromossomas leptoténicos, sob a forma de filamentos muito delgados distribuídos ao acaso pelo nucleoplasma. Enquanto ocorre a condensação dos cromossomas leptoténicos, diferencia-se uma série de dilatações e constrições chamadas cromómeros. O significado funcional destes cromómeros ainda não é bem conhecido. A possibilidade mais provável é que os cromómeros sejam simples extensões de cromatina, pregueada em unidades funcionais, que atuam no emparelhamento e recombinação dos cromossomas homólogos.

Legenda: Leptóteno (retirada de: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/figuras/Citologia2/leptoteno.jpg)

Zigóteno ou estado de emparelhamento: A transição do estado de leptóteno para o estado de zigóteno ocorre quando os cromossomas homólogos começam a juntar-se um ao outro e a emparelhar-se. O emparelhamento dos cromossomas homólogos chama-se sinapse. Durante este estado, uma estrutura de natureza proteica em forma de fecho éclair denominada complexo sinaptonémico (CS) inicia a sua diferenciação ao longo dos cromossomas homólogos emparelhados. O complexo sinaptonémico que une os dois cromossomas na sinapse está intimamente relacionado com os mecanismos de emparelhamento e recombinação.

Legenda: Zigóteno (retirada de: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/figuras/Citologia2/zigoteno.jpg

Legenda: Complexo Sinaptonémico (Retirada de: The Cell - A Molecular Approach (Fourth Edition).)

Paquíteno ou estado de recombinação: O estado de paquíteno começa quando o emparelhamento dos cromossomas homólogos e a formação do complexo sinaptonémico se completaram. Durante este estado, pode ocorrer um processo designado sobrecruzamento ou crossing-over. Cada um dos lados do CS é constituído por dois elementos laterais. que estão separados por um espaço designado espaço central do CS. Ao longo da parte média do espaço central, fica o elemento central equidistante dos elementos laterias. Distribuídos ao longo do elemento central, existem estruturas com forma ovalar designadas nódulos de recombinação. Em todas as formas de CS, filamentos proteicos designados filamentos transversos atravessam o espaço central e unem o elemento central com os elementos laterais. O CS diferencia-se entre os pares de homólogos justamente antes de começar a recombinação, persiste durante estado de paquíteno e desintegra-se quando a recombinação está completa. A recombinação resulta da troca de grupos de genes produzida por rutura e nova fusão em forma de cruz (quiasma) de fragmentos análogos, correspondentes a cromatídios internos não-irmãos das tétradas.

Legenda: Paquíteno (Retirado de: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/figuras/Citologia2/paquiteno.jpg)

Legenda: Complexo sinaptonémico (Retirado de: Biologia Celular e Molecular, Junqueira e Carneiro (9ª Edição))

Diplóteno ou estado de síntese Quando o estado de paquíteno termina, a separação entre os cromossomas homólogos acontece. À medida que progride o estado diploteno a separação entre os homólogos acentua-se cada vez mais. Os cromossomas homólogos tornam-se assim tão afastados um do outro que parece que se repelem entre si, excepto em pontos de ligação (quiasmas) situados ao longo das tétradas. Durante o estado de diploteno, os cromossomas descondensam-se, tornando-se muito ativos na transcrição de RNA e síntese de proteínas. A descondensação neste estado, em alguns organismos, produz uma configuração invulgar na qual a cromatina forma ansas que se estendem para fora de todas as partes dos cromossomas. As tétradas com esta configuração são chamadas cromossomas lampbrush (escovilhão). As ansas nestes cromossomas são lugares de intensiva transcrição de RNA’s. O estado de diploteno pode manter-se por longos períodos de tempo.

Legenda: Diplóteno (Retirada de: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/figuras/Citologia2/diploteno.jpg)

Diacinese ou estado de recondensação No final do estado de diploteno, deixa de ocorrer a transcrição de RNA’s e os cromossomas voltam a adquirir a morfologia condensada ou compacta. Esta transição morfológica marca o aparecimento da diacinese. O centrossoma dividido e os dois ásteres resultantes afastam-se um do outro no sentido dos polos opostos da célula e diferenciam os microtúbulos asterais do fuso meiótico. Enquanto a diacinese progride, os cromossomas, cuja condensação aumentou, forçam os quiasmas em direção aos seus telómeros (terminalização dos quiasmas). A diacinese marca o fim da prófase I.

Legenda: Diacinese (Retirada de: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/figuras/Citologia2/diacinese.jpg)

Meiose I Os vários acontecimentos morfológicos e fisiológicos da prófase I estão na base do grande significado biológico da meiose, pelas três consequências genéticas daí resultantes: redução cromática, crossing over e síntese da maior parte ou de todas as moléculas de RNA’s, proteínas, lípidos, nucleótidos, necessários para a diferenciação dos gâmetas e estados precoces do desenvolvimento embrionário.Durante a prometáfase I, a condensação dos cromossomas alcança seu grau máximo. O invólucro nuclear desaparece e os microtúbulos do fuso conectam-se com os cinetocoros. Esta conexão é diferente da registrada na mitose, porque as fibras do fuso provenientes de cada polo celular associam-se aos dois cinetocoros-irmãos e não com um. Durante a metáfase I os bivalentes dispõem-se no plano equatorial da célula. Pelo modo como se ligam às fibras do fuso, os cinetocoros de cada cromossomo homólogo " olham" para o mesmo polo.Durante a anáfase I, os cinetocoros opostos são tracionados para os respetivos polos, de modo que os homólogos de cada bivalente, cada um composto por dois cromatídios-irmãos, se separam. Quando os cromossomas homólogos se separam por completo, nas células-filhas os dois cromatídios de cada cromossoma são mistos, pois têm segmentos cromossómicos tanto paternos como maternos. Durante a telófase I, os grupos cromossómicos haploides chegam a seus respetivos polos e em torno dele são construídos os invólucros nucleares. A telófase I é seguida pela partição do citoplasma, e as duas células-filhas passam por um curto período de interfase no qual não há replicação do DNA (não há fase S). Por conseguinte, as células-filhas derivadas da meiose I possuem um número haploide de cromossomas, cada um destes composto por dois cromatídios-irmãos.

Meiose IIEstas células começam a meiose II, cujas etapas, como veremos em seguida, são similares às da mitose. Na prófase II as fibras do fuso reaparecem e o invólucro nuclear desaparece.

A metáfase II leva os cromossomas ao plano equatorial da célula. As fibras do fuso unem-se aos cinetocoros, que se colocam como nos cromossomas mitóticos, ou seja, a apontar para polos opostos da célula. Na anáfase II, com a tração que as fibras do fuso exercem sobre os cinetocoros, o centrómero divide-se e os cromatídios-irmãos de cada cromossomo são separados e levados para os polos opostos da célula. Na telófase II, cada um dos polos da célula recebe um conjunto haploide de cromatídios. A formação de um novo invólucro nuclear em torno de cada conjunto cromossómico haploide, seguida pela repartição do citoplasma, põe fim à meiose.

Legenda: Fases da meiose (Retirada de: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/figuras/Citologia2/meiose.gif)

Controlo do ciclo celular

Morte Celular Programada: apoptose vs necrose. Piroptose e autofagia

Morte celular programada é uma expressão que sugere que a morte celular foi geneticamente programada, como é caso durante o desenvolvimento e o envelhecimento. Morte celular programada é geralmente contrária a morte celular acidental, como é caso a necrose induzida por um estímulo patológico. No entanto, há várias circunstâncias em que é difícil considerar a se a morte é programada ou acidental. A morte celular programada parece-nos um destino celular difícil de compreender, mas é essencial. Por exemplo, durante o desenvolvimento embrionário, a morte de algumas células específicas permite que as nossas mãos não tenham membranas entre os dedos, e que as nossas caudas embrionárias não persistam, e que o nosso cérebro não esteja repleto de conexões nervosas desnecessárias. Há muitas células, como glóbulos brancos, que estão constantemente a morrer e que precisam ser substituídas. A morte programada das células é equilibrada pela formação de células novas em adultos saudáveis. De outra forma, os tecidos do corpo encolheriam ou cresceriam excessivamente.

ApoptoseA expressão "apoptose" foi usada para descrever um aspecto morfológico específico da morte celular. A apoptose é acompanhada pelo arredondamento da célula, retração de pseudópodes (projeção temporária da membrana plasmática sustentada por filamentos de actina), redução do volume celular, condensação de cromatina, fragmentação nuclear, pequenas modificações ao nível de organelos citoplasmáticos, fragilização da membrana plasmática (mas manutenção da sua integridade até o estágio final de o processo) e a captação por fagócitos residentes. Por isso, o termo "apoptose" deve ser aplicado exclusivamente aos eventos de morte celular que ocorrem enquanto manifestam várias dessas características morfológicas. Vale ressaltar que não é correto supor que "morte celular programada e" apoptose "são sinônimos.

NecroseA "necrose" é morfologicamente caracterizada por um aumento no volume celular, inchaço dos organelos, rutura da membrana plasmática e consequente perda de conteúdo intracelular. Durante muito tempo, a necrose foi considerada apenas como uma forma acidental descontrolada de morte celular, mas evidências têm demonstrado que a execução da morte celular necrótica pode ser finamente regulada por um conjunto de caminhos de transdução de sinal e mecanismos catabólicos. Embora não exista um consenso generalizado sobre o uso desta expressão, alguns autores propuseram o termo "necroptose" para indicar necrose regulada (ao contrário de acidental).

Retirado de : Review - Classification of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2009