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Fases do ciclo celular 2 0 8 1
2 0 O ciclo celular é composto de interfase (fases G , S, e G8 2 ), seguido pela fase mitótica 2 0 (mitose e citocinese) e fase G8 0. Introdução Alguma vez você viu uma lagarta se transformar em borboleta? Se viu, provavelmente você está familiarizado com a ideia de ciclo de vida. Borboletas passam por algumas transições bem espetaculares em seu ciclo de vida - transformando-se de alguma coisa que assemelha-se a um humilde verme em uma criatura gloriosa que flutua ao vento. Outros organismos, de seres humanos a plantas e bactérias, também apresentam um ciclo de vida: uma série de etapas de desenvolvimento pelas quais um indivíduo passa d esde quando nasce até o momento em que se reproduz. O ciclo celular pode ser considerado como um o ciclo de vida de uma célula. Isto é, é a série de estágios de crescimento e desenvolvimento que uma célula passa entre seu "nascimento" - formação pela divisão de uma célula mãe - e reprodução - divisão para gerar duas células filhas. Estágios do ciclo celular Para se dividir, uma célula deve completar várias tarefas importantes: ela precisa crescer, copiar seu material genético (DNA), e dividir-se fisicamente em duas células- filhas. As células realizam estas tarefas em uma série de etapas previsíveis e organizadas que constituem o ciclo celular. O ciclo celular é um ciclo e não um caminho linear, porque ao final de cada um, as duas células-filhas podem começar novamente mesmo processo, a partir do início. Em células eucarióticas, ou células com núcleo, os estágios do ciclo celular são divididos em duas fases principais: interfase e a fase mitótica (M).
- Durante a interfase , a célula cresce e faz uma cópia de seu DNA.
- Durante a fase mitótica (M) , a célula separa seu DNA em dois conjuntos e divide seu citoplasma, formando duas novas células. Interfase Vamos entrar no ciclo celular assim que uma célula se forma, pela divisão de sua célula- mãe. O que esta célula recém-nascida deve fazer, em seguida, para crescer e se dividir? A preparação para a divisão acontece em três etapas:
- Fase G_11 start subscript, 1, end subscript. Durante a fase G_11 start subscript, 1, end subscript, também chamada de primeira fase de intervalo, a célula cresce e torna-se fisicamente maior, copia organelas, e fabrica os componentes moleculares que precisará nas etapas posteriores. [As células sempre crescem antes de se dividir?]
- Fase S. Na fase S, a célula sintetiza uma cópia completa do DNA em seu núcleo. Ela também duplica uma estrutura organizadora de microtúbulos chamada de centrossomo. Os centrossomos ajudam a separar o DNA durante a fase M.
- Fase G_22 start subscript, 2, end subscript. Durante a segunda fase de intervalo, ou fase G_22start subscript, 2, end subscript, a célula cresce mais, produz proteínas e organelas, e começa a reorganizar seu conteúdo em preparação para a mitose. A fase G_22start subscript, 2, end subscript termina com o início da mitose. As fases G_11 start subscript, 1, end subscript e G_22start subscript, 2, end subscript juntas são chamadas de interfase. O prefixo inter significa entre, refletindo que a interfase ocorre entre uma fase mitótica (M) e a próxima.
Imagem do ciclo celular. A interfase é composta da fase G1 (crescimento da célula), seguida pela fase S (síntese de DNA), seguida pela fase G2 (crescimento da célula). Ao final da interfase, vem a fase mitótica, que é composta de mitose e citocinese e leva à formação de duas células-filhas. A mitose precede a citocinese, apesar de que os dois processos normalmente se sobrepõem um pouco. Crédito da Imagem: "The cell cycle: Figure 1" por OpenStax College, Biology (CC BY 3,0). Fase M Durante a fase mitótica (M), a célula divide seu DNA duplicado e o citoplasma para formar duas novas células. A fase M envolve dois processos distintos relacionados à divisão: mitose e citocinesis. Na mitose , o DNA nuclear da célula se condensa em cromossomos visíveis e é separado pelo fuso mitótico, uma estrutura especializada formada por microtúbulos. A mitose acontece em quatro etapas: prófase (algumas vezes dividida em prófase inicial e prometafase), metáfase, anáfase, e telófase. Você pode aprender mais sobre estes estágios no vídeo mitose. Na citocinese , o citoplasma da célula é dividido em dois, formando duas novas células. A citocinese normalmente começa assim que a mitose termina, com alguma sobreposição. É importante notar que a citocinese ocorre de formas diferentes em células animais e vegetais.
Saída do ciclo celular e G_00 start subscript, 0, end subscript O que acontece às duas células-filhas produzidas numa rodada do ciclo celular? Isto depende de que tipo de células elas são. Alguns tipos de células dividem-se rapidamente, e nestes casos, as células-filhas podem entrar imediatamente em um novo ciclo de divisão celular. Por exemplo, muitos tipos de células em um embrião jovem dividem-se rapidamente, como as células em um tumor. Outros tipos de células dividem-se lentamente ou não se dividem. Estas células podem deixar a fase G_11 start subscript, 1, end subscript e entrar em um estado de repouso chamado Fase G_00 start subscript, 0, end subscript. Em G_00start subscript, 0, end subscript, a célula não está ativamente se preparando para dividir, está apenas desempenhando suas funções. Por exemplo, pode conduzir sinais como um neurônio (como aquele no desenho abaixo) ou armazenar carboidratos como uma célula do fígado. G_00start subscript, 0, end subscript é um estado permanente para algumas células, enquanto outras podem reiniciar a divisão caso recebam os sinais corretos.
Imagem de um neurônio com uma estrutura ramificada complexa; este tipo de neurônio é chamado de célula de Purkinje. Imagem adaptada de "Neurons and glial cells: Figure 3" por OpenStax College (CC BY 3,0). Quanto tempo dura o ciclo celular? Células diferentes podem levar tempos diferentes para completar o ciclo celular. Uma típica célula humana pode levar cerca de 24 horas para se dividir, mas células de ciclo rápido de mamíferos, como aquelas que revestem o intestino, podem completar um ciclo a cada 9-10 horas quando mantidas em cultura^{1,2}1,2start superscript, 1, comma, 2, end superscript. Diferentes tipos de células também dividem seu tempo entre as fases do ciclo celular de formas diferentes. Em embriões novos de rã, por exemplo, as células quase não gastam tempo em G_11 start subscript, 1, end subscript e G_22start subscript, 2, end subscript e, ao invés disso, passam rapidamente pelas fases S e M - resultando na divisão de uma grande célula, o zigoto, em muitas células menores^{2,3}2,3start superscript, 2,
comma, 3, end superscript. Você pode ver um vídeo, abaixo, com imagens aceleradas de embriões de rã em divisão. O núcleo celular é uma estrutura que abriga o DNA presente nas células eucariontes. A presença dele nesse tipo de célula é um dos aspectos que as caracteriza, na medida em que células procariontes não possuem a membrana que envolve o núcleo nos eucariontes e o material genético fica disperso no citoplasma. Esse é um dos assuntos que mais caem no ENEM e é importante saber tudo sobre ele! O envoltório que delimita o núcleo é chamado de carioteca, e é constituído por duas membranas – uma interna e outra externa. A membrana externa é uma continuação do retículo endoplasmático rugoso, e, portanto, apresenta ribossomos em sua superfície. Há pontos em que as duas membranas se encontram, dando origem a poros nucleares, por onde acontece comunicação entre o núcleo e o citoplasma. O espaço interno do núcleo é preenchido pelo nucleoplasma, solução aquosa comparável ao citosol, onde o material genético e outras estruturas ficam imersas. Uma dessas estruturas é o nucléolo, que é um corpo denso formado por proteínas, DNA e RNA, responsável pela produção de ribossomos.
O material genético no núcleo fica na forma de cromatina, que é o DNA associado a proteínas. Há dois tipos de cromatina: eucromatina, que é pouco compacta e, assim, permite que seus genes tenham maior contato com enzimas responsáveis pela transcrição e, consequentemente, sejam transcritos com frequência e chamados ativos; e heterocromatina, forma muito compacta, cujos genes não são transcritos em RNA e, portanto, são chamados inativos. Durante a divisão celular, a cromatina se condensa e assume a forma de cromossomos. O núcleo é uma região de grande importância, pois, já que o DNA contém as “receitas” para a síntese de proteínas necessárias para a sobrevivência da célula, estar protegido no interior do núcleo o protege da interação com moléculas espalhadas pela célula e, assim, evita que ocorram muitas mutações no material genético. Núcleo Celular Todos os organismos vivos são compostos por uma ou mais células, que são suas menores unidades fundamentais com capacidade de auto-duplicação. No interior das células há diversos componentes e as estruturas delimitadas por membranas e com função especializada são denominadas organelas. O núcleo é uma dessas organelas e sua presença diferencia células eucarióticas (que possuem núcleo) de procarióticas (que não possuem núcleo). Componentes subcelulares de uma célula eucariótica A figura ilustra os diferentes componentes e organelas tipicamente presentes em uma célula animal:
- Nucléolo
- Núcleo
- Ribossomos (pequena esfera)
- Vesícula
- Retículo endoplasmático rugoso
- Aparato de Golgi
porém, a carioteca é reestruturada em torno de cada um dos novos conjuntos de cromossomos. A carioteca é formada por dupla membrana: duas membranas concêntricas, cada uma formada por uma bicamada lipídica com distintas proteínas, dentre outras classes de moléculas, inseridas nela, à exemplo de outras membranas biológicas. A dupla membrana da carioteca é composta pela membrana nuclear interna e a membrana nuclear externa, separadas por uma região denominada espaço perinuclear, que é contínuo ao lúmen do retículo endoplasmático rugoso. A membrana nuclear interna contém proteínas específicas que atuam como pontos de ancoragem para a cromatina e para a lâmina nuclear, estrutura em forma de rede formada por filamentos intermediários, que provê suporte estrutural para a carioteca e auxilia em sua desorganização e reorganização ao longo do ciclo celular. A membrana nuclear externa, assim como o retículo endoplasmático rugoso, é cravejada de ribossomos envolvidos em síntese protéica. As proteínas sintetizadas nestes ribossomos são transportadas através do espaço perinuclear. O tráfego bidirecional de macromoléculas entre o núcleo e o citossol ocorre continuamente porém de forma seletiva, através dos poros nucleares, inseridos na carioteca. Poros Nucleares Inseridos na carioteca encontram-se os poros nucleares, cerca de 3000 a 4000 em uma célula de mamífero típica. Estes são complexas estruturas formadoras canais que facilitam e regulam a passagem de moléculas entre o núcleo e o citoplasma, permitindo que algumas atravessem a membrana nuclear enquanto outras não. Em células animais, os poros nucleares possuem massa molecular de cerca de 125 milhões de daltons e são formados por distintas proteínas, cerca de 30, coletivamente denominadas nucleoporinas, que estão presentes também em múltiplas cópias e num arranjo que confere aos poros nucleares simetria octogonal. Em geral, pequenas moléculas (com menos de ~ 50 kDa ou 50 kg/mol) podem atravessar os poros nucleares livremente, enquanto a maioria das macromoléculas, muito grandes para tanto, requerem um processo especial, que usa energia da célula para promover transporte ativo através dos poros nucleares, em qualquer das duas direções, para dentro ou para fora do núcleo. Para ocorrer o tráfego de determinadas proteínas, por exemplo, é necesssário que estas apresentem sequências de aminoácidos sinalizando para importação (entrada) ou exportação (saída) nuclear, em processos de transporte ativo através da carioteca, que envolvem a participação de outras proteínas que reconhecem estes sinais, além daquelas a serem transportadas. Assim, enquanto os poros nucleares permitem a difusão livre de pequenas moléculas solúveis em água, impedem que quaisquer proteínas assim como os ácidos nucléicos (DNA e RNA) saiam e entrem no núcleo de forma inapropriada. Dessa forma, como muitas macromoléculas celulares são grandes e não podem se difundir livremente através dos poros nucleares, a composição protéica do nucleoplasma e do citoplasma é exclusiva a cada compartimento subcelular e finamente regulada. Esquema da visão lateral de um poro nuclear.
- Envelope Nuclear
- Anel externo
- Subunidade anelar
- Estrutura em forma de cesto
- Filamentos. Nucléolo Núcleo com nucléolo evidenteA figura representa uma imagem de um núcleo, obtida por microscopia eletrônica, tendo o nucléolo evidenciado por sua coloração escura.
O nucléolo é a estrutura mais evidente em uma imagem de microscopia óptica de uma célula eucariótica, por se apresentar como uma densa região escura no interior do núcleo. O nucléolo é uma região presente no núcleo não delimitada por membrana ao contrário das organelas clássicas, que consiste num arranjo denso, um grande agregado de RNAs e proteínas que transcrevem os genes dos RNAs ribossomais. Sua principal função na célula é a síntese, montagem e maturação dos ribossomos. A íntima associação física entre os diversos componentes da maquinaria de processamento dos ribossomos no nucléolo permite que o processo se desenvolva de forma organizada e rápida. Cromossomos O núcleo é a organela armazenadora da informação genética dos eucariotos que está contida na forma de DNA, cuja função mais importante é carregar os genes, códigos necessários para a produção, em local e momento precisos, de todas proteínas e RNAs do organismo. Esquema de um cromossomo(1) Cromátide: cada um dos dois braços idênticos de um cromossomo; (2) Centrômero: ponto de ligação de duas cromátides; (3) Braço curto; (4) Braço longo. À esquerda, dimensão do comprimento de um cromossomo (atente que esta pode variar de um cromossomo para outro), em micrômetro (μm). O DNA é um polímero de nucleotídeos extremamente longo e encontra-se, em eucariotos, dividido em cromossomos, filamentos espiralados que contêm empacotadas longas sequências de DNA com múltiplos genes e também diversas proteínas, sendo visualizados durante a divisão celular por microscopia óptica. Cada cromossomo possui várias origens de replicação, pontos que permitem que haja a duplicação do material genético durante a replicação do DNA; um centrômero, sequência de DNA que permite que cada cromossomo após a duplicação durante a divisão celular seja direcionado para a nova célula filha; e telômeros, parte final do cromossomo, que apresenta repetições de determinadas sequências de nucleotídeos e que formam estruturas especiais e têm a finalidade fundamental de manter a estabilidade estrutural do cromossomo e evitar a perda a informação informação genética durante a replicação do DNA. Os seres humanos possuem 23 pares de cromossomos, sendo que 22 pares, os autossomos, são semelhantes entre homens e mulheres e o último par, conhecido como heterossomos ou cromossomos sexuais, são diferentes em função do gênero sexual: a mulher possui dois cromossomos X (XX), enquanto o homem possui um cromossomo X e um Y (XY). Cromatina Apesar de toda a organização e alto grau de empacotamento do material genético em cromossomos durante a mitose e meiose, nos períodos em que não ocorre divisão celular, quando a célula encontra-se em intérfase, o material cromossômico não se vê individualizado; ao contrário, encontra-se amorfo e disperso em algumas regiões do núcleo. A este material cromossômico amorfo, formado por fibras contendo DNA e proteínas, dá-se o nome de cromatina. Estrutura tridimensional do núcleo de um nucleossomoEstrutura cristalográfica de um nucleossomo. As histonas H2A, H2B, H3 e H4 estão coloridas e o DNA está em cinza. Embora não seja a única classe de proteínas associadas ao material genético, uma categoria importante de proteínas que se ligam ao DNA cromossômico é a das histonas, que apresentam massa molecular entre 11 e 21 kDa e são muito ricas nos aminoácidos básicos arginina e lisina. O DNA na cromatina está fortemente associado às histonas que auxiliam seu empacotamento em unidades estruturais chamadas nucleossomos. Os nucleossomos são unidades de arranjo fundamentais, o início de uma sucessão de estruturas de empacotamento que o DNA na cromatina pode sofrer que, ao final, origina o cromossomo altamente compacto como observado em microscopia óptica. Os
