Slide - Aula 2 - Ciclo Celular - 2023-2

Professor Diego Mattos Penedo diego_penedo@hotmail.com Ciclo celular, mitose e meiose Introdução • As células, de forma geral, passam por etapas para sua multiplicação (mitose) ou formação de gametas (meiose). • Na maior parte do tempo a célula está cumprindo suas funções normais e, em um curto período, ela se divide para formar novas células. O ciclo celular • É a transição da interfase para a divisão da célula (mitose) e a volta para a interfase. • Interfase: é o intervalo entre cada divisão celular. O material genético está descondensado, sob a forma de cromatina. • Mitose: tipo de divisão das células somáticas que produz células-filhas geneticamente iguais àquela que lhes deu origem. Nessa etapa, o material genético se torna condensado permitindo visualizar as réplicas e a sua divisão. O ciclo celular – resumo M • Ciclo celular • Fases: (G0) G1 S G2 M https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/nucleo11.php Mas o que estimula a mudança de etapas? • Cada fase do ciclo celular é ativada quanto a célula atinge uma determinada concentração de ciclinas (grupo de proteínas) que controlam o ciclo celular • As ciclinas desencadeiam cada evento do ciclo celular associando-se a uma família de enzimas chamada quinases dependentes de ciclinas (Cdk’s) Mas o que estimula a mudança de etapas? • Quinase: é um tipo de enzima que transfere grupos fosfatos de moléculas doadoras de alta energia (como o ATP) para moléculas-alvo específicas (substratos), o que permite as ciclinas realizarem sua função, quando associadas • Uma Cdk sozinha fica inativa, mas a ligação com uma ciclina a ativa, tornando-a uma enzima funcional. Mas o que estimula a mudança de etapas? • Em G1, o aumento de G1/S-ciclina gera a formação do complexo G1/S-Cdk, que promove as alterações desta fase (como o crescimento celular). O nível desse complexo diminui no início da fase S. OBS.: curva de Cdk não está mostrada no gráfico, apenas de ciclinas Alberts et al., 2010 Mas o que estimula a mudança de etapas? • o complexo S-Cdk se forma e estimula a replicação do DNA. • Os níveis desse complexo diminuem na mitose. • Também contribui para eventos mitóticos iniciais. OBS.: curva de Cdk não está mostrada no gráfico, apenas de ciclinas Alberts et al., 2010 Mas o que estimula a mudança de etapas? • O complexo M-Cdk se forma em G2, estando ainda inativos. Se ativam no fim de G2, gerando o estímulo para entrada da célula na mitose. OBS.: curva de Cdk não está mostrada no gráfico, apenas de ciclinas Alberts et al., 2010 Mas o que estimula a mudança de etapas? • O complexo proteico APC/C (“complexo promotor de anáfase” ou “ciclossomo”) inicia a transição da metáfase para a anáfase. • causa a destruição das ciclinas M a partir da anáfase = força a célula a sair da mitose OBS.: curva de Cdk não está mostrada no gráfico, apenas de ciclinas Alberts et al., 2010 O ciclo celular M Interfase • Fase G0 • Atividade nuclear baixa. • Células metabolicamente ativas • Células que já atingiram um estágio final de desenvolvimento e não precisam mais se dividir – como os neurônios – mantêm- se na fase G0 permanentemente ou até que um sinal externo as “acorde” para que voltem a se dividir. https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/nucleo11.php O ciclo celular M Interfase • Fase G1 • Nesse estágio, a célula aumenta de tamanho e há uma intensa síntese proteica. A maioria das proteínas sintetizadas terá função enzimática no processo de replicação do DNA. • Metabolismo celular ainda é normal. https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/nucleo11.php Dura cerca de 5h O ciclo celular M Interfase • Fase G1 • Checkpoint G1 – “seguir ou não o ciclo celular?” (ir para G0 ou S?) • Aumento [ou não] da concentração das ciclinas para o prosseguimento do ciclo celular https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/nucleo11.php O ciclo celular M Interfase • Fase S (ou de “síntese”) • Replicação do material genético/DNA. • Cada cromossomo (ainda sob a forma de cromatina) terá ao final, 2 cromátides unidas pelo centrômero. https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/nucleo11.php Dura cerca de 7h O ciclo celular M Interfase • Fase G2 • Conclui o crescimento celular (ao final o volume da célula está duplicado); • Organização do conteúdo celular – preparo para mitose; https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/nucleo11.php Dura cerca de 3h • Checkpoint 2 – checagem se houve algum dano ou o DNA foi replicado anormalmente, onde o ciclo pode ser interrompido até que ocorra o reparo. O ciclo celular M Mitose • Dividida em 4 etapas principais: • Prófase • Metáfase • Anáfase • Telófase https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/nucleo11.php No total, a mitose dura cerca de 1h Mitose • Prófase • Inicia a condensação dos cromossomos • Os centríolos migram para os polos da célula (centrossomo), e iniciam a formação do fuso mitótico OBS.: condensação dos cromossomos • Função: para que haja a separação das cromátides-irmãs sem quebras na molécula do DNA Cromátides-irmãs? • Na intérfase, as moléculas de DNA (cromossomos) não estão duplicados, ou seja, só há uma cromátide • Na fase S, quando há duplicação, uma molécula idêntica àquela que serviu de molde “surge”, como um “clone”. Ambas as moléculas, unidas pelo centrômero, são as cromátides irmãs. Mitose • Prometáfase • Fase de transição prófase-metáfase • A membrana nuclear se rompe, liberando os cromossomos no citoplasma celular. • Microtúbulos se ligam às cromátides-irmãs pelos cinetócoros (estruturas proteicas presentes na região do centrômero do cromossomo mitótico) Cromossomo replicado Região centromérica do cromossomo Cromátide Cinetocoro Microtúbulos do cinetocoro Cinetocoro Cromátide anafásica Direção do movimento da cromátide Microtúbulos encaixados no cinetocoro 1 μm Alberts et al., 2010 Mitose • Metáfase • O fuso mitótico está completo • Cromossomos em grau máximo de condensação • Os cromossomos estão alinhados na placa metafásica (“equador” da célula) Mitose • Anáfase • Separação das cromátides-irmãs, cada uma sendo puxada para um dos polos da célula • Cada região centromérica é dividida em duas • Fase onde ocorrem os eventos mais críticos de distribuição dos cromossomos/cromátides-irmãs Mitose • Telófase • Chegada das cromátides-irmãs aos polos das células; • Descondensação dos cromossomos; • Membranas nucleares são refeitas, assim como as cromatinas e nucléolo; • Citocinese – constrição do citoplasma para divisão completa das células; • Duas células-filhas iguais à original estão formadas. Meiose Meiose • Palavra derivada do grego que significa "diminuição“; • Ocorre na produção das células germinativas; • é o processo que reduz o estado diploide (2n) das células somáticas para o estado haploide (n) dos gametas - isto é, reduz pela metade o número de cromossomos de uma célula. Ex.: se uma célula somática humana tem 2n = 46... Um gameta tem n = 23 Meiose • Mas qual a importância de os gametas serem haploides? • Manutenção do número de cromossomos de cada espécie • Do contrário, o número de cromossomos dos organismos seria duplicado a cada geração • Na fecundação, o número diploide é reestabelecido Meiose • Características desse processo • Cada gameta deve receber um representante de cada par cromossômico • Deve assegurar variabilidade genética: • Segregação independente dos cromossomos • Crossing-over (trocas de partes dos cromossomos homólogos) Meiose • Ocorre em duas etapas Meiose I ou Reducional Meiose II ou Equacional Meiose I - Reducional • Prófase I 1. Leptóteno 2. Zigóteno 3. Paquíteno 4. Diplóteno 5.Diacinese • Metáfase I • Anáfase I • Telófase I Obs.: antes dessa fase, os cromossomos foram duplicados na fase S da interfase, como na mitose Meiose I - Reducional • Prófase I – Cada uma das 5 fases da prófase é designada por um termo grego. Esses termos indicam as principais características relativas à aparência ou ao comportamento dos cromossomos. 1. Leptóteno (do grego, “filamentos delgados”): inicia a condensação da cromatina 2. Zigóteno (do grego, “filamentos emparelhados”): pareamento dos homólogos. Formação das sinapse = aproximação das cromátides não-irmãs (ou seja, cromátides de cromossomos homólogos), formando o chamado complexo sinaptonêmico (com estrutura proteica). Zigoteno Formação bivalente Formação do complexo de sinapses Complexo sinaptonêmico Elementos laterais Fibra de cromatina do homólogo 1 Elemento central Elementos laterais Fibras de cromatina do homólogo 2 Fibras transversais FIGURA 2.10 Micrografia eletrônica (A) e o diagrama (B) mostrando a estrutura do complexo sinaptonêmico que se forma entre cromossomos homólogos durante a prófase I da meiose. Meiose I - Reducional • Prófase I 3. Paquíteno (do grego, “filamentos espessos”): continua a condensação dos cromossomos em volumes menores; Formação de pontos de quiasma (do grego, "cruz") – representado pela troca entre cromátides não-irmãs de cromossomos homólogos. Formação de quiasma; Ocorre o crossing-over – processo que gera recombinação do material genético, promovendo variabilidade Meiose I - Reducional • Prófase I 4. Diplóteno (do grego, “dois filamentos”): os homólogos se afastam um pouco, evidenciando o crossing-over, mas o quiasma (região onde ocorreu o crossing over) permanece bem unida; Meiose I - Reducional • Prófase I 5. Diacinese (do grego, “movimento através de”): última etapa da prófase I. Cromossomos se afastam e se condensam mais; A membrana nuclear se rompe; O fuso acromático se forma e se liga nos cinetócoros dos cromossomos; Os cromossomos seguem para o centro da célula ainda unidos pelo quiasma. Meiose I - Reducional • Metáfase I Cromossomos no grau máximo de condensação; Os cromossomos se posicionam no plano equatorial da célula Os quiasmas se moveram para as extremidades dos cromossomos (neste momento, os cromossomos que sofreram crossing-over estão quase separados/sem quiasmas) Meiose I - Reducional • Anáfase I Cada cromossomo é puxado para um dos polos da célula (“disjunção cromossômica” = separação dos cromossomos homólogos) Obs.: diferente da anáfase da mitose, pois ocorre a separação dos cromossomos homólogos, e não das cromátides-irmãs! Meiose I - Reducional • Telófase I O fuso se desfaz; as células-filhas são separadas por membranas; os cromossomos são descondensados; e um envoltório nuclear se forma ao redor dos cromossomos de cada célula-filha; Citocinese. Meiose II - Equacional • A meiose II é semelhante à mitose, com as quatro etapas (prófase II, metáfase II, anáfase II e telófase II, além da citocinese); • as principais diferenças são: • a ocorrência de crossing-over (na fase anterior); • a ausência de duplicação do material genético antes desta fase; • e cada célula tem apenas um dos homólogos (e não os dois, como na mitose). Meiose II - Equacional Na meiose II, duas células são geradas a partir de cada uma das duas células que foram geradas na meiose I. Logo, ao final de toda meiose, ocorre a formação de quatro células-filhas com metade do número de cromossomos da célula original Meiose Meiose Resumo da Meiose Reducional Reducional Equacional Equacional Separação dos cromossomos homólogos Separação das cromátides-irmãs Interfase Fase S: Replicação do DNA http://sites.crdp-aquitaine.fr/stl/lexique/meiose/