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Divisão celular: mitose e meiose Apresentação O processo de divisão celular consiste na divisão da chamada célula-mãe em duas ou quatro células-filhas, com toda a informação genética relativa à espécie. Esses processos são vitais para as células eucariontes pois relacionam-se com a manutenção da vida e a perpetuação da espécie. No organismo, esses processos de divisão celular ocorrem desde a concepção de forma ininterrupta. São etapas importantes, por exemplo, para a reparação tecidual por injúria através da divisão celular do tipo mitose, ou até mesmo na própria formação de novos gametas para reprodução pela divisão celular do tipo meiose. Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar esses dois tipos de divisão celular (mitose e meiose) e vai compreender as importantes e complexas etapas envolvidas nesses processos. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar o processo de divisão celular e sua importância para o organismo. • Descrever as etapas da divisão celular por mitose. • Explicar as etapas da divisão celular por meiose. • Desafio Ao refletir sobre todo o processo de divisão celular, tão importante para a manutenção e perpetuação da vida e para a regeneração e crescimento dos tecidos e células, pode-se compreender a complexidade da atividade celular que, apesar de ser tão pequena, tem uma capacidade de funcionamento incrível de suas organelas. O conjunto de fases pelas quais uma célula passa com a finalidade de dar origem a células novas é denominado ciclo celular. Refletindo estas afirmações, imagine-se como pesquisador de um grande centro de investigações celulares. Você está observando uma colônia de células por meio de uma supermacroscopia e percebe um comportamento celular parecido com a figura a seguir. Diante da análise dessa imagem, identifique que etapa do ciclo celular está presente e justifique sua resposta. Infográfico A mitose é um processo de reprodução assexuada em que a célula se divide em duas, produzindo uma réplica com um número igual de cromossomos. Já a meiose é um tipo de reprodução celular em que o número de cromossomos é reduzido pela metade pela separação de cromossomos, produzindo quatro células haploides. Veja, no Infográfico a seguir, as principais diferenças e funções dos dois tipos de divisão celular que ocorrem em nosso organismo. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/f5bde475-3f51-4f2a-9703-247d5dc797f6/e8d5ac9a-6777-4d98-aac7-a8098f8bffc5.jpg Conteúdo do livro A compreensão dos processos de divisão celular é importante ferramenta para o profissional de educação física. Além do conhecimento mais abrangente sobre os processos celulares, permite aplicações e analogias com tecidos e órgãos que estão presentes na prática desse profissional, como, por exemplo, o tecido muscular. No capítulo Divisão celular: mitose e meiose, da obra Dimensões biológicas e bioquímicas da atividade motora, você vai ver qual a importância desses processos de divisão celular para o organismo, bem como será capaz de distinguir as diferentes etapas desses processos. Boa leitura! DIMENSÕES BIOLÓGICAS E BIOQUÍMICAS DA ATIVIDADE MOTORA Salma Hernandez Divisão celular: mitose e meiose Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar o processo de divisão celular e sua importância para o organismo. Descrever as etapas da divisão celular por mitose. Explicar as etapas da divisão celular por meiose. Introdução Refletindo sobre a teoria celular, é possível afirmar que uma célula só pode ser originada a partir de outra célula. Dessa maneira, o processo de divisão celular representa a forma como as células originam outras células, implicando em crescimento do organismo, reparo de lesões e manutenção da estrutura do indivíduo, bem como a perpetuação de nossa espécie por meio da produção de gametas. Neste capítulo, você estudará os processos de divisão celular que ocorrem em nosso organismo, analisando os processos de divisão celular mitose e meiose. Divisão celular — o ciclo da vida Desde a concepção, estamos constantemente nos dividindo. Apesar de parecer estranho, nos dividimos o tempo todo e continuamos inteiros. Na verdade, nossas células, nossas menores unidades constituintes, estão sempre em ati- vidade de divisão celular. A divisão celular é o processo que se inicia na célula ovo (zigoto) e perdura por toda a nossa vida. O tempo todo estamos renovando e/ou criando nossas células (ALBERTS et al., 2017; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Esse processo é importante em nosso organismo, pois se relaciona com seu crescimento e desenvolvimento, além do reparo de lesões e manutenção das estruturas e sistemas do ser humano. O processo de divisão celular também garante a perpetuação da espécie, pois transmite o material genético das células em divisão. Esse processo de divisão está contido no ciclo celular (conjunto de fases que uma célula passa com o intuito de se duplicar, originando duas células novas). O ciclo celular deve ser compreendido pelo conjunto de fases que a célula passa, cujo objetivo é se duplicar e formar células novas. Inicialmente, há o crescimento da célula para posterior divisão, terminando o processo com a divisão em células filhas. Este ciclo é composto por interfase, fase M e citoci- nese (Figura 1). Essas fases são complexas e garantem o funcionamento normal das células, ao passo que os possíveis erros nesses processos são relacionados com a morte celular e/ou eventos tumorais celulares. Na interfase ocorre um crescimento da célula e o preparo para a divisão celular. Trata-se da fase mais longa do ciclo celular, pois há a duplicação do material genético e das organelas, a atividade celular continua intensa sintetizando proteínas, transcrevendo genes e aumentando sua massa, o que proporciona tempo para o processo ocorrer normalmente. Cerca de 90% do tempo do ciclo celular é tido na interfase. Por ser longo, esse processo é subdivido em três: G1, S e G2. A fase G1, a primeira a ocorrer, é marcada pela intensa atividade celular, síntese de en- zimas e reserva proteica. Na fase S ocorre a duplicação do material genético propriamente e, com isso, o aparecimento da cromátide irmã. Nessa fase, inicia-se o movimento dos centrossomas para os polos da célula. Por fim, a fase G2 continua em intensa síntese de proteínas e crescimento celular. A divisão celular está prestes a acontecer, e os centrossomas se posicionam corretamente nos polos celulares. Divisão celular: mitose e meiose2 Figura 1. Representação do ciclo celular completo evidenciando o tempo gasto em cada fase. Fonte: Alberts et al. (2017, p. 605). Na fase M (também conhecida como fase mitótica ou período de divisão celular) ocorre a divisão celular propriamente dita. Nessa fase ocorrem a mitose (ou a meiose quando aplicável) e a citocinese, durante aproximadamente 1 hora. Em comparação ao processo de interfase, a fase M é bastante rápida. A célula já com seu material e organelas duplicados, organiza seus componentes e distribui de forma equiparada entre as células filhas, finalizando seu processo com a divisão do citoplasma e as individualizando em membranas plasmáticas separadas (citocinese). É possível existir uma fase a mais no ciclo celular. A chamada fase G0 não ocorre em todas as células, nessa etapa, a célula entra em um estágio de repouso e não entra em processo de divisão celular (fica “dormente”). É observada nas células que se encontram diferenciadas para funções especializadas em nosso organismo e, por isso, não se dividem mais. 3Divisão celular: mitose e meiose Nossas células musculares e nervosas são altamente especializadas para as funções de contração e captação/integração de informações. Essas células representam tiposde células que se encontram na fase G0. Apesar de não estarem em atividade de divisão celular, elas possuem uma alta atividade citoplasmática, sintetizando e secretando proteínas. Isso significa que as células musculares e nervosas, bem como as hemácias, são tipos celulares que se encontram permanentemente em G0, até que elas ou organismo morra. A divisão celular está contida no ciclo celular, mais especificamente, constitui a fase M do ciclo celular. Você deve estar se perguntando, mas, de fato, como as células se dividem? Talvez a pergunta correta seria: Por que as células se dividem? Dependendo da finalidade, podem ocorrer dois tipos de divisão celular em nosso organismo. A primeira, como já visto, é a mitose, a mais comum e que ocorre indiscriminadamente todo o tempo, sua função é produzir duas células idênticas à mãe, com o mesmo mate- rial genético. O processo da mitose ocorre de maneira mais rápida que a outra possibilidade de divisão celular, podendo produzir uma quantidade enorme de células filhas. Já a meiose é um tipo de divisão celular cuja função é produzir quatro células filhas ou gametas. As células filhas são diferentes da célula mãe, geneticamente diferentes entre si e iguais no nú- mero de cromossomos, ou seja, na meiose (descrita a seguir) são formadas células-filhas, com metade do número de cromossomos da célula-mãe. A meiose reduz a quantidade do material genético dos gametas de diploide para haploide e, com a fusão deles na fertilização, a diploidia da espécie é restabelecida, garantindo nossa variabilidade genética (ALBERTS et al., 2017; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Esses processos de divisão celular (Figura 2) são extremamente com- plexos e garantem a vida e a perpetuação de nossa espécie. A seguir, va- mos detalhar esses processos, observando suas características, funções e diferenças. Divisão celular: mitose e meiose4 Figura 2. Esquema ilustrando as fases da mitose e meiose celular. Alte- rações na aparência de um nucléolo em uma célula humana durante o ciclo celular, em que apenas o núcleo da célula está representado. Na maioria das células eucarióticas, a membrana nuclear se desorganiza durante a mitose, como indicado pelos círculos tracejados. Fonte: Alberts et al. (2017, p. 330). 5Divisão celular: mitose e meiose Mitose — a fábrica de células em série Na mitose ocorre a distribuição dos cromossomos da célula somática mãe de forma igual entre as duas células fi lhas, isso signifi ca que, a partir de uma célula são produzidas outras duas células com o mesmo número de cromossomos, porque, antes da divisão celular, há a duplicação do material cromossômico. Esse processo ocorre, por exemplo, quando há uma lesão e, portanto, a necessidade de reposição tecidual. Esse processo, apresentado na Figura 3, é subdividido em prófase (duplicação do DNA e centríolos), metáfase (alinhamento entre os pares formados na fase anterior), anáfase (cromossomos migrando para lados opostos da célula) e telófase (membrana celular se divide em duas partes) (ALBERTS et al., 2017; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Prófase: no início da mitose, o centrossomo e os cromossomos já se encontram duplicados. Na prófase os cromossomos começam a se condensar, tornando-se visíveis ao microscópio óptico. Então, é possível ver claramente o cromossomo, que é constituído por duas cromátides irmãs ligadas por um centrômero. Os centríolos se deslocam para polos opostos da célula, formando o fuso acromático (ou fuso mitótico), o invólucro nuclear desorganiza-se e os nucléolos desaparecem (para que aconteça a divisão dos cromossomos). Prometáfase: ocorre a dissolução do envelope nuclear em fragmentos. Na região do centrômero, cada cromátide irmã possui uma estru- tura proteica denominada cinetocoro. Alguns dos microtúbulos do aparelho se ligam ao cinetocoro, arrastando os cromossomos até ao centro da célula. Metáfase: os cromossomos condensados se alinham no centro da célula, formando a chamada placa metafásica ou placa equatorial, antes de terem seus centrômeros duplicados e da ocorrência do encurtamento das fibras cinetocóricas pelas duas células-filhas, fazendo com que cada cromátide-irmã vá para cada polo das células em formação. Os estudos de cariótipos são realizados nessa etapa, pois os cromossomos estão totalmente condensados e visíveis. Divisão celular: mitose e meiose6 Anáfase: o centrômero se duplica e passa a formar dois cromossomos independentes. As fibrilas ligadas a esses dois cromossomos encolhem, migrando para polos opostos da célula e ocasionando em ambos os polos o mesmo número de cromossomos, com o mesmo conteúdo genético, igual ao da célula mãe. Tefófase: os cromossomos descondensam e ficam menos visíveis, o invó- lucro nuclear se reorganiza em torno de cada conjunto de cromossomos e os nucléolos reaparecem. Inicia-se, então, o processo de citocinese (divisão do citoplasma individualizando as membranas plasmáticas separadas). Figura 3. Representação dos ciclos da mitose. Fonte: Chandar e Viselli (2011, p. 191). 7Divisão celular: mitose e meiose Embora a mitose aconteça muito mais vezes, outro importante processo de divisão celular ocorre em nosso organismo. É por meio da meiose que nossos gametas são produzidos, isto é, nossos espermatozoides e óvulos, as células da vida que serão responsáveis pela produção de um novo ser com material genético combinado proveniente das células do pai e da mãe progenitores. Meiose — um processo diferenciado, formação dos gametas No processo de divisão por meiose, ocorre a redução do número de cromos- somos pela metade e duas divisões nucleares sucessivas — I e II (Figura 4). Desse modo, originam-se quatro células-fi lhas, com a metade do número de cromossomos da célula inicial, devido à separação dos cromossomos homó- logos (para a produção das células sexuais ou gametas). Cada célula-fi lha tem apenas um cromossomo de cada par de homólogos. A interfase que precede a meiose é idêntica à que precede a mitose (ALBERTS et al., 2017; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Na divisão I (ou divisão reducional) há uma redução do número de cro- mossomos e a separação dos homólogos. Essa divisão é tida pelas etapas descritas a seguir. Prófase I: essa etapa é bastante complexa, sendo subdividida em cinco partes descritas a seguir. ■ leptóteno — condensação dos cromossomos já duplicados; ■ zigóteno — ocorre o emparelhamento dos cromossomos homólogos (sinapse), formando um bivalente; ■ paquíteno — durante a sinapse podem surgir pontos de cruzamento entre as cromátides dos cromossomos homólogos (quiasmas), ocor- rendo a troca de pedaços entre cromossomos homólogos ou crossing over em que alguns genes que se encontravam no cromossomo paterno passam para o cromossomo materno e vice-versa (variabilidade genética); Divisão celular: mitose e meiose8 ■ diplóteno — os cromossomos homólogos começam a se afas- tar, mas permanecem ligados pelas regiões nas quais ocorreu a permutação; ■ diacinese — desaparece o nucléolo e a membrana nuclear. Os cen- tríolos migram para os polos da célula e forma-se o fuso acromático. Metáfase I: a membrana celular desaparece. Há cromossomos muito condensados, presos às fibras do fuso e que ficam dispostos na região mediana da célula (plano equatorial). Anáfase I: ocorre o deslocamento dos cromossomos homólogos para polos opostos na célula. Essa anáfase diferencia-se da anáfase da mitose, pois não ocorre o rompimento dos centrômeros, ocorrendo a migração de cromossomos inteiros. Telófase I: ocorre a descondensação do nucléolo e a formação de dois núcleos com metade do número de cromossomos. A citocinese (divisão do citoplasma) é promovida. No período entre uma divisão e outra, não há nova duplicação do material genético, e esse momento é conhecido como intercinese (período entre uma divisão e outra). Posteriormente a intercinese, inicia-se a meiose II, que muito se assemelha ao processo da mitose, umavez que o número de cromossomos permanece igual. Na divisão II (ou divisão equacional) há separação das cromátides irmãs. Esse processo é muito semelhante à mitose, ou seja, há formação de células haploide a partir de outras haploides. Essa etapa tem as subdivisões apresentadas a seguir. Prófase II: ocorre a condensação dos cromossomos e a duplicação dos centríolos. O nucléolo e a carioteca voltam a desaparecer. Metáfase II: os centríolos estão prontos para serem duplicados e os cromossomos organizam-se na região equatorial. Anáfase II: as cromátides-irmãs se separam e migram para cada um dos polos da célula, puxadas pelas fibras do fuso. Telófase II: as fibras do fuso desaparecem e os cromossomos já se encontram nos polos da célula. A carioteca surge novamente e o nucléolo se reorganiza. Por fim, ocorre a citocinese e o surgimento de quatro células-filhas haploides. 9Divisão celular: mitose e meiose Figura 4. Representação dos ciclos da meiose. Fonte: Alberts et al. (2017, p. 1001). Acesse o link a seguir para ver um vídeo da professora Carol do canal Evolucional, apre- sentando um resumo dos processos de divisão celular mitose e meiose (MITOSE…, 2014). https://goo.gl/7DiwZi Divisão celular: mitose e meiose10 Após a elucubração desses processos de divisão celular, fica evidente que nossa pequena unidade celular possui o poder de orquestrar todo nosso organismo, controlando ciclos, iniciando processos, dividindo-se e multi- plicando-se incessantemente na busca da manutenção da nossa vida. Sem dúvida alguma, os processos de divisão celular representam a renovação constante e a perpetuação de nossa espécie da forma mais inteligente possível. Afinal, possuir a visão sistêmica de nosso organismo é importante, mas saber o funcionamento das partes é fundamental para uma boa e diferencial atuação profissional. 1. Durante o processo de divisão celular por mitose há um momento em que os cromossomos ficam evidentemente no equador da célula, facilitando sua visualização ao microscópio. Que fase específica é essa? a) S. b) Prófase. c) Anáfase. d) Metáfase. e) Telófase. 2. Ao avaliar uma placa contendo cé- lulas em um microscópio, é possível analisar uma duplicação do material genético. A interfase da divisão celular observada em microscópio corresponde a qual dos seguintes períodos? a) Entre as fases G1 e G2 do ciclo celular. b) Entre a prófase I e a prófase II da meiose. c) Durante a metáfase do ciclo celular. d) Entre a prófase I e a prófase II da meiose. e) Entre a anáfase e a telófase da mitose. 3. A respeito do processo de divisão celular por mitose, assinale a alter- nativa que identifica corretamente o processo de divisão celular. a) Durante a mitose as cromátides irmãs não se separam. b) Os óvulos e espermatozoides são produzidos por divisões mitóticas. c) A mitose consiste em duas divi- sões celulares sucessivas. d) Durante a mitose ocorre a per- mutação ou crossing-over. e) A mitose é um processo que dá origem a duas células haploides. 4. A variedade genética é um fenô- meno garantido pela permutação de cromossomos homólogos, também chamada de crossing over. Esse fato ocorre durante a prófase I do processo de divisão celular do tipo meiose. Identifique em qual subfase da prófase I de fato isso acontece. a) Paquiteno. b) Leptóteno. c) Zigóteno. d) Diacinese. e) Diplóteno. 11Divisão celular: mitose e meiose ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. CHANDAR, N.; VISELLI, S. Biologia celular e molecular ilustrada. Porto Alegre: Artmed, 2011. JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de Janeiro: Gua- nabara Koogan, 2012. MITOSE e meiose. Videoaula ministrada por professora Carol. [S. l.], 2014. 1 vídeo (5min33s). Disponível em: <https://goo.gl/7DiwZi>. Acesso em: 21 nov. 2018. 5. Considerando as fases do processo de meiose, analise as afirmações a seguir e assinale a alternativa correta. I. Anáfase I — cromossomos du- plicados nos polos da célula com divisão dos centrômeros. II. Telófase II — cromossomos encontram-se nos polos e dupli- cados. III. Metáfase I — cromossomos per- manecem unidos pelos quiasmas. IV. Prófase I — permuta gênica entre cromossomos homólogos. V. Telófase II — cada uma das células formadas apresenta cromossomos não duplicados e geneticamente diferentes. VI. Metáfase II — cromossomos não alinhados no equador da célula e não permutados. a) I e II estão corretas. b) III e IV estão corretas. c) V e VI estão corretas. d) II e V estão corretas. e) IV e V estão corretas. Divisão celular: mitose e meiose12 Conteúdo: Dica do professor Você já tinha imaginado o quanto os processos de divisão celular estão presentes em nosso dia a dia? Quando se fala de mitose, então, dá para dizer que está acontecendo agora mesmo. Pois bem, um desses processos que envolve a mitose e que é bem comum em dias de verão geralmente ligados às férias escolares é o das queimaduras na pele pelo sol. Quem nunca levou um "torrão" de sol após um verão cheio de aventuras na praia, hein? Na Dica do Professor, você vai ver como esse processo ocorre e onde a mitose entra nessa história toda. Assista. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/3df2e4297a2e47f266c684e685259a4b Exercícios 1) Durante o processo de divisão celular mitose, há um momento em que os cromossomos ficam evidentemente no equador da célula, facilitando sua visualização ao microscópio. Que fase específica é essa? A) S. B) Prófase. C) Anáfase. D) Metáfase. E) Telófase. 2) Ao avaliar uma placa contendo células, em um microscópio, foi possível analisar uma duplicação do material genético. A fase da divisão celular observada em microscópio acontece: A) entre as fases G1 e G2 do ciclo celular. B) entre a prófase I e a prófase II da meiose. C) durante a metáfase do ciclo celular. D) entre a prófase I e a prófase II da meiose. E) entre a anáfase e a telófase da mitose. 3) A respeito do processo de divisão celular mitose, assinale a alternativa que identifica corretamente o processo de divisão celular: A) durante a mitose, as cromátides irmãs não se separam. B) os óvulos e espermatozoides são produzidos por divisões mitóticas. C) a mitose consiste em duas divisões celulares sucessivas. D) durante a mitose ocorre a permutação ou “crossing-over”. E) a mitose é um processo que dá origem a duas células-filhas identicas a célula-mãe. 4) A variedade genética é um fenômeno garantido pela permutação de cromossomos homólogos, também chamada de crossing-over. Tal fato ocorre durante a prófase I do processo de divisão celular do tipo meiose. Identifique em qual subfase da prófase I de fato isso acontece: A) paquíteno. B) leptóteno. C) zigóteno. D) diacinese. E) diplóteno. 5) Considerando as fases do processo de divisão celular meiose, analise as afirmações a seguir e escolha a alternativa que descreve corretamente suas fases. I. Anáfase I - Cromossomos duplicados nos polos da célula com divisão dos centrômeros. II. Telófase II - Os cromossomos encontram-se nos polos e duplicados. III. Metáfase I - Os cromossomos permanecem unidos pelos quiasmas. IV. Prófase I - Permuta gênica entre cromossomos homólogos. V. Telófase II - Cada uma das células formadas apresenta cromossomos não duplicados e geneticamente diferentes. VI. Metáfase II - Cromossomos não alinhados no equador da célula e não permutados. A) I e II. B) III e IV. C) V e VI. D) II e V. E) IV e V. Na prática É importante destacar que o processo da mitose é utilizado para práticas bem distantes daquelas que foram estudadas nesta unidade, como por exemplo para a produção da insulina em laboratório, isto é, de forma sintética. O importante é você reconhecer que, indiferentemente da aplicação prática, o processo do qual se estafalando (nesse caso, a mitose) é o mesmo. Confira como é feita a produção da insulina sintética utilizando bactérias e o processo de divisão celular do tipo mitose. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: A célula - uma abordagem molecular Para ampliar seus conhecimentos acerca da regulação celular e fatores de regulação, leia o capítulo IV desse livro. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Mitose vs. Meiose - Divisão Celular - Prof. Paulo Jubilut O vídeo do canal Biologia Total com Prof. Jubilut traz, de maneira prática, as principais diferenças entre os dois tipos de divisão celular: mitose e meiose. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Mitose e meiose: para que servem as divisões celulares? No site Pontobiologia você encontrará informações interessantes sob o ponto de vista da função das divisões celulares, além de material complementar para melhorar seu conhecimento acerca do tema. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://www.youtube.com/embed/EkRs9kL5Kw4 https://pontobiologia.com.br/para-que-servem-divisoes-celulares/