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99 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) Unidade III 7 CICLO CELULAR O ciclo celular deve ser compreendido pela forma pela qual todos os seres vivos trabalham (exercem suas funções) e se reproduzem. Vamos lembrar que existem seres unicelulares; portanto, o seu ciclo de vida não é diverso do ciclo celular: todos nascem, desenvolvem-se, trabalham, reproduzem-se e morrem, com as células não são diferentes. Podemos condensar esses eventos no ciclo celular em dois momentos: a interfase e a mitose. Na mitose ocorre a divisão da célula, e no período entre duas divisões (entre fases reprodutivas) temos a interfase. O núcleo celular na interfase, que é o período de desenvolvimento e trabalho, é bem diferenciado em relação à atividade celular (profissão), e o núcleo mitótico (reprodução) nem sequer pode ser chamado de núcleo, pois perde sua membrana e torna-se difuso no citoplasma. Neste tópico serão abordados os aspectos estruturais e funcionais do núcleo interfásico. A compartimentalização do ácido desoxirribonucleico (DNA) chamado de núcleo divide os eucariontes (onde nos encontramos) dos procariontes (bactérias). Isso é a base para explicar a grande diversidade da vida que encontramos hoje. O compartimento nuclear isolou as reações químicas e criou um ambiente para um processamento do DNA que permite um controle mais acurado e desacoplou as etapas de reações químicas (transcrição e a translocação), além de possibilitar a verificação de qualidade do DNA e sua restauração. O RNA passou a ser modificado conforme a necessidade antes de entrar em contato com os ribossomos fora do núcleo. Permitiu que as vias metabólicas nucleares se tornassem livres de interferências que ocorrem no citoplasma, impedindo competições por sítios de afinidades moleculares. O ciclo celular, desde a formação de uma célula até sua própria divisão em duas células-filhas iguais entre si, apresenta, basicamente, as seguintes passagens: a interfase, em que a célula cresce e se prepara para uma nova divisão, e a divisão, em que se originam duas células-filhas, a qual se inicia pela divisão do núcleo (cariocinese ou mitose) e posteriormente do citoplasma (citocinese). Algumas células, como os hepatócitos, não realizam a citocinese e passam a ser binucleadas. O ciclo tem que se ajustar para que tenha o tempo suficiente para que a célula dobre de tamanho e em seguida se divida, mantendo assim o tamanho das células dentro de um parâmetro. O controle nos eucariontes é feito por diversos produtos gênicos, que, por sua vez, são também regulados por fatores extracelulares, como nutrientes ou fatores de crescimento, fazendo que ocorra a divisão celular coordenadamente com as necessidades do organismo como um todo. 100 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III Em uma das fases do ciclo celular, a interfase (95% do ciclo), ocorre a duplicação dos componentes da célula-mãe, incluindo a duplicação do DNA. As células de mamíferos terminam sua duplicação de DNA, e pelo menos duas horas antes entram em mitose. Assim, dentro da interfase ocorrem os seguintes períodos: • G0 (tempo variável): estado quiescente em que a célula não apresenta a programação para entrar em mitose novamente. A maioria dos neurônios estão em G0. A quantidade de DNA é de 2C. • G1 (gap = vazio) – 12h em média: é o intervalo de tempo desde a mitose até o início da síntese de DNA. É o período pós-mitótico. • R (ponto de restrição): quando a célula atravessa esse ponto, entra em mitose novamente. Fica no fim da G0. • S (stand) – 8h em média: é o momento em que ocorre a duplicação ou síntese de DNA. Pode-se afirmar que há um conteúdo intermediário de DNA nessa fase. • G2 – 4h em média: intervalo entre o término da síntese de DNA e a próxima mitose, pós-síntese de proteínas ou pré-mitótico. A quantidade de DNA é de 4C. • M – 1h em média: mitose. O ciclo é termodependente e está à mercê da disponibilidade de nutrientes, sob efeito de mensageiros químicos, tais como hormônios, fatores de crescimento e fatores fisiológicos, tais como idade da célula, pressão osmótica, pressão hidrostática e pressão de oxigênio externa. O conjunto de proteínas que interagem, conhecidas como quinases, dependentes de ciclina (CDKs), controla por via enzimática o ciclo celular. Os receptores e agentes mais citados são a CDC2 e CDK. A célula passa por G1 e é induzida a progredir ao longo do ciclo por fatores de crescimento (mitógenos), atuando por meio de receptores que transmitem os sinais para prosseguir em direção à fase S. As ciclinas do tipo D (D1, D2 e D3) são as que se associam às CDKs e as ativam. Também existem outas que podem induzir a interrupção de G1. Caso essas proteínas sejam inativadas por mutações, a proliferação celular torna-se contínua, comum em várias neuplasias. Quando ocorre detecção do dano do DNA e consequente interrupção do ciclo celular, por causa da ativação da p53, o impedimento para bloquear o ciclo se torna essencial em evitar que a célula entre na fase S. Assim que a célula passar pelo ponto de restrição G1, a ciclina E é degradada, e a célula entra na fase S. Isso é iniciado, entre muitas outras atividades, pela ligação da ciclina A à CDK2 e pela fosforilação da proteína RB (proteína retinoblastoma). Esse sistema impede que a célula prossiga o seu ciclo com um DNA alterado (danificado), sendo o ponto de controle o limite de ação dos sistemas de retroalimentação das ciclinas. Quando o genoma está integro, o CDC2 (CDK1) associado com ciclinas mitóticas A e B é ativado para formar o fator promotor de mitoses e imediatamente no início da divisão celular as ciclinas A e B são destruídas, determinando-se o complexo promotor da anáfase e permitindo-se assim a continuidade do ciclo. 101 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) Observação Existem células em que o período G1 é quase inexistente (células embrionárias, embrioblastos) e células que estão sempre em G0, tais como os neurônios. Assim, o ciclo celular vai variar de acordo com a programação genética de cada tipo celular. Por exemplo: • Do zigoto (célula-ovo fecundada) até que se torne homem, cerca de cem trilhões (1014) de células somáticas são mantidas. Portanto, o processo de crescimento se dá pelo aumento do número de células no organismo, pois as células, quase sempre, mantêm seus volumes constantes. • No adulto, ocorre a reposição de células mortas, pela regeneração ou cicatrização. • A morte celular ocorre por lesão ou por morte celular programada (apoptose). • Nos organismos de reprodução sexuada, ocorre a meiose, que é uma divisão celular reducional, na qual a célula-mãe dá origem a quatro células-filhas com metade da carga genética C = 2+2, sendo, portanto, haploides. Veja um esquema do ciclo celular. Neste esquema, trata-se de uma célula somática, pois o maior tempo é o da interfase. No estágio G1 ocorrem, por exemplo, processos de sínteses; já no S, há a duplicação do DNA. O G2 precede a mitose ou a apoptose. Figura 56 – Esquema do ciclo celular 102 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III Figura 57 – Gráfico referente à quantidade de DNA ao longo do tempo durante o ciclo celular Lembrete As células musculares estriadas esqueléticas (fibras) são incapazes de entrar no processo de mitose, pois são muitinucleadas e ultraespecializadas. Assim, estão sempre em G0, tal como a maioria dos neurônios. 7.1 Núcleo interfásico O núcleo interfásico é constituído por envoltório nuclear,cromatina, nucleoplasma e nucléolo. O número em geral é único, com posição central ou periférico, e representa a forma da célula. O tamanho é variável de acordo com o metabolismo e conteúdo de DNA da célula. A células ativas apresentam maior quantidade de proteínas relacionadas com a transcrição do DNA. O envoltório nuclear é visível apenas na microscopia eletrônica de transmissão, delimitando o núcleo. As unidades de membrana possuem 5 a 6 nm de espessura; já a cisterna perinuclear tem espessura de 10-50 nm. Na face interna, há um espessamento formado pela lâmina nuclear e na face externa ocorre continuidade com o retículo endoplasmático rugoso (com composição química semelhante). As membranas lipoproteicas são assimétricas, com as porções glicídicas voltadas para a cisterna perinuclear, com 30% de lipídeos (90% fosfolipídeos, 30% triclicérides, colestrerol e ésteres de colesterol) e 70% de proteínas (com algumas glicoproteínas), algumas comuns ao RER (como glicose-6-fosfatase, citocromo P-450, citocromo b5). Ocorrem poros (1,5 a 25% da área funcional) que apresentam fusão das membranas interna e externa, e permitem o trânsito de macromoléculas, sendo uniformemente distribuídos e variando em quantidade conforme a célula e o respectivo estágio funcional (+ ativa, + poros). As moléculas com diâmetro menor que 9 nm atravessam o poro rapidamente. Os RNA são grandes e passam pelo poro com gasto energético, e o poro abre até 25 nm de diâmetro. 103 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) Proteínas de PM elevado (polimerases do DNA: 100.000 dáltons; do RNA: 200.000 dáltons) são sintetizadas no citoplasma com sinal de localização nuclear, com 4 a 8 aminoácidos orientados pela importina (proteína citoplasmática que se liga à proteína a ser transportada) e estão ligadas ao complexo do poro, permitindo à proteína atravessar o poro com gasto energético. Após a passagem, a importina retorna ao citoplasma. O sinal de localização nuclear permanece e permite que a proteína reentre no núcleo após a mitose. A exportação de RNA do núcleo para o citoplasma ocorre com gasto energético, com mRNA (RNA mensageiro), tRNA (RNA transportador) e rRNA (RNA ribossômico) como complexos RNA-proteína. O sinal de exportação nuclear pode estar no RNA ou na proteína. O mRNA é completado com cerca de 20 proteínas, formando as ribonucleoproteínas nucleares heterogêneas ou hnRNPs. O rRNA também é transportado em subunidades ribossômicas. Já o tRNA, apesar de possuir sua morfologia descrita, ainda não tem todas as suas funções esclarecidas. A lâmina nuclear é uma rede fibrosa interna com 10-20 nm de espessura interrompida nos poros. Nos mamíferos, a rede é formada pelas proteínas laminas A, B e C. A lamina dá a forma e suporte estrutural à carioteca e é responsável pela ligação das fibras cromatínicas ao envoltório. Na mitose, ocorre uma fosforilação temporária e desorganização, sendo posteriormente recompostas. A proteína lamina é um dímero de subunidades proteicas que se associam através das porções α-hélice de cada cadeia polipeptídica, com as duas porções globulares de cada cadeia ficando nas extremidades. Com mudança do pH e concentração iônica, os dímeros se polimerizam, formando filamentos. São proteínas intrínsecas à membrana interna. A lamina B possui uma poção lipídica que se insere na bicamada, e a esta se associam as laminas A e C. O nucleoplasma é uma solução aquosa de proteínas, RNAs, nucelosídeos, nucleotídeos e íons + nucléolo e cromatina + proteínas (maioria enzimas de síntese e duplicação de DNA, como DNA-polimerase, RNA-polimerase, topoisomerases, helicases etc.). Cada cromossomo interfásico provavelmente ocupa um lugar definido dentro do núcleo, não se embaraçando com outros. Acredita-se que partes dos cromômeros se aderem a sítios do envelope nuclear ou da lâmina nuclear. A matriz nuclear lâmina nuclear + estrutural nucleolar e rede fibrilar interna (≈ ao citoesqueleto citoplasmático) teria a função de ancorar as cromatinas no núcleo durante o processo e as enzimas na interfase. Os nucléolos são esféricos e sem membrana (de 1 a 7 µm de diâmetro). O tamanho costuma ser relacionado com a síntese proteica. Em geral, são únicos. É a região onde partes dos diferentes cromossomos que possuem genes para os RNA ribossomais se agrupam juntas. Contém 60% de proteínas e rRNA e pouco DNA (ribossômico). É onde os RNAs ribossômicos são sintetizados e se combinam com as proteínas para formar os ribossomos. O nucléolo só é observado quando a célula se encontra na interfase do ciclo celular. Portanto, durante o processo da divisão celular, o nucléolo se desestrutura. Podem existir até três nucléolos por núcleo, dependendo da atividade metabólica e do tipo celular estudado. Em células pancreáticas exócrinas, secretoras de proteínas, o nucléolo chega a ocupar 25% do volume do núcleo. O nucléolo apresenta 104 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III pequena quantidade de DNA e é o responsável pela formação dos RNAs: RNAr (um dos constituintes das subunidades maiores e menores dos ribossomos) e do RNAt (transportador de aminoácidos do citoplasma para os ribossomos). No nucléolo, são distintas quatro áreas: • Área fibrilar, pouco corada, apresenta o DNA inativo. Aqui, não há transcrição. • Área da porção fibrosa, possui RNAs que estão sendo transcritos. Aqui, o DNA é ativo. • Área granulosa, local que reúne as subunidades maiores e menores dos ribossomos em fase de maturação (amadurecimento). • Área da matriz, local da organização do nucléolo. São outras funções do nucléolo: regular eventos do ciclo celular, como a citocinese; inativar enzimas quinases; e alterar pequenas moléculas de RNAs que vão formar as subunidades do RNAr. Figura 58 – Eletromicrografia de transmissão demonstrando a ultraestrutura de um núcleo interfásico O DNA segundo o modelo de Watson e Crick é composto de duas cadeias de polinucleotídeos complementares e antiparalelas, que se associam por pontes de hidrogênio, formando uma dupla hélice com diâmetro de 2 nm. A quantidade de DNA é expressa em pares de bases, chamados valor C (107 até 1011pb). 105 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) As duas cadeias de polinucleotídeos são conhecidas como cadeias de DNA, cada uma composta de quatro pares de subunidades nucleotídeas. Uma cadeia possui uma terminação com um orifício (3’ hidroxil) e a outra, uma saliência (5’ fosfato) no seu término. Assim, a polaridade da cadeia do DNA é referida como terminações 5’ e 3’. As duas cadeias de polinucleotídeos são unidas por ligações de hidrogênio entre os pares de bases. São polarizadas e correm antiparalelas uma a outra, formando uma dupla hélice. Nucleotídeos são formados do açúcar de cinco carbonos: desoxirribose com um grupo fosfato (por isso ácido desoxirribonucleico) e uma base nitrogenada, com adenina (A), citosina (C), guanina (G) ou timidina (T). Os nucleotídeos são ligados covalentemente juntos em cadeias através dos açúcares e fosfatos, que formam a “espinha” alternada de açúcar-fosfato-açúcar-fosfato, criando um colar com os quatro tipos de bases. A composição e a estrutura química das bases permitem que somente ocorram pontes de hidrogênio eficientemente entre A-T (duas pontes de hidrogênio) e C-G (três pontes de hidrogênio), permitindo que as cadeias se aproximem, criando uma hélice (10 pares de base a cada giro), sem perturbá-la. As bases podem se agrupar dessa forma somente se a cadeia de polinucleotídios estiver alinhada em orientações opostas (antiparalela e complementar). Os genes são formadospor um segmento de DNA que contém as instruções para fazer uma proteína particular (ou, em alguns casos, um grupo de proteínas intimamente relacionadas). Alguns genes comandam a produção de moléculas de RNA como produto final. Eles carreiam a informação genética, que deve ser copiada e transmitida precisamente durante a divisão celular. O DNA codifica a informação de forma sequencial com as quatro letras (A, C, G e T), que variam nos diferentes organismos e irão expressar os diferentes aminoácidos. Há uma correspondência entre a sequência de quatro nucleotídeos e os 20 aminoácidos que irão formar as diferentes proteínas. A informação completa do organismo é chamada de genoma. Cada gene possui um segmento com sequência de DNA de regulação, um íntron e um exón. Os íntrons são sequências sem significado genético, enquanto os exóns apresentam uma sequência que defina uma característica, isto é, determinam uma proteína. Há uma quantidade de DNA espalhado que parece não portar informação, chamado de DNA lixo. Em geral, quanto mais complexo o organismo, maior o seu genoma, mas nem sempre é assim. O genoma humano é 200 Xs maior que da Saccharomyces cerevisiae, 30 Xs menor que de algumas plantas e 200 Xs menor que de algumas espécies de amebas. Em geral, aumenta conforme sobe na filogenia, mas existem exceções (há alguns urodelos com 30 Xs mais DNA que Homo sapiens, e peixes pulmonados com número também mais elevado) – paradoxo do valor C. A quantidade de DNA no citoplasma dos vertebrados é superior à mínima necessária para armazenar informação genética. O RNAr associa-se com proteínas e enzimas do núcleo e forma as subunidades maior e menor dos ribossomos, responsáveis pela produção das proteínas. O RNAr é produzido pela área fibrosa do nucléolo, pela ação da enzima RNA polimerase I. Essa formação de início é denominada RNAr 45S e se constitui num “pré-ribossomo” (possui 13.000 nucleotídeos). O núcleo (o DNA do núcleo) produz o RNAr 5S. Os ribossomos já existentes no citoplasma produzem proteínas e as enviam para a parte 106 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III fibrosa do nucléolo. Agora, essas proteínas se unem ao RNAr 45S e formam uma grande partícula de RNP (ribonucleoproteína). Essa RNP dará origem às subunidades maiores e menores na área granulosa do nucléolo. São elas: RNArs 28S, RNArs 18S, RNArs 5,8S e RNArs 5S. A subunidade maior do ribossomo é formada pelos RNArs 28S, 5,8S e 5S. Esse RNAr permite dois acoplamentos, um do RNAm e outro do RNAt. Há ribossomos livres no citoplasma e outros acoplados no RER, constituindo os polirribossomos. Portanto, ribossomos produzem proteínas. Ribossomos livres no citoplasma produzem proteínas que serão utilizadas pelas células, enquanto os ribossomos associados ao retículo endoplasmático rugoso (REE) criam proteínas que serão secretadas, isto é, que sairão da célula (RE + ribossomos constituem o REG ou RER). Recentemente, foi descoberta uma nova organela citoplasmática chamada de proteossomo, que degrada proteínas descartáveis. O RNAm transporta o código genético do núcleo para o citoplasma, isto é, do núcleo para os ribossomos. O RNAm ou mRNA possui códigos que são cópia da sequência de bases nitrogenadas do DNA (códons), com a respectiva alteração A – U e G – C, atuando como “molde” ou “intermediário” para a produção de proteínas por parte dos ribossomos (RNAr). Pode-se afirmar que o RNAm será traduzido em proteínas. Quem codifica é o DNA, e o RNAm transporta essa codificação. O RNAm transporta de uma só vez uma série de códons, os quais correspondem a determinados tipos de aminoácidos. O RNAm apresenta RNAt, transportador ou de transferência, que transporta ou transfere os aminoácidos ativados do citoplasma para os ribossomos. Sua formação é dependente da enzima RNA polimerase III, quando esta age sobre o DNA do nucléolo. É um tipo de ácido pequeno que possui apenas 80 nucleotídeos. Sua forma é de trevo por apresentar-se dobrado sobre si mesmo. Há, em alguns locais desse RNA, o pareamento de bases nitrogenadas. Ele possui duas partes distintas: uma é a extremidade 5’, que possui o anticódon, a qual reconhece o códon do RNAm. A outra extremidade é a 3’, que possui o aminoácido (conjunto de três bases nitrogenadas). Observação O compartimento nuclear possui: • 46 cromossomos, cada um formado por uma única molécula de DNA combinada com numerosas proteínas. • Várias classes de RNA. • Nucléolo. • Proteínas reguladoras e estruturais. • Nucleoplasma. Já o envoltório nuclear apresenta: • Duas membranas concêntricas. 107 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) • Espaço perinuclear. • Lâmina nuclear – fina malha de laminofilamentos. • 3.000 a 4.000 poros. 7.2 Síntese proteica O processo de síntese proteica inicia-se com a transcrição, a qual ocorre quando o DNA origina RNAm. Só ocorre na interfase, nunca na mitose ou na meiose. É produzido, no sentido, a partir de 5’ para 3’. O RNAm não apresenta tamanho fixo. A expressão gênica começa com a produção do RNAm, tem sua continuidade com a tradução do RNAm e termina com a produção da proteína. Quando o RNAm se dobra, recebe o nome de microRNA. Ao sair do núcleo, o microRNA no citoplasma sofre ação de uma enzima que o picota em pequenos fragmentos. Há 31 tipos diferentes de RNAt. O RNAt se prende no ribossomo, em dois locais. Um deles prende a molécula do RNAt à qual está ligado o peptídio em formação; o outro local prende a molécula de RNAt à qual está ligado o aminoácido a ser acrescentado. A seleção do RNAt para o segundo local fica assegurada pelo códon do RNAm, o qual se apresenta nesse segundo local. O cruzamento entre as bases constitui 64 trincas. Destas 64 trincas, três não codificam aminoácidos, pois correspondem a trincas de finalizações, sendo que os humanos utilizam apenas 20 aminoácidos, e ocorrem diferentes combinações de bases que determinam o mesmo tipo de aminoácido. O RNAt (o anticódon) é uma molécula intermediária entre os códons do RNAm e aminoácidos. O RNAt se liga especificamente a um determinado aminoácido. Cada RNAt carrega o nome do aminoácido que transfere (que transporta). São exemplos: a leucinil-RNAt, para o aminoácido RNAt da leucina, e o lisinil-RNAt, para o aminoácido RNAt da lisina. O RNAt unido ao aminoácido compatível com ele é denominado aminoacil-RNAt, em que “AA” corresponde à sigla do aminoácido. Exemplos: leucinil-RNAtLeu e lisinil-RNAtLys. Alguns RNAt são capazes de reconhecer mais de um códon. Isso acontece porque os anticódons do RNAt podem ter a primeira base adaptável, isto é, que pode se unir a uma base não complementar localizada na terceira posição do códon. Há uma base chamada de (I) = inosina, que é encontrada na primeira posição do anticódon em vários RNAt e é capaz de parear com qualquer base, exceto com G, localizada na terceira posição do códon. O RNAt possui forma de trevo com quatro folhas. A extremidade 3’ é a aceptora dos aminoácidos, enquanto a 5’ possui o anticódon. O braço da esquerda do “trevo” é denominado D, e o da direita, braço T. Há também outro braço entre o T e o anticódon, é o braço variável. Todas as células somáticas de um indivíduo apresentam a mesma informação genética codificada no DNA. Porém, diferentes tipos de células (caso do melanócito, produtor de melanina e da célula beta do pâncreas, produtora de insulina) expressam diferentes combinações de genes. O material genético pode ser expresso de várias formas – é o processo da diferenciação celular, em que, num genoma de uma determinada célula, alguns genes estão “ligados” e outros, “desligados”. Na célula melanócito, genes 108 Re vi sã o: L uc as- D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III estão ligados para fabricação da melanina e desligados para a fabricação da insulina; já nas células basófilas do pâncreas, genes estão ligados para a fabricação da insulina e desligados para a fabricação da melanina. A seguir, um esquema do processo de transcrição, que pode ocorrer tanto no estágio G1 quanto no G2, que precede a mitose. Isso permite inferir que em G2 a célula está duplicando suas proteínas para posteriormente se dividir entre suas células-filhas. Figura 59 – Esquema do processo de transcrição 7.3 Eucromatina e heterocromatina Cromatina (do grego croma, que significa cor) = complexo de DNA + proteínas – toda a porção do núcleo que se cora e é visível à microscopia de luz (ML), menos o nucléolo. Uma mostra com os 46 cromossomos humanos é o cariótipo. Pelo cariótipo podem-se determinar perdas, inversões ou trocas de pedaços entre os cromossomos. A cromatina dos eucariontes = DNA + proteínas do núcleo interfásico – cromatina compactada e/ou descompactada. O núcleo em divisão (mitose ou meiose) apresenta a cromatina altamente compactada em cromossomos. A condensação varia conforme o tipo celular, o grau de atividade e o estado de diferenciação que se encontra a célula. Células nervosas e os espermatócitos exibem cromatina pouco condensada em certas fases, já os plasmócitos possuem cromatina com grumos densos em forma de raios, lembrando uma roda de carroça. Nos eritroblastos (hemácias jovens) ocorre a condensação gradual da cromatina durante a maturação, e em mamíferos isso culmina com a expulsão no núcleo. Um cromossomo funcional, o DNA deve carrear os genes e se duplicar, e as cópias replicadas devem ser separadas igualmente nas células-filhas, completando o ciclo celular, o que é chamado de mitose. Na interfase, os cromossomos estão estendidos como longas fitas de DNA (cromatina) e não podem ser distinguidos no núcleo sob ML – são os cromossomos interfásicos. Há tipos de sequências de nucleotídeos especiais que iniciam a replicação eficientemente – são as origens de 109 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) replicação. Os cromossomos eucariontes possuem diversas origens de replicação para permitir a rápida duplicação do cromossomo. Os telômeros são duas porções terminais dos cromossomos que possuem sequências de nucleotídeo repetidas que permitem que o final dos cromossomos se replique e também protegem o final dos cromossomos de ser entendido pela célula como uma molécula de DNA quebrada que precisa de reparo. Com o andar do ciclo, o DNA se enrola mais numa estrutura mais compacta de cromossomos mitóticos para serem facilmente separados durante a divisão celular. O centrômero é uma sequência especial de DNA que permite que os cromossomos sejam divididos em partes iguais e que se acoplem perfeitamente quando ocorre o fenômeno da recombinação gênica. O DNA é empacotado em cromossomos através de proteínas histonas que enrolam e dobram o DNA em grandes níveis de organização (podendo chegar a 10.000 Xs). Mesmo na interfase, o DNA está cerca de 1.000 Xs compactado. Há duas classes de proteínas compactadoras de cromossomos: as histonas e as não histonas. Em geral, zonas da cromatina onde os genes estão sendo expressos são mais estendidas, e as zonas mais compactas estão quiescentes. A mesma fita pode apresentar os dois estados (alterações cíclicas). A heterocromatina (em grego, heteros significa diferente) exibe coloração mais intensa quando observada na microscopia de luz, não sendo transcrita pelo RNA. A maior parte do DNA contido na heterocromatina não contém genes, e os genes aí presentes em geral ficam indisponíveis devido ao elevado grau de compactação da heterocromatina. Essa cromatina densa é denominada heterocromatina constitutiva e apresenta sequências gênicas altamente repetitivas que nunca são transcritas, principalmente no centrômero, no telômero e ao redor das constrições secundárias. A heterocromatina facultativa é condensada em algumas células e descondensada em outras. No par de cromossomos X das fêmeas de mamíferos, uma é inativada aleatoriamente, uma vez que a expressão das duas seria letal. Nos neutrófilos (leucócitos granulócitos), a heterocromatina sexual pode ser observada em forma de raquete. A eucromatina (em grego, eu significa verdadeiro ou normal) é mais clara e homogêna. Portanto, na interfase, a transcrição só ocorre na eucromatina, que é a cromatina ativa. A ativação acontece pela acetilação (acetila) e ubiquitinação das histonas (a ubiquitina não é uma proteína histônica). A eucromatina possui uma estrutura denominada nucleossomo, que é a unidade estrutural básica da cromatina, formando um corpo cilíndrico e achatado com 10 nm de diâmetro e 6 nm de altura, com 200 pares de bases (pb) de DNA associados a um octâmero de histonas. O octâmero é formado por duas moléculas de H1, H2, H3 e H4. O H1 se associa externamente ao DNA que envolve o hexâmero proteico (converte o DNA a um terço do seu comprimento). 110 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III A cromatina observada no microscópio eletrônico de transmissão (MET) apresenta forma de um colar de contas. Cada conta é constituída de um octâmero de H2A, H2B, H3 e H4, em torno do qual se enrola um segmento de DNA com 146 pb. Conectando-se um centro nucleossômico a outro, encontra-se um segmento de DNA não associado a proteínas com 15 a 100 pb, chamado de DNA de ligação. No núcleo interfásico, os centros histônicos estão ligados por DNA. O centro histônico, de 11 nm de diâmetro, é enrolado com 146 pares de nucleotídios (com 1,65 voltas enroladas pelo lado esquerdo) e entre eles ≈ 200 pares de nucleotídios, formando um cordão que pode variar de poucos até 80 nucletotídeos. O centro histônico é octamérico e constituído de duas proteínas de H2A, H2B, H3 e H4, todas com muito aminoácido, maisomo lisina e arginina, que auxiliam as histonas a ligar fortemente a espinha de açúcares. Cada corpo histônico possui uma cauda de um longo aa N-terminal que se estende para fora do DNA do corpo histônico. Essa cauda é sujeita a diversos tipos de modificações covalentes que controlam em muitos aspectos a estrutura da cromatina. Existem complexos remodeladores de cromatina – maquinários proteicos que utilizam a hidrólise do ATP para mudar a estrutura dos nucleossomos, deixando o DNA acessível às enzimas de replicação, reparo e expressão. Durante a mitose alguns complexos remodeladores de cromatina são inativados. Figura 60 – Desenho de um neutrófilo de uma mulher. Pode-se afirmar o sexo em decorrência da heterocromatina facultativa (cromossomo X) apontada pela seta 111 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) Figura 61 – Diferentes condensações da fita de DNA livre e associado às histonas 7.4 Expressão gênica Como já discutido anteriormente, verificou-se que existem trechos do genoma que naturalmente não se expressam, ou porque apresentam uma sequência de nucleotídeos arbitrária, repetitiva, sem significado genético, tal como a heterocromatina constitutiva, ou porque alguns segmentos do DNA possuem apenas a função estrutural de suporte aos trechos que realmente contêm o código genético, tais como os éxons, separados por segmentos não codificadores, os íntrons. Mas ainda resta saber como alguns genes são silenciados, ou ainda o que ativa e inativa a expressão dos genes. As células regulam seu desenvolvimento através da expressão gênica diferencial. Como bactérias eram os modelos para tal atividade,a expressão em geral significava transcrição de mRNA. Os três postulados da expressão gênica diferencial eram os seguintes: • Cada núcleo celular contém o genoma completo estabelecido no ovo fertilizado. Em termos moleculares, os DNAs de todas as células diferenciadas são idênticos. • Os genes não usados das células diferenciadas não são destruídos ou mutados, retendo o potencial de serem expressos. • Só uma pequena porcentagem do genoma está sendo expressa em cada célula, e uma porção do RNA sintetizado é específica para aquele tipo de célula. 112 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III Saiba mais Leia o texto a seguir: UNIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO (UFPE). O controle da expressão gênica. [s.d.]. Disponível em: <https://www.ufpe.br/biolmol/aula4_controle. htm>. Acesso em: 11 jul. 2016. Na década de 1960, Jacob e Monod sintetizaram dados sobre a indução da enzima (proteína) β galactosidase, elaborando a hipótese do modelo do operon. Esse modelo demonstra que uma pequena molécula indutora gerava a transcrição de diferentes genes da bactéria E. coli, e em sistemas de conjugação de moléculas, uma proteína de ação inibidora (repressora) codificada por genes liga-se ao sítio operador (inicializador) adjacente aos genes responsáveis pela síntese dessa proteína (estruturais), impedindo a ação RNA polimerase ao sítio promotor que daria início à transcrição da β galactosidase. Quando a molécula indutora (proveniente do meio externo) se conjuga com a proteína repressora, ela bloqueia a sua repressão, pois promove uma alteração da sua conformação molecular de tal forma, que a repressora não se encaixa mais no operador para inibi-lo. Com isso, o gene se expressa e passa a ser capaz de transcrever mRNA, que pode ser traduzido formando proteína enzimática (β galactosidase), e quando o substrato é totalmente digerido, a ação da repressora volta. Assim, a presença do respectivo indutor para cada gene determinará a sua expressão por impedir a atuação do gene repressor. Os pesquisadores enfatizaram que o mecanismo de controle do operon-símile pode ser parte da regulação gênica universal, e atualmente verifica-se isso em células eucariontes animais, mas em um sistema bem mais complexo, uma vez que os genes dos eucariontes não são formados por um único trecho do DNA, e sim por diversos fragmentos. Saiba mais Leia o texto a seguir: CALSA JR., T.; BENEDITO; V. A.; FIGUEIRA; A. V. de O. Análise serial da expressão genérica. Revista Biotecnologia – Ciência & Desenvolvimento, ed. 33, jul./dez. 2004. Disponível em: <http://www.biotecnologia.com.br/ revista/bio33/analise.pdf>. Acesso em: 11 jul. 2016. A seguir, veja um modelo de expressão gênica operon em E. coli. Em A-C, não há transcrição de RNA de β-galactosidase, a não ser que a lactose esteja presente. Em B, quando a lactose não está disponível, uma proteína repressora produzida pelo gene i liga-se ao sítio repressor (o), inibindo a transcrição pela RNA polimerase do promotor (p). Em C, quando o indutor lactose está presente, combina com a proteína repressora, alterando sua forma, o que faz com que a proteína não possa mais se ligar ao DNA operador, 113 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) fazendo começar a transcrição. Em D, a solubilidade dessa proteína é demonstrada em estudos com o mutante de E. coli. Quando células bacterianas haploides com um gene indutor não funcional (i-) são tornadas parcialmente diploides com o gene tipo selvagem (i+), forma-se repressor tipo-selvagem capaz de tornar indutível o gene original da β-galactosidase. Figura 62 – Modelo de expressão gênica operon em E. coli 114 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III 8 DIVISÃO CELULAR A diversidade celular permite os organismos a se adaptarem em diferentes meios e atividades. Graças à multiplicação do DNA e a sua recombinação no processo de reprodução sexuada, a evolução das espécies tem acontecido. 8.1 Mitose e meiose Mitose e meiose são divisões celulares. A mitose é equacional (mantém o número de cromossomos constante em todas as células do organismo), e a meiose é uma divisão reducional, na qual a célula-mãe dá origem às células-filhas com a metade do número de cromossomos, os quais irão se restabelecer apenas após a fecundação. Na interfase, cromossomos interfásicos são chamados de cromatina, que são estruturas cromossômicas individuais invisíveis. Células que não se dividem ficam no estágio G0. No estágio G1, o qual é muito variável no tempo, a célula faz transcrições: o DNA origina os códons – mRNA ou RNAm –; logo há atividades por partes dos ribossomos e do RER, além de outras atividades realizadas pelo REL, Golgi e lisossomos. Já no estágio S, o qual leva cerca de oito horas, ocorre a replicação do DNA. Finalmente, o estágio G2, que precede a mitose, possui um tempo médio de quatro horas. A mitose em células eucarióticas, em média, leva uma hora. Na prófase, a cromatina converte-se em filamentos alongados. Ela já sofreu sua duplicação no estágio S da interfase; portanto, esses filamentos são agora denominados cromossomos, os quais, no início da prófase, se encontram fixados na membrana do núcleo e já possuem estrutura dupla. No fim da prófase, contraem-se, tornando-se mais grossos e mais curtos (condensação cromossômica), e a membrana do núcleo desaparece. Na metáfase, torna-se visível o fuso mitótico a partir dos centríolos. Cromossomos se dispõem no centro da célula, na placa equatorial dela, mas os cromossomos homólogos não ficam pareados. No fim da metáfase, durante a transição para anáfase, os cromossomos dividem-se pela região do centrômero. Na anáfase, as duas cromátides de cada cromossomo migram para polos opostos, iniciando-se a derradeira fase, que é a telófase (telo significa terminal em grego). Na telófase, surge a membrana do núcleo, o nucléolo e a cromatina, e ocorre a divisão do citoplasma (citocinese). O cromossomo está com o seu DNA associado às proteínas em estado máximo de condensação durante a metáfase da mitose ou meiose. A divisão mitótica (mitose), quando dividida em cinco fases (prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase), possui eventos que tradicionalmente são descritos no fim da prófase e que passam a ser descritos na prometáfase (ocorre a fragmentação da membrana do núcleo, cromossomos mais condensados, cromátides com cinetócoro no centrômero e presença de microtúbulos do cinetócoro, os responsáveis pela movimentação cromossômica). É bom lembrar que na anáfase ocorre o encurtamento desses microtúbulos, os quais são os responsáveis pela distribuição equitativa dos cromossomos nas células-filhas. Como numa célula somática humana há 46 cromossomos, após a replicação do DNA no estágio S da interfase, essa célula passará a ter 92 moléculas de DNA. Na metáfase, cada cromossomo possui dois braços (duas cromátides/dois DNAs) unidos pelo centrômero, os quais, nessa fase, ficam posicionados numa linha imaginária central na célula, tendo seus cinetocoros distintos para cada 115 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) microtúbulo do cinetocoro. São os cromossomos metafásicos. A citocinese (divisão do citoplasma) completa a mitose. Na citocinese, componentes do citoesqueleto formam o sulco da clivagem. Assim, num ciclo mitótico há interfase (com seus estágios G1, S e G2) e mais quatro ou cinco fases. O período mais longo de todo o ciclo é a interfase (a fase mais longa é a metáfase), enquanto o mais curto é a anáfase. A meiosedifere fundamentalmente da mitose em relação aos aspectos citológicos e genéticos. Em primeiro lugar, os cromossomos homólogos pareiam-se. Em segundo lugar, ocorrem trocas, permutações entre os cromossomos homólogos (crossing-over), resultando em segmentos cromossômicos com novas constituições, isto é, com novas recombinações genéticas. Em terceiro lugar, o complemento cromossômico é reduzido à metade durante a primeira divisão celular, que é a divisão I da meiose. Assim, as células-filhas resultantes na divisão II serão haploides (divisão reducional). Uma meiose completa consiste em duas divisões celulares: meiose I e meiose II (divisão I e II). A meiose começa com a replicação dos cromossomos (do DNA) na interfase. No fim da interfase, os cromossomos já se constituem como estruturas filamentosas. No início da prófase I, os cromossomos estão duplicados e realizam uma série de processos importantíssimos, como o pareamento dos cromossomos homólogos, o qual permite uma troca entre segmentos dos cromossomos (permutação ou crossing-over), possível pela justaposição das cromátides de cromossomos homólogos (recombinação genética). Essa troca ocorre pouco antes da célula entrar em metáfase I. Figura 63 – Fotomicroscopias com as quatro fases da mitose 116 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III Figura 64 – Desenho comparativo entre a mitose e meiose. Note que na meiose, os cromossomos das quatro células sexuais são todos diferentes enquanto na mitose, estão juntos com os seus homólogos, e as duas células apresentam os mesmos cromossomos 8.2 Estrutura e tipos de cromossomos Como já observado, o DNA é um polímero de nucleotídeos (macromolécula) em espiral que se combina com inúmeras proteínas estruturais e enzimáticas de modo que tais arranjos moleculares promovem alterações de sua densidade, sequência e expressão. Aqui não se pretende detalhar cada uma das interações moleculares, mas sim discorrer sobre o significado delas. Quando constatamos os fenômenos moleculares e suas consequências, torna-se mais fácil compreender como podemos usar essas informações. O profissional de Educação Física está longe de exercer a engenharia genética, mas com uma boa noção da maquinaria molecular e do modo operante desse mecanismo, ele passa a ter a base necessária para assimilar que as atividades motoras, comportamentais e fisiológicas que ele aplicar sobre um organismo podem ter os resultados esperados quando se conhece como quase todas as informações vitais desse organismo estão armazenadas em uma molécula, e aprende também como poder alterá-las e interpretá-las para se obter o desempenho adequado do organismo. Portanto, não se prenda à nomenclatura, mas sim ao mecanismo. A capacidade de armazenar e transmitir as informações fisiológicas do organismo aos descendentes está na sequência e arranjo dos segmentos de nucleotídeos que forma os genes. O trecho do DNA 117 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) responsável ou corresponsável pela síntese de uma determinada proteína e a capacidade de verificar o que pode ser alterado ou se manifestar no organismo está na observação de suas interações moleculares que possam ocorrer entre o organismo e o meio, que não são necessariamente por contato com alimentos, toxinas, transgênicos etc. A aplicação de uma atividade física pode promover a manifestação de genes que estavam quiescentes ou inibir a manifestações deles, e é isso que devemos levar em conta. Atualmente, sabe-se que até as características obtidas no decorrer da vida podem ser transmitidas para as gerações futuras. Neste item, vamos descrever a morfologia dos cromossomos para se entender que não há a necessidade de exames ultramoleculares e caros para um diagnóstico nem sempre preciso. É na fase da metáfase da mitose ou meiose que o DNA se encontra em seu estado mais condensado, e justamente por isso é nessa fase que se pode investigar melhor a presença de alterações cromossômicas que possam ser deletérias. Entre os 23 pares de cromossomos humanos, 22 são autossomos e um é sexual, e nos 23 pares existem quatro morfologias diferentes de cromossomos: telocêntricos, metacêntricos, submetacêntricos e acrocêntricos. Figura 65 – Desenho comparativo entre as diferentes morfologias de cromossomos. Os seres humanos não apresentam o cromossomo 1 Os animais e vegetais apresentam um complemento cromossômico característico, denominado cariótipo. Este é o conjunto de características constantes dos cromossomos da espécie em relação ao número, tamanho e morfologia. Graças ao uso da colchicina, alcaloide que impede a polimerização dos microtúbulos do fuso durante a divisão, pode-se realizar o estudo morfológico dos cromossomos metafásicos de um indivíduo. A divisão mitótica é interrompida na metáfase, período em que a condensação dos cromossomos é máxima. No ideograma, que é a representação do cariótipo, os cromossomos são ordenados aos pares. Nas células somáticas dos eucariontes, os cromossomos ocorrem aos pares, sendo um de origem paterna e o outro de origem materna. Eles formam pares homólogos, isto é, para cada cromossomo paterno, existe um homólogo materno, apresentando o mesmo tamanho, a mesma morfologia e a mesma sequência gênica. Desse modo, o número de cromossomos de uma espécie é continuamente mantido durante as mitoses que as células passam. Somente na meiose, na formação dos gametas, ocorre a redução da metade dos cromossomos da célula germinativa. 118 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III Figura 66 – Ideograma (cariótipo humano) com os 22 autossomos pareados aos seus homólogos e, no centro, o par sexual XY -Cromátides-irmãs Centômero Cromátides-irmãs Figura 67 – Eletrofotomicrografia de varredura de um cromossomo mestacêntrico ao lado de um esquema apontando os seus componentes. Note a nomenclatura das cromátides-irmãs, que ocupam os braços do cromossomo 119 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) 8.3 Diferenciação celular e células‑tronco O processo de diferenciação celular iniciou-se durante a evolução, com o aparecimento dos primeiros seres multicelulares – a alga pluricelular Volvox é um exemplo. A dissemelhança aumenta a eficiência das células, mas as torna dependentes umas das outras. O corpo de um animal pode ser comparado com uma sociedade: nos mamíferos ocorrem em média 200 tipos celulares diferentes. A distinção inicia-se na fase embrionária de gástrula. Quando as células vão tornando-se cada vez mais diferenciadas, também vão perdendo a capacidade de se dividirem por mitose. As células totipotentes são aquelas que apresentam 100% de potencialidade para se diferenciarem em qualquer outro tipo celular. São as células embrionárias, conhecidas por blastômeros, e ocorrem no ser humano nas primeiras etapas após a fecundação, nas fases embrionárias iniciais do blastocisto com apenas cinco a dez dias de vida em média. As células-fonte ou células-tronco (stem cell) são as pouco diferenciadas. Elas formam um pool de reposição celular aos tecidos, podendo ser encontradas na medula óssea jovem, e são capazes de se destacar em diversos tipos celulares – no caso da medula, diferenciam-se em todas as células do sangue e do tecido conjuntivo. As células multipotentes se destacam em múltiplas células, mas dentro de uma especificidade celular; é o caso das células linfoides e mieloides, também encontradas na medula óssea, que origina parte das células do sistema imunológico. Já as células progenitoras,que se diferenciam em um ou dois tipos celulares, estão presentes nos tecidos exercendo a função de reposição para a manutenção deles. Quando uma célula tem em sua denominação o radical blasto, entenda que ela é uma célula precursora. Alguns exemplos são o fibroblasto, que forma o fibrócito, e o osteoblasto, que origina o osteócito. Resumindo, pode-se definir que a diferenciação é o grau de especialização, pois as células se destacam progressivamente, atingindo o grau máximo quando chegam ao perfil dos neurônios ou fibras musculares estriadas. A potencialidade é a capacidade de originar outros tipos celulares, e um neurônio tem baixíssima potencialidade quando comparado a uma célula muscular lisa. A modulação, por sua vez, é uma diferenciação reversível, permitindo-nos inferir que as células naturalmente podem retornar aos seus estágios de vida iniciais, desde que recebam os estímulos necessários. A capacidade de modulação é fundamental na regeneração e recomposição dos tecidos. A diferenciação é controlada por fatores intracelulares e extracelulares, requerendo, portanto, ocorrer intensa comunicação célula-célula e célula-ambiente. Os fatores intracelulares se encontram nas próprias células em diferenciação. A capacidade da célula de responder a estímulos extracelulares ou de iniciar modificações depende das vias de sinalização celulares disponíveis no seu repertório, isto é, da diversidade e quantidade de receptores em sua membrana plasmática; por isso, uma célula que não expressa receptor para insulina na sua membrana não seria capaz de receber estímulos dela no meio extracelular. Os fatores intracelulares são decorrentes do código no DNA da célula, ou, no caso do zigoto, de material previamente acumulado no seu citoplasma. A entrada de substâncias no citoplasma é bem conhecida, e os exemplos mais evidentes derivam de estudos realizados nos ovos de invertebrados. As células embrionárias dependem das macromoléculas depositadas no seu citoplasma, no organismo materno, durante o desenvolvimento de seu gameta feminino. Estas são distribuídas de modo desigual, 120 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III com concentração diferenciada de substâncias em locais diferentes. A compartimentalização precoce de componentes citoplasmáticos no zigoto gera uma desigualdade que persiste nas clivagens e é responsável pelo primeiro passo de diferenciação celular. Nas fases iniciais embrionárias, a distribuição diferenciada, ou segregação molecular do material intracitoplasmático nos embrioblastos, confere no norte das células-filhas. Os fatores extrínsecos provêm de sinais de outras células e da matriz extracelular do organismo em diferenciação (secreções parácrinas, substratos e microclimas etc.), somando-se aos xenobióticos oriundos do meio ambiente (fatores ambientais). Os fatores locais resultam da ação de células que agem enviando, por meio de moléculas, sinais que induzem alguns tecidos a se distinguirem em determinada direção, ou então esses sinais derivam da matriz extracelular. Desse modo, pode-se afirmar que a diferenciação aumenta a eficiência das células, mas as torna dependentes umas das outras. Formando no corpo de um organismo uma estrutura celular, pode ser comparada com uma sociedade, e nos mamíferos ocorrem em média 200 tipos celulares diversos. A diferenciação inicia-se na fase embrionária de gástrula, momento em que as células estão na fase de embrioblastos indiferenciados; e, em oposição às células que são muito diferenciadas e especializadas, perde a capacidade de se dividirem. A diferenciação celular continua após o nascimento. Quando nascemos, ainda existem vários setores do organismo que se encontram em diversas fases do desenvolvimento e terminam suas diferenciações em outra velocidade. Os rins e o fígado nos primeiros dias após o parto ainda não estão totalmente distintos. As glândulas mamárias param de se desenvolver no início da fase de diferenciação das glândulas exócrinas (formação de ductos) e somente na gestação terminam sua distinção, graças aos estímulos dos hormônios. O reinício da diferenciação ocorre com a formação dos adenômeros acinosos (porções secretoras da glândula com morfologia alveolar), que irão secretar após o parto. Finda a lactação, a glândula mamária regride e volta a ter a sua morfologia semelhante à anterior. Desse modo, pode-se demonstrar que também ocorre a reversão da diferenciação, sendo possível estimular uma célula para que ela volte a sua origem. O exemplo do experimento com a ovelha Dolly é determinante: a partir de uma célula somática, consegue-se um embrião que deu origem a um clone da ovelha doadora. A restrição da potencialidade pela diferenciação pode ser anulada. Em algumas situações, reverte-se a célula para gerar um núcleo totipotente. Essa tecnologia abre as portas para terapias de regeneração dos tecidos que originalmente não possuem a capacidade regenerativa. A técnica é conhecida como desprogramação nuclear e já foram obtidos resultados com ela, o que inclusive permitiu a clonagem da ovelha Dolly. Lembrete Fatores que controlam os processos de diferenciação celular: • Fatores intrínsecos: derivam do programa no DNA. • Fatores extrínsecos: 121 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) – Fatores locais: interações e secreções celulares. – Fatores ambientais: raios-x, radioatividade, temperatura, agentes químicos e biológicos. Figura 68 – Diferenciação celular na medula óssea 8.4 Apoptose A apoptose, morte celular programada, é uma característica inerente a todas as células, uma vez que o programa está no DNA celular. No experimento com a ovelha Dolly citado no item anterior, o clone r foi um resultado positivo, demonstrando-se a possibilidade da reversão da diferenciação celular. Porém, o clone (Dolly) ainda em idade juvenil apresentou doenças típicas dessa espécie em idade idosa, não resistiu e foi a óbito. Verificou-se que, apesar da idade juvenil, a Dolly era formada por células e tecidos em senescência, evidenciando-se a apoptose em seus tecidos. Apesar da idade juvenil, a Dolly foi formada por células com idade avançada, pois o material genético de suas células estava respondendo ao seu programa original, para desativar as células após um número determinado de divisões celulares. Como esse material já era de um doador adulto, o tempo de programação de vida celular já estava se esgotando. Portanto, pode-se não acreditar que o seu tempo de vida (natural) esteja determinado nas linhas da sua mão, mas em seu DNA há essa informação. 122 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III Pode ser cruel saber o momento de sua morte, mas a destruição programada celular também é de grande importância funcional, pois sem ela você não estaria vivo. Para que a diferenciação leve à morfogênese de órgãos normais, é necessário que, ao lado da proliferação e da diferenciação celulares, exista também a eliminação das células que não são mais necessárias. Por exemplo, o feto humano tem os dedos inicialmente fundidos, como uma nadadeira, e posteriormente as células localizadas entre os dedos morrem e são eliminadas, ficando a mão com os cinco dedos normais. Outro exemplo é o timo, as células T (linfócitos T), com função defensiva, que atacam antígenos (células estranhas ao organismo), tais como bactérias e protozoários invasores, havendo também a formação de grande quantidade de células T que atacam os tecidos do próprio corpo, formando as doenças autoimunes. Essas células são eliminadas antes de saírem do timo, porque causariam grande dano aos tecidos do organismose fossem lançadas na circulação sanguínea, assim o processo de apoptose é ativado para evitar maiores danos. Mais um exemplo: a remoção da cauda dos girinos, quando realizam a metamorfose (quando eles se transformam em rãs ou sapos adultos). A morte celular programada passa a ser essencial para que ocorra essa etapa da vida, e é por isso que a morte celular acontece pelo processo denominado apoptose. Morfologicamente, a apoptose é caracterizada por uma compactação da célula inteira. O núcleo e o citoplasma diminuem de volume, sendo que no microscópio óptico o núcleo aparece condensado e escuro (núcleo picnótico). A cromatina é fragmentada em trechos regulares por uma enzima (endonucleaseque) que ataca o DNA. As células alteram a superfície da membrana plasmática sinalizando a apoptose e são fagocitadas por macrófagos ou por outras células. Não ocorre síntese das moléculas que participam do processo inflamatório, enquanto as células que morrem por necrose promovem uma resposta inflamatória. A diferença é que em necrose mostram-se hipertróficas (aumento de volume da célula inteira), de modo que na apoptose não ocorre liberação do conteúdo intracelular no meio extracelular. Pesquisas mostram que a falta de alguns hormônios e fatores de crescimento podem levar as células-alvo à apoptose. Por exemplo, a diminuição do hormônio masculino testosterona promove apoptose nas células da próstata, e mesmo a ausência de alguns nutrientes em meio de cultura celular já foram relatados como indutores da apoptose. Proteínas da família TGF-b inibem a proliferação bloqueando o ciclo em G1 ou estimulando a apoptose. Ambos os processos causam mudança na atividade de proteínas regulatórias da transcrição de genes tanto do controle do ciclo como da morte celular. Um exemplo é a miostatina, uma proteína da família TGF-b que limita o crescimento dos músculos, inibindo a proliferação dos mioblastos; assim, quando o gene da miostatina é inativado, os músculos crescem ilimitadamente. E a apoptose também pode ser vista como um mecanismo de defesa, quando as células penetradas por vírus, bactérias ou protozoários entram nesse processo, ou ainda quando o DNA da própria célula passa por mutação. Sendo uma das causas do câncer as mutações em células somáticas, a apoptose passa a ser vista como uma defesa natural contra células malignas. Portanto, o mesmo mecanismo que um dia te levará à falência dos órgãos ou sistemas é o seu atual defensor, pois a apoptose resulta em benefício para o organismo como um todo. 123 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) Observação A necrose (explosão) é o derramamento do conteúdo celular nas células vizinhas, sendo uma resposta inflamatória prejudicial às outras células. Já na apoptose (implosão), a célula encolhe e condensa, o que não prejudica as demais, pois a superfície celular é modificada. Isso faz com que ela seja rapidamente fagocitada, ocorrendo a reciclagem dos componentes orgânicos pela célula que ingeriu. Resumo Podemos condensar os eventos no ciclo celular em dois momentos: a interfase e a mitose. Na mitose, ocorre a divisão da célula, e no período entre duas divisões (entre fases reprodutivas) temos a interfase. O ciclo celular, desde a formação de uma célula até sua própria divisão em duas células-filhas iguais entre si, apresenta, basicamente, as seguintes passagens: a interfase, em que a célula cresce e se prepara para uma nova divisão, e a divisão, em que se originam duas células-filhas, a qual se inicia pela divisão do núcleo (cariocinese ou mitose) e posteriormente do citoplasma (citocinese). O controle nos eucariontes é feito por diversos produtos gênicos, que, por sua vez, são também regulados por fatores extracelulares, como nutrientes ou fatores de crescimento, fazendo que ocorra a divisão celular coordenadamente com as necessidades do organismo como um todo. Dentro da interfase ocorrem os seguintes períodos: • G0 (tempo variável): estado quiescente em que a célula não apresenta a programação para entrar em mitose novamente. A maioria dos neurônios estão em G0. A quantidade de DNA é de 2C. • G1 (gap = vazio) – 12h em média: é o intervalo de tempo desde a mitose até o início da síntese de DNA. É o período pós-mitótico. • R (ponto de restrição): quando a célula atravessa esse ponto, entra em mitose novamente. Fica no final da G0. • S (stand) – 8h em média: é o momento em que ocorre a duplicação ou síntese de DNA. Pode-se afirmar que há um conteúdo intermediário de DNA nessa fase. 124 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III • G2 – 4h em média: intervalo entre o término da síntese de DNA e a próxima mitose, pós-síntese de proteínas ou pré-mitótico. A quantidade de DNA é de 4C. • M – 1h em média: mitose. O conjunto de proteínas que interagem, conhecidas como quinases, dependentes de ciclina (CDKs), controla por via enzimática o ciclo celular. Os receptores e agentes mais citados são a CDC2 e CDK. A célula passa por G1 e é induzida a progredir ao longo do ciclo por fatores de crescimento (mitógenos), atuando por meio de receptores que transmitem os sinais para prosseguir em direção à fase S. As ciclinas do tipo D (D1, D2 e D3) são as que se associam às CDKs e as ativam. Também existem outas que podem induzir a interrupção de G1. Caso essas proteínas sejam inativadas por mutações, a proliferação celular torna-se contínua, comum em várias neuplasias. Quando ocorre detecção do dano do DNA e consequente interrupção do ciclo celular, por causa da ativação da p53, o impedimento para bloquear o ciclo se torna essencial em evitar que a célula entre na fase S. Assim que a célula passar pelo ponto de restrição G1, a ciclina E é degradada, e a célula entra na fase S. Isso é iniciado, entre muitas outras atividades, pela ligação da ciclina A à CDK2 e pela fosforilação da proteína RB (proteína retinoblastoma). Esse sistema impede que a célula prossiga o seu ciclo com um DNA alterado (danificado), sendo o ponto de controle o limite de ação dos sistemas de retroalimentação das ciclinas. Quando o genoma está íntegro, o CDC2 (CDK1) associado com ciclinas mitóticas A e B é ativado para formar o fator promotor de mitoses e imediatamente no início da divisão celular as ciclinas A e B são destruídas, determinando-se o complexo promotor da anáfase e permitindo-se assim a continuidade do ciclo. O núcleo interfásico é constituído por envoltório nuclear, cromatina, nucleoplasma e nucléolo. O número em geral é único, com posição central ou periférico, e representa a forma da célula. O tamanho é variável de acordo com o metabolismo e conteúdo de DNA da célula. A células ativas apresentam maior quantidade de proteínas relacionadas com a transcrição do DNA. A exportação de RNA do núcleo para o citoplasma ocorre com gasto energético, com mRNA (RNA mensageiro), tRNA (RNA transportador) e rRNA (RNA ribossômico) como complexos RNA-proteína. O sinal de exportação nuclear pode estar no RNA ou na proteína. O mRNA é completado com cerca de 20 proteínas, formando as ribonucleoproteínas nucleares heterogêneas ou hnRNPs. O rRNA também é transportado em subunidades ribossômicas. Já o tRNA, apesar de possuir sua morfologia descrita, ainda 125 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) não tem todas as suas funções esclarecidas. Os nucléolos são esféricos e, em geral, são únicos. É a região onde partes dos diferentes cromossomos que possuem genes para os RNA ribossomais se agrupam juntas. Contém 60% de proteínas e rRNA e pouco DNA (ribossômico). É onde os RNAsribossômicos são sintetizados e se combinam com as proteínas para formar os ribossomos. O DNA segundo o modelo de Watson e Crick é formado por duas cadeias de polinucleotídeos complementares e antiparalelas, que se associam por pontes de hidrogênio, compondo uma dupla hélice com diâmetro de 2 nm. A quantidade de DNA é expressa em pares de bases, chamados valor C (107 até 1011pb). Nucleotídeos são formados do açúcar de cinco carbonos: desoxiribose com um grupo fosfato (por isso ácido desoxirribonucleico) e uma base nitrogenada, com adenina (A), citosina (C), guanina (G) ou timidina (T). Os nucleotídeos são ligados covalentemente juntos em cadeias através dos açúcares e fosfatos, que formam a “espinha” alternada de açúcar-fosfato-açúcar-fosfato, criando um colar com os quatro tipos de bases. A forma e a estrutura química das bases permitem que somente ocorram pontes de hidrogênio eficientemente entre A-T (duas pontes de hidrogênio) e C-G (três pontes de hidrogênio), permitindo que as cadeias se aproximem, criando uma hélice (10 pares de base a cada giro), sem perturbá-la. As bases podem se agrupar dessa forma somente se a cadeia de polinucleotídios estiver alinhada em orientações opostas (antiparalela e complementar). Os genes são compostos de um segmento de DNA que contém as instruções para fazer uma proteína particular (ou, em alguns casos, um grupo de proteínas intimamente relacionadas). Alguns genes comandam a produção de moléculas de RNA como produto final. Eles carreiam a informação genética, que deve ser copiada e transmitida precisamente durante a divisão celular. O DNA codifica a informação de modo sequencial com as quatro letras (A, C, G e T), que variam nos diferentes organismos e irão expressar os diferentes aminoácidos. Há uma correspondência entre a sequência de quatro nucleotídeos e os 20 aminoácidos que irão formar as diferentes proteínas. O registro completo do organismo é chamado de genoma. O RNAr associa-se com proteínas e enzimas do núcleo e forma as subunidades maior e menor dos ribossomos, responsáveis pela produção das proteínas. O RNAm transporta o código genético do núcleo para o citoplasma, isto é, do núcleo para os ribossomos. O RNAm ou mRNA possui códigos que são cópia da sequência de bases nitrogenadas do DNA (códons), com a respectiva alteração A – U e G – C, atuando como “molde” ou “intermediário” para a produção de proteínas por parte dos ribossomos 126 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III (RNAr). Pode-se afirmar que o RNAm será traduzido em proteínas. Quem codifica é o DNA, e o RNAm transporta essa codificação. O processo de síntese proteica inicia-se com a transcrição, a qual ocorre quando o DNA origina RNAm. Só ocorre na interfase, nunca na mitose ou na meiose. O processo de síntese proteica inicia-se com a transcrição, a qual ocorre quando o DNA origina RNAm. Só ocorre na interfase, nunca na mitose ou na meiose. O RNAt (o anticódon) é uma molécula intermediária entre os códons do RNAm e aminoácidos. O RNAt se liga especificamente a um determinado aminoácido. Cada RNAt carrega o nome do aminoácido que transfere (que transporta). Na interfase, os cromossomos estão estendidos como longas fitas de DNA (cromatina) e não podem ser distinguidos no núcleo sob ML – são os cromossomos interfásicos. Há tipos de sequências de nucleotídeos especiais que iniciam a replicação eficientemente – são as origens de replicação. Os cromossomos eucariontes possuem diversas origens de replicação para permitir a rápida duplicação do cromossomo. As zonas da cromatina onde os genes estão sendo expressos são mais estendidas e as zonas mais compactas estão quiescentes. A mesma fita pode apresentar os dois estados (alterações cíclicas). A heterocromatina (em grego, heteros significa diferente) exibe coloração mais intensa quando observada na microscopia de luz, não sendo transcrita pelo RNA. A maior parte do DNA contido na heterocromatina não contém genes, e os genes aí presentes em geral ficam indisponíveis devido ao elevado grau de compactação da heterocromatina. Essa cromatina densa é denominada heterocromatina constitutiva e possui sequências gênicas altamente repetitivas que nunca são transcritas, principalmente no centrômero, no telômero e ao redor das constrições secundárias. A heterocromatina facultativa é condensada em algumas células e descondensada em outras. No par de cromossomos X das fêmeas de mamíferos, uma é inativada aleatoriamente, uma vez que a expressão das duas seria letal. O mecanismo de controle do operon-símile pode ser parte da regulação gênica universal, e atualmente verifica-se isso em células eucariontes animais, mas em um sistema bem mais complexo, uma vez que os genes dos eucariontes não são formados por um único trecho do DNA, e sim por diversos fragmentos. Mitose e meiose são divisões celulares. A mitose é equacional (mantém o número de cromossomos constante em todas as células do organismo), e a meiose é uma divisão reducional, na qual a célula-mãe dá origem às células-filhas com a metade do número de 127 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) cromossomos, os quais irão se restabelecer apenas após a fecundação. A mitose em células eucarióticas, em média, leva uma hora. Na prófase, a cromatina converte-se em filamentos alongados. Ela já sofreu sua duplicação no estágio S da interfase; portanto, esses filamentos são agora denominados cromossomos, os quais, no início da prófase, se encontram fixados na membrana do núcleo e já possuem estrutura dupla. No fim da prófase, contraem-se, tornando-se mais grossos e mais curtos (condensação cromossômica), e a membrana do núcleo desaparece. Na metáfase, torna-se visível o fuso mitótico a partir dos centríolos. Cromossomos se dispõem no centro da célula, na placa equatorial dela, mas os cromossomos homólogos não ficam pareados. No fim da metáfase, durante a transição para anáfase, os cromossomos dividem-se pela região do centrômero. Na anáfase, as duas cromátides de cada cromossomo migram para polos opostos, iniciando-se a derradeira fase, que é a telófase (telo significa terminal em grego). Na telófase, surge a membrana do núcleo, o nucléolo e a cromatina, e ocorre a divisão do citoplasma (citocinese). O cromossomo está com o seu DNA associado às proteínas em estado máximo de condensação durante a metáfase da mitose ou meiose. A meiose difere fundamentalmente da mitose em relação aos aspectos citológicos e genéticos. Em primeiro lugar, os cromossomos homólogos pareiam-se. Em segundo lugar, ocorrem trocas, permutações entre os cromossomos homólogos (crossing-over), resultando em segmentos cromossômicos com novas constituições, isto é, com novas recombinações genéticas. Em terceiro lugar, o complemento cromossômico é reduzido à metade durante a primeira divisão celular, que é a divisão I da meiose. Assim, as células-filhas resultantes na divisão II serão haploides (divisão reducional). Uma meiose completa consiste em duas divisões celulares: meiose I e meiose II (divisão I e II). A meiose começa com a replicação dos cromossomos (do DNA) na interfase. No fim da interfase, os cromossomos já se constituem como estruturas filamentosas. No início da prófase I, os cromossomos estão duplicados e realizam uma série de processos importantíssimos, como o pareamento dos cromossomos homólogos, o qual permite uma troca entre segmentos dos cromossomos (permutação ou crossing-over), possível pela justaposição das cromátides de cromossomos homólogos (recombinação genética). Essa troca ocorre pouco antes da célula entrar em metáfase I. 128 Re vi sã o: L ucas - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III Entre os 23 pares de cromossomos humanos, 22 são autossomos e um é sexual, e nos 23 pares existem quatro morfologias diferentes de cromossomos: telocêntricos, metacêntricos, submetacêntricos e acrocêntricos. Os animais e vegetais apresentam um complemento cromossômico específico, denominado cariótipo. Este é o conjunto de características constantes dos cromossomos da espécie em relação ao número, tamanho e morfologia. Graças ao uso da colchicina, alcaloide que impede a polimerização dos microtúbulos do fuso durante a divisão, pode-se realizar o estudo morfológico dos cromossomos metafásicos de um indivíduo. A divisão mitótica é interrompida na metáfase, período em que a condensação dos cromossomos é máxima. No ideograma, que é a representação do cariótipo, os cromossomos são ordenados aos pares. Nas células somáticas dos eucariontes, os cromossomos ocorrem aos pares, sendo um de origem paterna e o outro de origem materna. O processo de diferenciação celular iniciou-se durante a evolução, com o aparecimento dos primeiros seres multicelulares – a alga pluricelular Volvox é um exemplo. A diferenciação aumenta a eficiência das células, mas as torna dependentes umas das outras. O corpo de um animal pode ser comparado com uma sociedade: nos mamíferos ocorrem em média 200 tipos celulares distintos. A diferenciação inicia-se na fase embrionária de gástrula. Quando as células vão tornando-se cada vez mais diferenciadas, também vão perdendo a capacidade de se dividirem por mitose. As células totipotentes são aquelas que apresentam 100% de potencialidade para se distinguirem em qualquer outro tipo celular. As células-fonte ou células-tronco (stem cell) são as pouco diferenciadas. As células multipotentes se destacam em múltiplas células, mas dentro de uma especificidade celular; já as células progenitoras diferenciam-se em um ou dois tipos celulares; pode-se definir que a diferenciação é o grau de especialização, pois as células se diferenciam progressivamente, atingindo o grau máximo quando chegam ao perfil dos neurônios ou fibras musculares estriadas. A potencialidade é a capacidade de originar outros tipos celulares, e um neurônio tem baixíssima potencialidade quando comparado a uma célula muscular lisa. A modulação, por sua vez, é uma diferenciação reversível, permitindo-nos inferir que as células naturalmente podem retornar aos seus estágios de vida iniciais, desde que recebam os estímulos necessários. A capacidade de modulação é fundamental na regeneração e recomposição dos tecidos. A diferenciação é controlada por fatores intracelulares e extracelulares, requerendo, portanto, ocorrer intensa comunicação célula-célula e célula-ambiente. A apoptose, morte celular programada, é uma característica inerente a todas as células, uma vez que 129 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) o programa está no DNA celular. A destruição programada celular também é de grande importância funcional, pois sem ela você não estaria vivo. Para que a diferenciação leve à morfogênese de órgãos normais, é necessário que, ao lado da proliferação e da diferenciação celulares, exista também a eliminação das células que não são mais necessárias. Morfologicamente, a apoptose é caracterizada por uma compactação da célula inteira. O núcleo e o citoplasma diminuem de volume, sendo que no microscópio óptico o núcleo aparece condensado e escuro (núcleo picnótico). A cromatina é fragmentada em trechos regulares por uma enzima (endonucleaseque) que ataca o DNA. As células alteram a superfície da membrana plasmática sinalizando a apoptose e são fagocitadas por macrófagos ou por outras células. Não ocorre síntese das moléculas que participam do processo inflamatório, enquanto as células que morrem por necrose promovem uma resposta inflamatória. A diferença é que em necrose mostram-se hipertróficas. Pesquisas mostram que a falta de alguns hormônios e fatores de crescimento podem levar as células-alvo à apoptose. Proteínas da família TGF-β inibem a proliferação bloqueando o ciclo em G1 ou estimulando a apoptose. Ambos os processos causam mudança na atividade de proteínas regulatórias da transcrição de genes tanto do controle do ciclo como da morte celular. Exercícios Questão 1 (Enade, 2011). A figura a seguir representa variações na quantidade de DNA ao longo do ciclo de vida de uma célula. (X = unidade arbitrária de DNA por célula). Figura 69 A análise do gráfico revela que: A) As fases 1, 2 e 3 representam os períodos G1, S e G2, que resumem todo o ciclo vital de uma célula. B) As fases 1, 2 e 3 representam o período em que a célula se encontra em interfase, e as fases 4, 130 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 Unidade III 5, 6 e 7, subsequentes, são características da célula em divisão mitótica, quando, ao fim, ocorre redução à metade da quantidade de DNA na célula. C) As fases de 1 a 5 indicam a meiose I, enquanto a meiose II está representada pelas fases 6 e 7. D) A célula expressa no gráfico é uma célula diploide, que teve a quantidade de seu DNA duplicada no período S da interfase (fase 2) e, posteriormente, passou pelas fases da meiose, originando células-filhas com metade da quantidade de DNA (fase 7, células haploides). E) A fase 3 é caracterizada por um período em que não há variação na quantidade de DNA na célula, portanto, essa fase destaca uma célula durante os períodos da mitose: prófase, metáfase e anáfase. Resposta correta: alternativa D. Análise das alternativas A) Alternativa incorreta. Justificativa: o ciclo vital de uma célula engloba o momento em que ela não está se dividindo (interfase) e o momento da divisão celular. De fato, os números 1, 2 e 3 indicados no gráfico representam os períodos G1, S e G2 da interfase, como descrito na alternativa. Porém, é um erro afirmar que todo o ciclo vital de uma célula se resume a essas fases, porque elas, que ocorrem após G2 (fase 3), também compõem o ciclo celular e expressam a divisão celular. B) Alternativa incorreta. Justificativa: as fases 4, 5, 6 e 7 são características de uma célula em divisão meiótica, porque, ao final, são originadas novas células com metade da quantidade de DNA da célula. Ao contrário do que afirma a alternativa, não há redução da quantidade de DNA nas células originadas ao fim da mitose. C) Alternativa incorreta. Justificativa: as fases 1, 2 e 3 correspondem aos períodos G1, S e G2 da interfase. Portanto, diferentemente do que afirma a alternativa, a meiose I é representada apenas pelas fases 4 e 5. D) Alternativa correta. Justificativa: observe as figuras a seguir: 131 Re vi sã o: L uc as - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 2 5/ 07 /1 6 BIOLOGIA (CITOLOGIA) Separação das cromátides-irmãs Figura 70 – Esquema representativo de uma célula e seus cromossomos em interfase e meiose. Observe que, ao fim da meiose I, há separação dos cromossomos homólogos e, ao fim da meiose II, há separação das cromátides-irmãs Figura 71 – Gráficos representativos da variação da quantidade de DNA celular na interfase (fases 1 a 3 do gráfico à esquerda) e na meiose (fases 4 a 7 da figura à esquerda). No gráfico à direita, existe a identificação das fases numeradas no primeiro gráfico: G1, S e G2 – etapas da interfase; M1 – meiose I; T1 – telófase I; M2 – meiose II; T2 – telófase De fato, o gráfico fornecido na questão ilustra momentos de aumento e de redução da quantidade de DNA celular. O aumento ocorre por conta da duplicação do DNA ao longo do período
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