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BIOLOGIA CELULAR E TECIDUAL Núcleo Celular - Sítio de duplicação de DNA; - Atua no controle de atividades celulares; - Possui: nucléolos, carioteca, cromatina e cromossomos, nucleoplasma e poros nucleares. COMPONENTES Núcleo O núcleo É o compartimento que contêm o genoma e o principal local de síntese de ácidos nucléicos (DNA e RNA). PORO NUCLEAR: o envoltório nuclear é duplo e a comunicação entre o núcleo e o citoplasma é feita através de complexos do poro, complexos protéicos que funcionam como comportas, regulando a passagem de moléculas para dentro e para fora do núcleo. As proteínas atravessam o complexo de poro já na sua forma enovelada. passagem pelo complexo de poro não depende apenas do tamanho da molécula = existência de mecanismos de reconhecimento que funcionam como um passaporte para a entrada no núcleo. O envoltório nuclear é formado por duas membranas que são transpassadas por complexos de poro que atuam como comportas, selecionando o que entra ou sai do núcleo. Núcleo O núcleo é a região da célula que controla o transporte de informações genéticas. Coordena e comanda as funções celulares. No núcleo ocorrem tanto a duplicação do DNA, imprescindível para a divisão celular, como a síntese do RNA. O núcleo celular animal apresenta a carioteca, que contêm em seu interior os cromossomos. CARIOTECA OU ENVOLTÓRIO NUCLEAR: permite a troca de material com o citoplasma. É formada por duas membranas lipoprotéicas, separa o núcleo do citoplasma. Está presente em toda divisão celular, some no início da divisão e só aparece no final do processo. CROMATINA As moléculas de DNA encontram-se no núcleo, sendo organizado com a ajuda de proteínas designadas histonas, formando a cromatina. Existem dois tipos de cromatina: Heterocromatina – encontra-se preferencialmente à periferia do núcleo e, é constituída por sequências de DNA que não codificam proteínas (genes transcricionalmente inativos), permanece altamente condensada, sendo esta porção bem visível em microscopia. Eucromatina – distribui-se por todo o núcleo de forma descondensada, sendo constituída por genes que codificam proteínas, ou seja, genes transcricionalmente ativos. Filamentos de cromatina = DNA e proteínas NUCLÉOLO O nucléolo é a subestrutura mais evidente dentro do núcleo celular. Nele ocorre a transcrição dos RNAs ribossômicos (rRNAs) e o seu processamento, ocorrendo a síntese de ribossomas, necessários em quantidades variáveis, para síntese proteica. Para satisfazer as necessidades de transcrição de grande número de moléculas de rRNA, todas as células contêm inúmeras cópias dos seus genes. (no ser humano 250 cópias) O tamanho do nucléolo é diretamente proporcional à taxa de síntese de ribossomos e de proteínas da célula. O nucléolo não é circundado por membrana, organiza-se em torno dos cromossomas que contêm os genes para os rRNAs. DIVISÃO CELULAR Dois tipos celulares: somáticas, que constituem vários tecidos e órgãos; e as células sexuais (gametas), destinadas à reprodução. As células somáticas possuem dois conjuntos de cromossomos provenientes dos nossos genitores (pai e mãe), e, portanto são denominadas diplóides. Já os gametas possuem apenas um conjunto de cromossomos, sendo então, denominadas haplóides. DIVISÃO CELULAR MITOSE Distribuição equitativa e conservativa do número de cromossomos; Distribuição equitativa e conservativa da informação genética DIVISÃO CELULAR A divisão celular se divide em dois processos, a divisão nuclear e a divisão citoplasmática. Para que ocorra a divisão nuclear deve ocorrer previamente a replicação do DNA. DIVISÃO CELULAR • O DNA é a molécula que transmite a informação genética e tem a capacidade de se auto duplicar. Uma cópia do DNA é passado para a célula filha durante a divisão celular. A este processo de auto duplicação do DNA = replicação. • Replicação do DNA é o processo de auto duplicação do material genético mantendo assim o padrão de herança ao longo das gerações. DIVISÃO CELULAR • A célula , unidade funcional do organismo, usa dois mecanismos diferentes para se dividir, a mitose e a meiose. • A mitose garante o crescimento dos organismos e a reposição das células mortas. O material genético, constituído de DNA e contido nos cromossomos, é transmitido de modo constante de uma célula para os seus descendentes. Significado biológico da mitose • Crescimento; • Renovação tecidular; • Regeneração celular; • Reprodução assexuada. COMPONENTES DA CÉLULA • Centríolos: São estruturas cilíndricas, geralmente encontradas aos pares. • Cromatina: Quando uma célula se divide, seu material nuclear (cromatina) perde a aparência relativamente homogênea típica das células que não estão em divisão e condensa-se numa série de organelas em forma de bastão, denominadas cromossomos. 22 COMPONENTES DA CÉLULA • Fuso acromático: Filamentos de proteínas formadas durante a divisão celular e que se ligam aos cromossomos duplicados a fim de promover sua separação. COMPONENTES DA CÉLULA O cromossomo mitótico consiste em duas cromátides que estão conectadas por uma região denominada de centrômero. MITOSE As células somáticas passam durante a sua vida, por duas fases. A intérfase, onde a célula realiza funções metabólicas e de replicação do DNA e a fase de divisão, ou mitose, na qual a célula cessa funções e se divide. INTÉRFASE É composta por três fases: G1: Intervalo de tempo entre o final da mitose e o início da fase S. É uma fase de intensa atividade de síntese de proteínas, enzimas, RNA e também de organelas celulares. S: Fase de Síntese ou replicação de DNA. A cromatina passa a ser constituída por duas cromátides, unidas por um centrômero. G2: Intervalo de tempo entre o final da fase S e o início da mitose. Nesta fase dá-se a síntese de biomoléculas necessárias à mitose. INTÉRFASE Fase mitótica Mitose – divisão do núcleo •Prófase •Metáfase •Anáfase •Telófase Citocinese – divisão do citoplasma Mitose Prófase - Espiralização da cromatina – individualização dos cromossomos - Afastamento dos centríolos para os pólos – formação do fuso acromático (mitótico) - Desaparecimento dos nucléolos e início da ruptura da membrana nuclear Fig.2 - Células em profase PRÓFASE • Condensação da cromatina, que se transforma em cromossomos. • Desaparece a membrana nuclear. • Duplicação dos centríolos. • Os centríolos migram para os fusos da célula e formam o fuso acromático. • Os cromossomos já formados se movem e se unem a uma fibra do fuso pelo seu centrômero. Prófase Fig.3 - Formação do fuso acromático Metáfase - Presença de fibrilas cromossômicas e fibrilas contínuas; -Cromossomos dispostos no plano equatorial da célula – placa equatorial; -Cromossomos atingem o máximo de condensação. Fig.5 - Células em metáfase Mitose METÁFASE É uma fase rápida em que todos os cromossomos se situam na placa equatorial da célula. Fig.6 – Formação da placa equatorial Anáfase -Divisão dos centrômeros -Afastamento das cromátides- irmãs para os pólos- ascensão polar -Aumento da distância entre os pólos da célula Fig.7 - Células em anáfase Mitose ANÁFASE Na anáfase as cromátides se separam e se deslocam até os centríolos. As fibras do fuso vão desaparecendo. O material hereditário, as cadeias de DNA, se dividem de forma idêntica em duas partes. 41 42 Anáfase Fig.8 – Ascensão polar Telófase -Cromossomos-filhos atingem os pólos; -Desaparecimento dofuso mitótico; -Reorganização da membrana nuclear; -Descondensação dos cromossomos; -Reaparecimento dos nucléolos. Fig.9 – Células em telófase Mitose TELÓFASE A telófase é como uma prófase ao contrário, os cromossomos se desespiralizam e se transformam em cromatina, aparece a membrana nuclear, formando uma célula com dois núcleos. Nesta fase termina a mitose. 46 47 DIVISÃO CITOPLASMÁTICA Após a mitose ocorre uma divisão do citoplasma em duas partes, por estrangulamento de fora para dentro, formando duas novas células idênticas geneticamente. 49 CITOCINESE Última etapa do processo, que, no entanto se inicia ainda durante a anáfase Fig.10 – Células em citocinese Citocinese Mitose Citocinese Fig.11 – Células em citocinese Citocinese Fig.12 – A- citocinese em células animais; B- citocinese em células vegetais 53 54 55 Variação da quantidade de DNA no decurso do ciclo celular Gráfico 1 –variação da quantidade de DNA durante o ciclo celular MITOSE.GIF www.ib.usp.br/~crebs/ bio435/anime/MITOSE.GIF A intérfase é um período de intensa atividade metabólica e de maior duração do ciclo celular. Células nervosas e musculares, que não se dividem por mitose, mantêm-se permanentemente na interfase, estacionadas no período chamado G0. Nas células que se dividem ativamente, a interfase é seguida da mitose, culminando na citocinese. Sabe-se que a passagem de uma fase para outra é controlada por fatores de regulação - de modo geral protéicos – que atuam nos chamados pontos de checagem do ciclo celular. Dentre essas proteínas, se destacam as ciclinas, que controlam a passagem da fase G1 para a fase S e da G2 para a mitose. O Controle do Ciclo Celular e a Origem do Câncer A apoptose é um tipo de morte celular que possui importante papel durante o processo de diferenciação, crescimento e desenvolvimento dos tecidos adultos normais e patológicos. Fisiologicamente a apoptose é um dos participantes ativos da homeostase, ajudando na manutenção do tamanho dos tecidos e órgãos. A perda deste equilíbrio promove o aparecimento de lesões proliferativas e degenerativas como: infarto do miocárdio, doença de Alzheimer,etc. Existem muitos fatores que podem induzir o processo apoptótico, como: fatores de crescimento, neurotransmissores, cálcio, toxinas bacterianas, radicais livres, agentes mutagênicos, e outros. Está associada a anomalias na regulação do ciclo celular e à perda de controle da mitose. Alterações do funcionamento de genes controladores do ciclo celular, em decorrência de mutações, são relacionados ao surgimento de um câncer. Duas classes de genes, os proto-oncogenes e os genes supressores de tumor são os mais diretamente relacionados à regulação do ciclo celular. Os proto-oncogenes são responsáveis pela produção de proteínas que atuam na estimulação do ciclo celular, enquanto os genes supressores de tumor são responsáveis pela produção de proteínas que atuam inibindo o ciclo celular. Origem do câncer Proto-oncogenes = ativos, estimulam a ocorrência de divisão celular. Genes supressores de tumor = ativos, inibem a ocorrência de divisão celular. O equilíbrio na atuação desses dois grupos de genes resulta no perfeito funcionamento do ciclo celular. Mutações nos proto-oncogenes os transformam em oncogenes = genes causadores de câncer. Mutações que afetam os genes supressores de tumor alteram o sistema inibidor e o ciclo celular torna-se desregulado, promovendo a ocorrência desordenada de divisões celulares e o aparecimento de células cancerosas. É o processo em que a célula mãe forma quatro células filhas com metade do número de cromossomos. Uma célula diploide (2n ) forma quatro células haploides (n). As células filhas reduzem à metade o número de cromossomos. Ocorre apenas em células diploides (2n), ou seja, células que apresentam os pares de cromossomos homólogos. Funções da Meiose: ocorre durante a gametogênese em que formam-se os gametas. Isso permite que os indivíduos de diferentes gerações mantenham o mesmo número cromossômico. Em vegetais, o processo de meiose está associado à formação de esporos. MEIOSE A meiose ocorre em duas divisões sucessivas: meiose I e meiose II. Meiose I (reducional) = célula mãe 46 cromossomos se divide em 2 (cada célula filha com 23 cromossomos) Nessa primeira divisão ocorre a redução do número cromossômico, a célula diplóide (2n) vira haplóide (n). Durante esse processo ocorre o fenômeno do crossing- over (permuta gênica). Assim como a mitose, a meiose I é dividida em quatro fases: prófase I, metáfase I, anáfase I, telófase Prófase I • muitos eventos importantes que permitem o emparelhamento dos cromossomos homólogos e o crossing-over. • crossing-over ou permuta gênica é a troca de segmentos entre cromossomos homólogos. Isso permite que ocorra aumento na variabilidade genéticas das células produzidas pela meiose (gametas). • essa fase é subdividida em cinco momentos: leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese. Leptóteno • início da condensação dos cromossomos. • existem regiões que possuem maior condensação, chamadas cromômeros. Zigóteno • emparelhamento dos cromossomos homólogos, chamado sinapse cromossômica. • continua a condensação do cromossomo. Paquíteno • cromossomos totalmente emparelhados. • pode ocorrer rompimento das cromátides, permitindo a troca dessas cromátides entre seus cromossomos homólogos, fenômeno chamado de crossing- over (permutação ou recombinação gênica). • a recombinação gênica estimula o aumento da variabilidade genética entre as espécies. Isso faz com que a espécie apresente maior capacidade de adaptação à mudanças do meio ambiente (evolução) Diplóteno • processo de condensação contínua. • a condensação cromossômica permite ser visualizado no microscópio óptico. • é possível visualizar os quiasmas, regiões onde os cromossomos homólogos se cruzam, indicando que ali ocorreu permutação genética. Diacinese • separação dos cromossomos homólogos. • finalização ou terminalização dos quiasmas. • desaparecimento do nucléolo e da carioteca. • duplicação do centro celular, onde estão os centríolos. Metáfase I • cromossomos com máximo grau de espiralização (condensação). É o melhor momento de visualiza-los em microscópios ópticos. • cromossomos homólogos pareados e dispostos na região equatorial da célula. • centro celular em polos opostos da célula e o fuso mitótico (ou acromático) completamente formado. Anáfase I • separação dos cromossomos homólogos. Por esse motivo a meiose I é chamada de reducional, pois a célula que era 2n, com os pares de homólogos, transforma-se em duas células n, com apenas um cromossomo do par cada. • reduz o número cromossômico. Em humanos, a célula que apresentava 46 cromossomos, forma duas com 23 cada uma. Telófase I • cromossomos chegam aos polos da célula e os cromossomos iniciam a desespiralização. • reaparecimento do nucléolo e da carioteca. • cariocinese é a formação dos núcleos nos lados opostos da célula. • em seguida a célula entra em intercinese. Intercinese Momento em que a célula se prepara para a meiose II. É um período entre a meiose I e a meiose II. Meiose II (equacional) = a partir das 2 células filhas, formam se mais 2 (cada uma com 23 cromossomos) Essa segunda divisão ocorre de forma muito semelhante à mitose de uma célula haploide (n). Cada uma das duas células formadas na meiose I, formará duas células também haploides(n). É marcada pela separação das cromátides irmãs. É dividida em quatro fases: prófase II, metáfase II, anáfase II, telófase II. Prófase II • o DNA volta a se condensar. • o nucléolo e a carioteca desaparecem. • duplicação do centro celular Metáfase II • cromossomos com o máximo de condensação. • cromossomos formando a placa equatorial com as fibras do fuso ligadas ao centrômero. Anáfase II • rompe-se o centrômero e separam-se as cromátides irmãs. • cada uma das cromátides irmãs do cromossomo, migram para polos opostos da célula. • os cromossomo que estavam duplicados, viram cromossomos simples. Telófase II • desespiralização do cromossomo, voltando a ser cromatina. • nucléolo e carioteca reorganizam-se, caracterizando a cariocinese. • a citocinese finaliza o processo separando o citoplasma de cada uma das células filhas. Cada célula diplóide que entra em meiose, forma quatro células haplóides. Isso ocorre em duas divisões consecutivas, meiose I (reducional) e meiose II (equacional). Na anáfase I ocorre a separação dos cromossomos homólogos, já na anáfase II ocorre a separação das cromátides irmãs. Um bioquímico mediu a quantidade de DNA em células cultivadas em laboratório e verificou que a quantidade de DNA na célula duplicou: a) entre as fases G1 e G2 do ciclo celular. b) entre a prófase e a anáfase da mitose. 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. Assinale a alternativa incorreta. a) A prófase I apresenta cinco etapas, são elas: leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese. b) O termo meiose deriva da palavra grega meíosis, que significa diminuição, e constitui uma alusão ao fato de, nesse tipo de divisão celular, o número de cromossomos ser reduzido à metade nas células-filhas. c) Em linhas gerais, nas prófases I e II ocorre condensação dos cromossomos; nas metáfases I e II eles se ligam aos microtúbulos do fuso e se dispõem na região equatorial da célula; nas anáfases I e II os cromossomos migram para os polos opostos da célula; nas telófases I e II eles se descondensam e formam núcleos-filhos nos polos da célula em divisão. d) Geralmente, logo após a primeira divisão meiótica se completar, ocorre a citocinese I, resultando na separação de duas células-filhas. e) Na meiose são produzidas duas células geneticamente diferentes entre si e com a metade do número de cromossomos da célula original. Sobre o esquema a seguir que representa o ciclo celular, são feitas 3 afirmativas: I A duplicação do ADN acontece no período S. II A síntese de proteínas é mais intensa durante a mitose. III As células resultantes da mitose diferem da célula mãe, devido ao fenômeno do "crossing-over". Está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s): a) apenas I. b) apenas II. c) apenas I e III. d) apenas II e III. e) I, II e III. Considere as seguintes fases da mitose: I. telófase II. metáfase III. Anáfase Considere também os seguintes eventos: a. As cromátides-irmãs movem-se para os pólos opostos da célula. b. Os cromossomos alinham-se no plano equatorial da célula. c. A carioteca e o nucléolo reaparecem. Assinale a alternativa que relaciona corretamente cada fase ao evento que a caracteriza: a) I - a; II -b; III - c b) I - a; II - c; III - b c) I - b; II - a; III - c d) I - c; II - a; III - b e) I - c; II -b; III - a Analise os eventos mitóticos relacionados a seguir: I. Desaparecimento da membrana nuclear. II. Divisão dos centrômeros. III. Migração dos cromossomos para os pólos do fuso. IV. Posicionamento dos cromossomos na região mediana do fuso. Qual das alternativas indica corretamente sua ordem temporal? a) IV - I - II - III. b) I - IV - III - II. c) I - II - IV - III. d) I - IV - II - III. e) IV - I - III – I Entre as frases a seguir, em relação à divisão celular por mitose, uma é incorreta. Aponte-a: a) Na metáfase, todos os cromossomos, cada um com duas cromátides, encontram-se no equador da célula em maior grau de condensação. b) A célula mãe dá origem a duas células filhas com metade do número de cromossomos. c) As células filhas são idênticas às células mãe. d) Ocorre nas células somáticas, tanto de animais como de vegetais. e) É um processo muito importante para o crescimento dos organismos. A sequência das subfases da prófase I é: a) Leptóteno, diplóteno, paquíteno, zigóteno, diacinese. b) Leptóteno, diplóteno, paquíteno, diacinese, zigóteno. c) Leptóteno, zigóteno, paquíteno, diacinese, diplóteno. d) Leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno, diacinese. e) Leptóteno, paquíteno, zigóteno, diplóteno, diacinese. A mitose e a meiose ocorrem no organismo humano e possibilitam a formação de diferentes células. A primeira ocorre em células somáticas e a segunda em células germinativas. Existem vários eventos que acontecem de forma semelhante nas duas divisões celulares; dentre eles, pode-se citar: a) duplicação do DNA, separação dos cromossomos homólogos e duplicação dos centríolos. b) separação das cromátides-irmãs, duplicação dos centríolos e permutação. c) condensação cromossômica, duplicação do DNA e desaparecimento do envoltório nuclear. d) citocinese, duplicação dos centríolos e separação dos cromossomos homólogos. e) separação das cromátides-irmãs, pareamento dos homólogos e formação das fibras do fuso. A figura a seguir é característica da MEIOSE porque só nesse tipo de divisão celular acontece: a) separação dos centríolos. b) formação do fuso acromático. c) manutenção da carioteca. d) pareamento dos cromossomos homólogos. e) duplicação das cromátides. O que caracteriza a anáfase e que evento marca o seu inicio? O que é mitose? E citocinese? Descreva, em linhas gerais, o que ocorre na telófase da mitose. O que é o fuso mitótico (ou fuso acromático)? Explique o que é a fase G0, no ciclo celular?
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