Materia da Prova Oficial de Biologia

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Fases do ciclo celular
O ciclo celular é composto de interfase (fases G₁, S, e G₂), seguido pela fase mitótica (mitose e citocinese) e fase G₀.
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 está célula recém-nascida deve fazer, em seguida, para crescer e se dividir? A preparação para a divisão acontece em três etapas:
Fase G1. Durante a fase G1, 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. 
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 G2. Durante a segunda fase de intervalo, ou fase G2, a célula cresce mais, produz proteínas e organelas, e começa a reorganizar seu conteúdo em preparação para a mitose. A fase G2 termina com o início da mitose.
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.
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. 
O que é mitose?
Mitose é um tipo de divisão celular em que uma célula (a célula-mãe) se divide para produzir duas novas células (as filhas) que são geneticamente idênticas a ela. No contexto do ciclo celular, a mitose é a parte do processo de divisão em que o DNA do núcleo das células é dividido em dois conjuntos iguais de cromossomos.
A grande maioria das divisões celulares que ocorrem no nosso corpo envolvem a mitose. Durante o desenvolvimento e o crescimento, a mitose preenche o corpo do organismo com células e, ao longo da vida de um organismo, substitui células velhas e desgastadas por novas. Para eucariontes unicelulares como a levedura, as divisões mitóticas são, na verdade, a sua forma de reprodução, adicionando novos indivíduos à população.
Em todos esses casos, o "objetivo" da mitose é assegurar que cada célula-filha receba um conjunto inteiro e perfeito de cromossomos. Células com quantidade excessiva ou insuficiente de cromossomos não costumam funcionar direito e podem, inclusive, não sobreviver ou até mesmo causar câncer. Então, quando as células sofrem mitose, elas não dividem seu DNA aleatoriamente e jogam-no em pilhas para as células-filhas. Em vez disso, elas separam seus cromossomos duplicados em uma série de etapas cuidadosamente organizadas.
Fases da mitose
A mitose consiste em quatro fases básicas: prófase, metáfase, anáfase, telófase.
Profáse: No estágio inicial da prófase, a célula começa a quebrar algumas estruturas e a formar outras, preparando o cenário para a divisão dos cromossomos.
Os cromossomos começam a se condensar (o que facilita sua separação mais tarde).
O fuso mitótico começa se formar. O fuso é uma estrutura feita de microtúbulos, fibras fortes que são parte do "esqueleto" da célula. Sua função é organizar os cromossomos e movê-los durante a mitose. O fuso cresce entre os centrossomos a medida que eles se separam.
O nucléolo (ou nucléolos, no plural), uma parte do núcleo onde são formados os ribossomos, desaparece. Esse é um sinal de que o núcleo está prestes a se romper.
No final da prófase, o fuso mitótico começa a capturar e organizar os cromossomos.
Os cromossomos concluem a condensação e, por isso, ficam bastante compactos.
O envoltório nuclear se rompe, liberando os cromossomos.
O fuso mitótico cresce mais, e alguns microtúbulos começam a "capturar" os cromossomos.
Metáfase: Na metáfase, o fuso já capturou todos os cromossomos e os alinhou no meio da célula, que está pronta para a divisão.
Todos os cromossomos estão alinhados na placa metafásica (não se trata de uma estrutura física, é apenas um termo para o plano em que os cromossomos estão alinhados).
Nesta fase, os dois cinetócoros de cada cromossomo devem se ligar a microtúbulos de pólos opostos do fuso.
Antes de entrar na anáfase, a célula vai verificar se todos os cromossomos estão na placa metafásica com seus cinetócoros corretamente ligados aos microtúbulos. Isto é chamado ponto de checagem do fuso e ajuda a garantir que as cromátides irmãs se dividam uniformemente entre as duas células-filhas quando se separarem na próxima etapa. Se um cromossomo não estiver adequadamente alinhado ou ligado, a célula para a divisão até que o problema seja resolvido.
Anáfase: Na anáfase, as cromátides irmãs se separam uma da outra e são empurradas em direção às extremidades opostas da célula.
A proteína "cola" que mantém as cromátides irmãs unidas é quebrada, permitindo que elas se separem. Cada uma é agora um cromossomo único. Os cromossomos de cada par são empurrados em direção aos pólos opostos da célula.
Os microtúbulos não ligados aos cromossomos se alongam e se empurram separando os pólos da célula, tornando-a mais longa.
Todos esses processos são acionados por proteínas motoras, máquinas moleculares que podem “caminhar” pelas trilhas dos microtúbulos levando cargas. Na mitose, as proteínas motoras carregam cromossomos ou outros microtúbulos enquanto se deslocam.
Telófase: Na telófase, a célula está quase completamente dividida e começa a reestabelecer sua estrutura normal a medida que a citocinese (divisão dos conteúdos da célula) toma lugar.
O fuso mitótico é dividido em seus "blocos de construção".
Dois novos núcleos são formados, um para cada conjunto de cromossomos. As membranas nucleares e os nucléolos reaparecem.
Os cromossomos começam a se descondensar e voltam a sua forma "filamentosa".
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.
Citocinese, a divisão do citoplasma para formar duas células novas, sobrepõe-se aos estágios finais da mitose. Ela pode começar tanto na anáfase quanto na telófase, dependendo da célula, e termina logo depois da telófase.
Nas células animais, a citocinese é contrátil, apertando a célula em duas, como uma bolsinha de moedas com um cordão. O "cordão" éum conjunto de filamentos feitos de uma proteína chamada actina e o vinco formado pelo aperto é conhecido como sulco de clivagem. As células das plantas não podem ser dividas desta forma porque elas possuem uma parede celular e são muito duras. Em vez disso, a estrutura chamada de placa celular se forma no meio da célula, dividindo-a em duas células-filhas, separadas por uma nova parede.
Em animais, a divisão da célula ocorre quando um conjunto de fibras citoesqueléticas chamado anel contrátil contrai-se em direção ao interior da célula e parte a célula em duas, um processo chamado de citocinese contrátil. A indentação produzida à medida que o anel se contrai para o interior da célula é chamada de sulco de clivagem. Células animais podem ser clivadas em duas, por compressão, porque são relativamente macias e moles.
Células de plantas são muito mais duras que células animais; elas são cercadas por uma parede celular rígida e têm uma pressão interna alta. Por isto, as células de plantas se dividem em duas através da construção de uma nova estrutura no meio da célula. Esta estrutura, conhecida como lamela média, é feita de membrana plasmática e componentes da parede celular disponíveis em vesículas, e ela divide a célula em duas.
Quando a citocinese termina, temos duas células novas, cada uma com um conjunto completo de cromossomos idênticos aos da célula-mãe. As células-filhas podem agora começar suas próprias "vidas" celulares e - dependendo do que decidirem ser quando crescerem - podem, elas também, realizar mitose, repetindo o ciclo.
Saída do ciclo celular e G0
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 G1e entrar em um estado de repouso chamado Fase G0. Em G0, 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. G0 é um estado permanente para algumas células, enquanto outras podem reiniciar a divisão caso recebam os sinais corretos.
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. Diferentes tipos de células também dividem seu tempo entre as fases do ciclo celulares de formas diferentes.
Bipartição bacteriana
O que é fissão binária?
A fissão binária bacteriana é o processo pelo qual as bactérias realizam a divisão celular. O conceito de fissão binária é semelhante ao de mitose que acontece em organismos eucarióticos (tais como plantas e animais), mas sua finalidade é diferente.
Quando as células se dividem por mitose no corpo de um organismo multicelular, elas fazem o organismo crescer mais ou substituir células velhas, desgastadas, por novas. No caso de uma bactéria, no entanto, a divisão celular não é apenas um meio de ganhar mais células para o corpo. Na verdade, é a maneira como as bactérias se reproduzem, ou adicionam mais bactérias à população.
A fissão binária apresenta características em comum com a mitose, mas também difere da mitose em alguns aspectos importantes. Vamos dar uma olhada como funciona.
Etapas da fissão binária (ou bipartição)
Assim como uma célula humana, uma bactéria em divisão precisa copiar seu DNA. Mas, ao contrário de células humanas, que têm vários cromossomos (em forma de bastão) contidos em um núcleo limitado por uma membrana, as células bacterianas geralmente têm um cromossomo único, circular e sempre carecem de um núcleo. No entanto, o cromossomo bacteriano é encontrado em uma região especializada da célula chamada nucleoide.
A cópia do DNA por enzimas de replicação começa num ponto do cromossomo chamado origem da replicação. A origem é a primeira parte do DNA a ser copiada. À medida que a replicação continua, as duas origens avançam para extremos opostos da célula, puxando o resto do cromossomo junto com eles. A célula também alonga-se, em adição à separação dos cromossomos recém formados.
A replicação continua até que o cromossomo inteiro é copiado e as enzimas de replicação se encontrem. Depois que os novos cromossomos se mudaram para os lados opostos da célula, liberando o centro da célula, pode ocorrer a divisão do citoplasma.
Neste processo, a membrana se invagina e forma um septo, ou uma nova parede separadora, no meio da célula. (As bactérias têm uma parede celular, então eles devem regenerar está parede quando realizam a divisão celular).
Finalmente, o septo divide a célula ao meio e as duas células são liberadas para continuar suas vidas como bactérias individuais.
Comparação entre bipartição e mitose
A fissão binária bacteriana é semelhante em alguns aspectos à mitose que acontece nos humanos e outros eucariontes. Em ambos os casos, os cromossomos são copiados e separados, e a célula divide seu citoplasma para formar duas novas células.
Entretanto, os mecanismos e a sequência dos dois processos são bastante diferentes. Em primeiro lugar, nenhum fuso mitótico é formado nas bactérias. Talvez a maior diferença seja que a replicação e a separação do DNA acontecem ao mesmo tempo durante a fissão binária (ao contrário da mitose, onde o DNA é copiado durante a fase S, muito antes de sua separação na fase M).
Meiose
Mitose é usada para quase todas as necessidades de divisão celular de seu corpo. Ela adiciona novas células durante o desenvolvimento e substitui células velhas e desgastadas ao longo de toda sua vida. O objetivo da mitose é produzir células filhas que são geneticamente idênticas às suas mães, com nenhum cromossomo a mais ou a menos.
A meiose, por outro lado, é utilizada apenas para um propósito no corpo humano: a produção de gametas - as células sexuais, ou espermatozoides e óvulos. Seu objetivo é fazer células filhas com exatamente metade dos cromossomos da célula inicial.
Para explicar de outra forma, a meiose em humanos é o processo de divisão que nos leva de uma célula diploide - com dois conjuntos de cromossomos - a células haploides - com apenas um conjunto de cromossomos. Em humanos, as células haploides feitas a partir da meiose são os espermatozoides e os óvulos. Quando um espermatozoide e um óvulo se unem na fertilização, os dois conjuntos haploides de cromossomos formam um conjunto diploide completo: um novo genoma.
Fases da meiose
Em muitos aspectos, a meiose é muito semelhante à mitose. A célula passa por etapas similares e usa estratégias semelhantes para organizar e separar os cromossomos. Na meiose, contudo, a célula tem uma tarefa mais complexa. Ainda precisa separar as cromátides-irmãs (as duas metades de um cromossomo duplicado), como na mitose. Mas também deve separar os cromossomos homólogos, os pares de cromossomos similares mas não-idênticos que um organismo recebe de seus dois genitores.
Estes objetivos são alcançados na meiose através de um processo de divisão em duas etapas. Pares homólogos separam-se durante a primeira parte da divisão celular, chamada de meiose I. As cromátides-irmãs separam-se durante a segunda parte, chamada de meiose II.
Uma vez que a divisão celular ocorre duas vezes durante a meiose, uma célula pode produzir quatro gametas (óvulos ou espermatozoides). Em cada parte da divisão, as células passam por quatro estágios: prófase, metáfase, anáfase e telófase.
Meiose I
Antes de entrar na meiose I, a célula precisa primeiro passar pela interfase. Como na mitose, a célulacresce durante a fase G1, copia todos os seus cromossomos na fase S e se prepara para a divisão durante a fase G2. Durante a prófase I, diferenças com a mitose começam a aparecer. Como na mitose, os cromossomos começam a se condensar, mas na meiose I, eles também pareiam. Cada cromossomo cuidadosamente se alinha com o seu par homólogo, de forma que os dois se combinem ao longo de suas porções correspondentes por todo seu comprimento.
Por exemplo, na imagem abaixo, as letras A, B e C representam genes encontrados em pontos particulares no cromossomo, com letras maiúsculas e minúsculas representando diferentes formas, ou alelos, de cada gene. O DNA é quebrado no mesmo ponto em cada homólogo - aqui, entre os genes B e C - e reconecta-se em um padrão cruzado, de forma que os homólogos troquem parte de seu DNA um com o outro.
Este processo, no qual os cromossomos homólogos trocam partes, é chamado de crossing-over. Ele é facilitado por uma estrutura proteica, chamada de complexo sinaptonêmico, que mantém os homólogos juntos. Os cromossomos estariam na verdade posicionados um sobre o outro - como na imagem abaixo - durante o crossing-over; eles somente são mostrados lado a lado na imagem acima para facilitar a visualização da troca de material genético.
Você pode ver sob microscópio os cromossomos em crossing-over como quiasmas, estruturas em forma de cruz onde os homólogos estão unidos. Os quiasmas mantem os homólogos conectados um ao outro após o rompimento do complexo sinaptonêmico, por isto cada par de homólogos precisa de pelo menos um. É comum acontecerem vários crossovers (até 25) para cada par de homólogos.
Os pontos onde acontecem crossovers são mais ou menos aleatórios, levando à formação de cromossomos novos e "remisturados" com combinações únicas de alelos.
Após o crossing-over, o fuso começa a capturar os cromossomos e movê-los em direção ao centro da célula (placa metafásica). Isto pode parecer familiar em relação à mitose, mas há uma mudança. Cada cromossomo se prende a microtúbulos de apenas um dos pólos do fuso, e os dois homólogos de um par ligam-se a microtúbulos de pólos opostos. Assim, durante a metáfase I, os pares de homólogos - não cromossomos individuais - se alinham na placa metafásica para a separação.
Quando os pares de homólogos se alinham na placa metafásica, a orientação de cada par é a o acaso.
Na anáfase I, os homólogos são separados e levados para pólos opostos da célula. Contudo, as cromátides-irmãs de cada cromossomo permanecem unidas uma a outra e não se separam.
Finalmente, na telófase I, os cromossomos chegam aos pólos opostos da célula. Em alguns organismos, a membrana nuclear se reorganiza e os cromossomos se descondensam, mas em outros, esta etapa é pulada — já que as células rapidamente vão entrar em outro ciclo de divisão, a meiose II. A citocinese geralmente ocorre ao mesmo tempo que a telófase I, formando duas células-filhas haploides.
Meiose II
As células passam da meiose I para a meiose II sem copiar o seu DNA. A meiose II é um processo mais curto e mais simples do que a meiose I, e pode ser que você ache mais útil pensar na meiose II como a "mitose das células haploides".
As células que entram na meiose II são aquelas formadas na meiose I. Estas células são haploides — têm apenas um cromossomo de cada par homólogo — mas seus cromossomos ainda consistem de duas cromátides-irmãs. Na meiose II, as cromátides-irmãs se separam, formando células haploides com cromossomos não-duplicados.
Durante a prófase II, os cromossomos condensam-se e o envelope nuclear é rompido, se necessário. Os centrossomos se separam, o fuso é formado entre eles, e os microtúbulos do fuso começam a capturar os cromossomos. 
As duas cromátides-irmãs de cada cromossomo são capturadas pelos microtúbulos dos pólos opostos do fuso. Na metáfase II, os cromossomos se alinham individualmente ao longo da placa metafásica. Na anáfase II, as cromátides-irmãs se separam e são levadas para pólos opostos da célula.
Na telófase II, as membranas nucleares formam-se novamente em torno de cada conjunto de cromossomos, e estes se descondensam. A citocinese separa os conjuntos de cromossomos em novas células, formando os produtos finais da meiose: quatro células haploides nas quais cada cromossomo tem apenas uma cromátide. Em humanos, os produtos da meiose são os espermatozoides ou os óvulos.