Ciclo Celular

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ZAB – 215
Genética Básica e Evolução
Bases citológicas da herança
Aula 2 – Divisão Celular, Mitose, Meiose e Gametogênese e fecundação
Moysés Miranda
Doutorando em Biologia Molecular
LMMD
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Divisão Celular
Processo de multiplicação e modificação celular
		Mitose
Manutenção da vida de organismos pluricelulares
 Geração da vida em organismos unicelulares
 Resulta em 2 Células-filhas iguais entre si e a célula-mãe 
 (2n  2n / 2n)
Meiose
 Geração dos gametas de organismos pluricelulares
Resulta em 4 Células-filhas, diferentes entre si e da célula mãe 
 (2n  n / n / n / n )
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Mitose e Meiose
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Mitose
Multiplicação / proliferação celular
Crescimento de órgãos e tecidos
Reposição de células mortas (apoptose/MCP ou necrose)
Reposição de danos de órgãos e tecidos
Equilíbrio na proporção de células produzidas/perdidas
Processo cíclico: Crescimento  Divisão / Crescimento  Divisão
Características peculiares a cada tipo celular
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Ciclo de Divisão Celular
Intérfase
Entre duas divisões sucessivas
Crescimento e preparação para a divisão
Dividida em: G1, S e G2
Fase M
 Cariocinese
 Citocinese
95% do tempo
5% do tempo
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Ciclo de Divisão Celular
G = gap = intervalo
S = síntese = duplicação DNA
M = mitose
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Intérfase
Decisão e Preparação para a Divisão Celular
Decidir se a célula entra ou não em divisão (ponto de restrição)
Garantir manutenção do tamanho e características nas descendentes
Duplicação das organelas, crescimento do citoplasma (2X), duplicação do DNA (fase S), verificação de possíveis problemas.... 
Duração variável = ambiente, estímulos, tipo celular...
12 a 24h
Fases
G1, S, G2
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 É um intervalo de tempo entre o final da mitose e o início da fase S.
Dura em média 11h (varia de acordo com o tipo celular)
 Início do aumento de volume celular
EVENTOS IMPORTANTES
 Produção de novos mRNA
 Síntese de proteínas e enzimas necessárias para síntese do DNA
 Síntese de proteínas regulatórias (proteínas kinases dependentes de ciclinas – CDKs)
 Verificação de prováveis danos no DNA
 Decisão com relação a entrada em fase S (ponto de restrição)
G1
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É um intervalo de tempo entre a fase G1 e a fase G2.
Dura em média 8h
S
EVENTOS IMPORTANTES:
Nesta fase ocorre a replicação do DNA.
Duplicação dos centríolos
Núcleo induzido a entrar na fase S por sinais citoplasmáticos ou seja, o citoplasma induz a replicação do DNA (atividades de CDKs, fatores transcricionais e replicacionais)
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É um intervalo de tempo entre a fase S e a divisão mitótica.
Dura em média 4h
G2
EVENTOS IMPORTANTES:
 Preparação para produção de fatores citoplasmáticos cruciais para a MITOSE (CDK da fase M)
 Verificação se o DNA foi replicado corretamente e apenas uma vez
 Decisão da entrada na fase M
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Caracterizada pela divisão do núcleo (caricinese) e do citoplasma (citocinese) resultando em duas células filhas .
Dura em média 1h
Fase M / Mitose
FASES:
 Prófase
 Prometáfase
 Metáfase
 Anáfase
 Telófase
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Ciclo de Divisão Celular
1h
4h
11h
12h
8h
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Análise do Ciclo Celular
CORANTE 
NUCLEAR
Citômetro de Fluxo
G2 / M > S > G1
10.000 células analisadas
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Fase G0
 Em G1: Decisão sobre a entrada em fase S (ponto de restrição)
CARACTERÍSTICAS:
Entram em quiescência / “stand by”
Metabolicamente ativas (Metabolismo reduzido)
Aguardando estímulos extracelulares
Ex: Neurônios, Fígado
G0 E UM GRANDE MARCO DA CIÊNCIA
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Vaca a ser Clonada 
Fibroblastos
Clone
TE
Clonagem
 Clonagem por Transferência Nuclear
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PRÓFASE: 
 Condensação do DNA (cromossomos) / Cromátides Irmãs 
 Separação dos centrossomos com os centríolos
 Nucleação dos microtúbulos
 Dissolução do envelope nuclear
Fase M / Mitose
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PRÓMETÁFASE: 
 Ligação dos Microtúbulos ao cinetocoro 
 Início do alinhamento dos cromossomos no equador celular
Fase M / Mitose
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METÁFASE: 
Condensação máxima da cromatina
 Alinhamento equatorial
 Verificação se todos os cromossomos estão ligados ao fuso
Fase M / Mitose
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ANÁFASE: 
 Separação das cromátides-irmãs / Desligamento entre elas
 Migração para os pólos opostos
Encurtamento das fibras do fuso / degradação das tubulinas
Fase M / Mitose
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TELÓFASE: 
 cromossomos em polos opostos
 despolimerização dos microtúbulos
 reconstituição da membrana nuclear
descondensação da cromatina
 Citocinese / anel contrátil (actina e miosina II)
Fase M / Mitose
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TELÓFASE
PRÓFASE
PROMETÁFASE
METÁFASE
ANÁFASE
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Controle do Ciclo Celular
Escolha de três momentos-chave do ciclo celular
Na Fase G1:
 Verificação de prováveis danos no DNA
 Decisão com relação a entrada em fase S (ponto de restrição)
Na Fase G2:
 Verificação se o DNA foi replicado corretamente e apenas uma vez
 Decisão da entrada na fase M
Na Fase M:
 Verificação se todos os cromossomos estão ligados ao fuso
PONTOS DE CHECAGEM / “CHECKPOINTS”
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Controle do Ciclo Celular
Ativadas ou desativadas: fosforilação
Fosforilam substratos específicos
 Cada fase um tipo
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Controle do Ciclo Celular
Controle em G2
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Controle do Ciclo Celular
Descoberta do MPF (Fator Promotor de Mitose / Meiose / Maturação)
Yoshio Masui e Clement Market, 1971 (Ovócitos de Sapo)
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Controle do Ciclo Celular
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Controle do Ciclo Celular
Controle em G1
 Verificação danos no DNA
 Estímulo por fatores de crescimento
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Verificação se o DNA foi replicado corretamente e apenas uma vez
Controle do Ciclo Celular
Controle em G2
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Controle do Ciclo Celular
Controle da Fase M
 Fator promotor de fase M
 Fator promotor de Metáfase
 Fator promotor de Maturação
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Controle do Ciclo Celular
Controle da Fase M
Metáfase  Nível Máximo da atividade do MPF 
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Controle do Ciclo Celular
Controle da Fase M
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O Ciclo Celular e outro grande Marco da Ciência
Paul Nurse – Prêmio Nobel de Medicina em 2001
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Meiose
 Produção gametas – Reprodução Sexuada - Gônadas
 Uma célula-mãe origina 4 células-filhas diferentes
Principais Características:
 4 células haploides (n)
 Ocorrência de “Crossing-over” : Variabilidade Genética
 Reestabelecimento Ploidia após fusão de gametas (n + n = 2n)
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Fases
Intérfase
duplicação 2C para 4C
Meiose I (Reducional)
prófase I, metáfase I, anáfase I e telófase I
Meiose II (Equacional)
prófase II, metáfase II, anáfase II e telófase II
Meiose
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Meiose I
 Mais Longa que na Mitose
	Aproximação da cromatina e recombinação genética = “crossing over”
	Sub-fases:
		Leptóteno
			Zigóteno
				Paquíteno
					Diplóteno
						Diacinese
Prófase I
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Meiose I
LEPTÓPTENO (do grego leptos, delgado e nema, filamento)
Apesar de já duplicados e conterem duas cromátides, os cromossomos parecem únicos.
Prófase I
LEPTÓTENO
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Meiose I
Prófase I
ZIGÓTENO
ZIGÓTENO (do grego zygon, adjacente)
alinhamento e pareamento dos cromossomos homólogos
complexo sinaptonêmico (CS). 
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Meiose I
Prófase I
PAQUÍTENO
PAQUÍTENO (do grego pachys, espesso)
 o pareamento se completa e os cromossomos se apresentam mais curtos e espessos.
bivalente ou tétrade composto por dois homólogos (quatro cromátides).
crossing-over
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Meiose I
Prófase I
DIPLÓTENO
DIPLÓTENO
os cromossomos pareados começam a separar-se, mas ainda unidos nos ou quiasmas ( do grego chiasma, cruz).
DIACINESE
DIACINESE (do grego dia, através de; kinesis, movimento)
no final da diacinese os cromossomos homólogos são unidos
somente pelos quiasmas.
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Prófase I
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Meiose I
 Condensação dos cromossomos atinge
 seu máximo. 
 O envoltório nuclear se desfaz
 Fibras do fuso se ligam ao cinetócoro dos cromossomos homólogos.
 As cromátides-irmãs comportam-se como 
 uma e se movem juntas para os pólos
Metáfase I
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 As cromátides-irmãs comportam-se como uma e se movem juntas para os pólos
Anáfase I
Meiose I
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Cromossomos separados
 Citocinese
 2 células com metade dos cromossomos (n) (reducional)
 Entretanto ainda 2C de DNA (cromátides-irmãs / já com recombinações)
Telófase I
Meiose I
Intercinese
 Intervalo
 Não ocorre síntese de DNA
 Células entram em nova divisão
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Prófase II
Meiose II
 Praticamente não existe
 As células já começam a arrumar os cromossomos no fuso para a próxima divisão
Metáfase II
 As fibras do fuso se ligam ao cinetócoro das cromátides-irmãs
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Anáfase II
 As cromátides-irmãs são separadas e se movem para os pólos
Telófase II
As cromátides-irmãs separadas
Citocinese
Reconstrução envelope nuclear
4 células n e 1C de DNA 
Meiose II
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Embriões: células selecionadas como futuras células gaméticas.
Células germinativas primordiais (PCG)
migram para as gônadas em desenvolvimento
ovários
testículos
proliferação mitótica
meiose – gametas
Óvulos (Vida Intrauterina)
Espermatozóides (puberdade) 
Gametogênese
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Espermatogênese
Início – puberdade / Contínua Durante a vida adulta
 Células germinativas imaturas – espermatogônias
região mais externa dos túbulos seminíferos
proliferam continuamente por mitose
 Mitose: Espermatogônia dos tipos A, Intermediária e B
Diferenciação em espermatócitos primários
Meiose I – 1 espermatócito primário = 2 espermatócitos secundários
Meiose II - 2 espermatócitos secundários = 4 espermátides - n
espermatocitogênese
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Espermatocitogênese
Mitoses
Tipo Tronco / A
Tipo Tronco / A
Tipo A1
Tipo Interm.
Tipo B
Tipo B
Entrada em Divisão meiótica - Espermatócitos Primários
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Espermatocitogênese
Meiose
Espermatócitos 1º (puberdade)
Meiose I
Aumento de tamanho
Duplicação DNA
Formam-se 2
Espermatócitos 2º
Meiose II
Formam-se 4
Espermátides
n
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Espermátides
diferenciação morfológica
espermatozóides
Espermatozóides
luz dos túbulos seminíferos
sptz – epidídimo - estocados e amadurecidos. 
espermiação
Espermiogênese
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Espermiogênese
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Espermiação
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Espermatogênese
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Espermatogênese
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Espermatogênese
CURIOSIDADES:
Quantidade de espermatozóides
Carneiro: 13-19 X 106 sptz/dia
Coelho: 14,4 X 106 sptz/dia
Touro: 9 X 106 sptz/dia
Porco: 24-31 X 106 sptz/dia
Tempo da Espermatogênese:
Homem 74 dias
Touro 53-64 dias 
Coelho 40 dias
Rato 30 dias.
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Transplante de Espermatogônias
 Colonização do testículo receptor
 Produção espermática normal
 Fertilidade normal
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Transplante de Espermatogônias
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Transplante de Espermatogônias
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Mais um intervalo????
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Ovogênese
Ovogônias – mitoses
 diferenciação em ovócito 1º
 meiose I 
	Bloqueio da meiose em prófase I (diplóteno) da meiose
	Vesícula germinativa – cromatina descondensada
	Ainda na vida intrauterina e persiste por dias a anos – de acordo com a espécie
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Ovogênese
Puberdade: hormônios
retomada da meiose I (início da maturação)
citocinese desigual – 1º CP
 Segundo bloqueio em metáfase II (Fim da maturação - Ovulação)
Fecundação (desbloqueio)
citocinese desigual – 2º CP
fim da meiose
 1 oogônia - 1 ovócito + 3 CP
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Ovogênese
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Ovogênese
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Controle Celular da Ovogênese
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Ovogênese
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As fêmeas mamíferas nascem com toda a reserva de células germinativas!
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Fecundação
Eventos necessários
Inseminação
Transporte e estocagem do ejaculado
Capacitação
Ovulação e transporte do ovócito maduro
Fertilização e ativação do ovócito
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Capacitação Espermática
Local – Trato Genital Feminino
Recomposição da ploidia normal da espécie
n + n = 2n
Características:
Eliminação Fatores Decapacitantes 
Motilidade Hiperativada
Reação acrossomal
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Capacitação Espermática
 Reação acrossomal : rompimento progressivo e fusão das membranas plasmática e acrossomal externa dos espermatozóides.
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Capacitação Espermática
Espermatozóide penetrar o Cumulus oophorus, se presente
hialuronidase
Aderir à zona pelúcida
proteínas da zona (ZP1, ZP 2 e ZP 3)
Penetrar a a zona pelúcida
enzimas do acrossomo
motilidade espermática
Fusão das membranas sptz + ovócitos
Entrada do DNA paterno e sua descondensação
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Espaço perivitelino 
1° corpo polar 
Zona pelúcida 
Fusão 
Reação da zona 
Sptz excluso 
Membrana plasmática 
Início da reação acrossomal 
Ligação 
Continuação da reação acrossomal 
Reação acrossomal
 
Penetração
 
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Reação da Zona Pelúcida
Extrusão do conteúdo dos grânulos corticais
Modificação da proteína ZP3
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Bloqueio da Polispermia
Espaço perivitelino 
1° corpo polar 
Zona pelúcida 
Fusão 
Reação cortical 
Reação da zona 
Sptz excluso 
Membrana plasmática 
Início da reação acrossomal 
Ligação 
Continuação da reação acrossomal 
Glânulos corticais 
Reação acrossomal
 
Penetração
 
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Estágio
8 - 16 células
Blastocisto
Blastocisto em eclosão	
Estágio
4 células
Mórula
Compacta
Blastocisto
Expandido
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Fecundação
Contribuição do espermatozóide:
O núcleo – metade do material genético
 Os centríolos????
 Mitocondrias????
 O que mais???