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Ciclo Celular

As fases do ciclo celular incluem a interfase (G1, S e G2) e a mitose (prófase, metáfase, anáfase e telófase). A progressão da célula através destas fases é marcada por pontos de controlo regulados por ciclinas, cinases dependentes de ciclinas, supressores tumorais e pelos seus antagonistas.

Última atualização: Apr 7, 2022

Responsibilidade editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Definições

  • Cromatina: a combinação de ácidos nucleicos e proteínas que compõe os cromossomas
  • Histonas:
    • A proteína mais comum na cromatina
    • Organiza o DNA, permitindo que este fique enrolado de forma mais compacta ou solta
  • Cromossomas:
    • DNA e subunidades que contêm proteínas, nas quais os genes estão organizados
    • Geralmente encontram-se em forma de corda e difusas e, durante a mitose, condensam-se em estruturas discretas em forma de haste.
  • Cromatídeo irmão: 1 de 2 metades idênticas de um cromossoma replicado
  • Centríolos: organelos cilíndricos que funcionam como um dos polos de fixação do fuso mitótico numa célula replicadora (sendo a outra extremidade um cinetocoro)
  • Centrossomas: organelos que contêm centríolos
  • Cinetocoro: estrutura proteica que se liga à zona central de um cromossoma (centrómero) ao qual uma das extremidades do fuso mitótico se liga numa célula replicadora (sendo a outra extremidade os centríolos)
  • Centrómeros: a região do cromossoma à qual os microtúbulos do fuso mitótico se fixam através do cinetocoro
  • Fuso mitótico: a estrutura de microtúbulos criada a partir do citoesqueleto desagregado de uma célula, ao longo do qual os cromossomas são puxados quando são separados durante a mitose.

Descrição Geral

O ciclo celular descreve a sequência cíclica de eventos através dos quais uma célula mãe eucariótica proliferativa, se divide em 2 células-filha idênticas.

G0

  • As células maturadas e diferenciadas fora do ciclo celular estão neste estado reversível e em repouso.
  • Uma baixa concentração de fator de crescimento e uma alta densidade populacional mantêm as células em G0.
  • Decorre um metabolismo normal, mas não há divisão celular.
  • Estímulos específicos, tais como fatores de crescimento, induzem algumas células a voltar à G1.

Interfase

As fases G1, S e G2 são agrupadas como interfase.

  • G1 (intervalo (gap) 1): duração = aproximadamente 12 horas
    • Ocorre imediatamente após a mitose (a célula tem metade do seu tamanho normal)
    • Período de crescimento do volume celular
    • Ocorre síntese de RNA e de proteínas.
    • São criadas proteínas e constituintes celulares necessários para a mitose (por exemplo, microtúbulos).
  • S (síntese): duração = 8–12 horas
    • Cromossomas duplos, criando pares idênticos de cromatídeos irmãos (conjunto diploide → tetraploide)
    • Fase de controlo de qualidade:
      • Garante a precisão da replicação
      • Ocorre reparação de incompatibilidades no emparelhamento de DNA
    • A maquinaria para a mitose é preparada:
      • Os centrossomas duplicam-se
      • Os centríolos separam-se
      • As histonas são sintetizadas
  • G2 (intervalo (gap) 2): duração = 1,5–3 horas
    • Replicação de certos organelos
    • Preparação das estruturas utilizadas para mover os cromossomas (o citoesqueleto é desmontado)
    • São sintetizadas proteínas específicas que são necessárias para a divisão celular (por exemplo, moléculas de RNA).
    • A replicação é controlada através de mecanismos de reparação.
    • A célula completa a interfase e está pronta para a mitose.
5 fases do ciclo celular

O ciclo celular, dividido em 5 fases

Imagem por Lecturio.

Divisão Celular (Mitose)

Durante a mitose, o DNA duplicado da célula é separado e distribuído por duas células filhas idênticas. O processo dura cerca de 1 hora.

  • Prófase:
    • Os cromossomas condensam, tornando-se visíveis.
    • Os microtúbulos montam-se, criando o fuso mitótico ligado aos centríolos.
    • Os centrossomas migram para polos opostos da célula.
    • O nucléolo já não está visível.
    • O invólucro nuclear começa a dissolver-se.
  • Prometáfase:
    • Os cinetocoros montam-se nos centrómeros dos cromossomas.
    • As extremidades livres dos microtúbulos conectam-se aos cinetocoros.
    • Os centrossomas chegam aos polos opostos.
  • Metáfase:
    • Os cromossomas são alinhados ao longo da região equatorial (placa metafásica) da célula.
    • Cada cromatídeo irmão está ligado a um fuso mitótico, originário de polos opostos.
    • O invólucro nuclear dissolve-se completamente.
  • Anáfase:
    • Os cinetocoros degradam-se.
    • Os cromatídeos irmãos tornam-se cromatídeos simples ou cromossomos.
    • Os cromatídeos migram para polos opostos ao longo do fuso mitótico.
    • As fibras do fuso mitótico alongam para o lado oposto aos cromatídeos, esticando a célula numa forma oval.
  • Telófase:
    • Formam-se novos invólucros nucleares à volta dos cromossomas em descondensação.
    • O aparelho do fuso mitótico dissolve-se.
    • Um “sulco de clivagem” divide a célula em 2 (citocinese)
    • Cada uma das células filhas desenvolve uma membrana celular completa.
    • Ambas as células filhas separam-se completamente uma da outra.
Mitosis

Representação das fases da mitose (prófase, prometáfase, metáfase, anáfase, telófase e citocinese): As células coradas das imagens do canto inferior direito estão na mesma fase da mitose, adquiridas por microscopia de fluorescência.

Imagem por Lecturio.

Regulação do Ciclo Celular

O ciclo celular é regulado de forma rigorosa. A não passagem por um ponto de controlo deve desencadear a morte celular programada (apoptose). O insucesso da apoptose resulta na acumulação de mutações, levando à doença.

O ciclo celular começa quando a célula tenha:

  • Um tamanho mínimo suficiente
  • Condições nutricionais adequadas
  • Sido estimulada por fatores de crescimento, para além da ausência de sinais anti-mitogénicos

Moléculas que regulam o ciclo celular

  • Reguladores positivos: A sua presença em concentrações apropriadas permite que o ciclo celular avance.
    • Ciclinas:
      • Proteínas reguladoras libertadas em resposta a estímulos internos e externos em fases específicas do ciclo celular.
      • 4 diferentes concentrações de ciclinas flutuam de forma previsível durante o ciclo.
    • As cinases dependentes de ciclina (CDK) são cinases proteicas que o são:
      • Ativadas por ciclinas e por proteínas cinases (através de fosforilação)
      • Inibidas por fosfatases proteicas (através de desfosforilação) e por inibidores da cinases dependente da ciclina (CKI)
    • A sequência de localização nuclear (NLS) permite a entrada de ciclinas no núcleo de célula como um heterodímero com CDK.
  • Reguladores negativos: A ativação destes fatores bloqueia o ciclo celular.
    • p53 e p21: interrompem o ciclo celular se forem detetados danos no DNA
    • Proteína do retinoblastoma: interrompe a transição G1/S
    • Se a hiperfosforilação ocorrer devido a dímeros de ciclina D/CDK 4/6 → começa a transcrição da ciclina E e de outras proteínas para a progressão para a fase S.

Pontos restritivos

  • Fase G1 posterior (ponto de verificação G1S): irreversível
    • Regulado por CDK2 e ciclina E
    • A transição entre as fases G1 e S determina a progressão da célula para a divisão celular ou dormência na fase G0.
  • Fim da fase G2 (ponto de controlo G2M)
    • Regulado por CDK1 e ciclina B
    • Ponto de verificação para condições ambientais favoráveis e para replicação correta e completa do DNA
      • O genoma incompleto nesta fase resultará na morte da célula.
      • Os fatores promotores da fase M (MPF), que são os heterodímeros ciclína-CDK, desempenham um papel importante neste ponto de controlo.
  • Durante a metáfase (ponto de verificação do fuso mitótico): irreversível
    • Assegura que todos os cromossomas aderem aos microtubos do fuso mitótico antes da separação na anáfase.
    • Tensão nas fibras do fuso → produção de complexo promotor de anáfase (APC)
    • Os APC promovem a decomposição das proteínas conexinas (cinetocoro) entre cromatídeos irmãos.
  • As fases G1 e G2 têm mais pontos de verificação de danos de DNA.
    • O ciclo celular pode ser parado até que os danos tenham sido reparados.
    • Se o DNA for irreparável, a apoptose é despoletada.

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Referências

  1. Clark, M. A. et al. (2018). Biology 2e. https://openstax.org/details/books/biology-2e?Book%20details
  2. Goljan, E. F. (2013). Rapid review pathology: with student consult online access. Elsevier Health Sciences.

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