Ciclo celular e meiose

Prévia do material em texto

Ciclo celular e meiose
 O corpo humano inicia sua existência a partir de uma única célula e dá-se sua formação pela multiplicação desse número de células, mantendo como característica principal o tamanho celular.
Tanto a morte programada de células (apoptose) como a proliferação celular depende das divisões celulares. 
A divisão celular pode ser dividida em dois grandes grupos: a interfase
(intervalo entre as divisões em que a célula cresce e se prepara para dividir) e a mitose (cariocinese e citocinese) .
O controle do processo de divisão celular ocorre com a ajuda de fatores extracelulares como disponibilidade de nutrientes e fatores de crescimento. 
Fases do ciclo celular: 
Intérfase: 
Duplicação dos componentes celulares, inclusive do DNA;
Operação de mecanismos cruciais para a realização adequada do ciclo celular. 
É dividida em fase: G1, S, G2.
S: fase que ocorre a duplicação ou síntese de DNA; 
G1: fim da mitose até síntese de DNA;
G2: intervalo entre a síntese de DNA e a próxima mitose; 
Mitose: fase de divisão celular.
Quando se trata do tempo de divisão celular pode-se dizer que esse varia de tipo celular para tipo celular e sofre influências fisiológicas como idade celular, disponibilidade de hormônios, pressão osmótica, temperatura corporal e ritmo circadiano. 
Mas, de uma forma generalizada a fase G1 é a de duração mais variável, pois é a que mais sofre influências extracelulares e possui a maior quantidade de inibidores e mutações capazes de bloquear a proliferação celular. 
Em função das variações dos tempos de proliferação as células são divididas em: 
Células que se dividem continuamente: células embrionárias, c. folículos capilares, sistema linfático, medula óssea, epitélio do intestino delgado.
Células que ordinariamente não se dividem: c. que se encontram em quiescência ( fase Gzero) já que são desprovidas de fatores de crescimento, possui tamanho reduzido e DNA não replicado. 
OBS: Essas células ao sofrerem estímulos apropriados (nutrientes, hormônios ou estímulo mecânico) podem retomar sua atividade celular após vencer o ponto de restrição(R). Ocorre em hepatócitos, fibroblastos da pele, células ósseas, pulmonares, endoteliais, pâncreas (hepáticas), ovário. 
Células terminalmente diferenciadas: São células que perdem sua capacidade reprodutiva não podendo realizar o ciclo celular. É o caso dos neurônios, c. da musculatura esquelética e cardíaca, que irão permanecer indefinitivamente no estado Gzero. Também não podem ser substituídas por outras. No entanto, as células terminalmente diferenciadas do epitélio colunar da mucosa do intestino delgado, células superficiais da epiderme e células sanguíneas podem ser substituídos por células tronco pluripotentes, não ocorrendo perda da função desses locais. 
Interfase 
Síntese de DNA é periódica;
Síntese de RNA (ribossômico) maior em G1 e fase S;
Proteínas produzidas continuamente só que em quantidades diferentes,
OBS: Tubilinas e ciclinas são continuas já que são sintetizadas entre o citoesqueleto e fibras do fuso durante a divisão celular. 
Período G1: 
Fase de síntese de enzimas catalizadoras da fases S: trifosfatos de desoxirribonucleosídeos, das DNA-polimerases, e enzimas que codificam proteínas histonas. 
Ocorre a checagem do DNA e reparo antes da replicação. 
A proteína p53 é responsável por impedir que a célula com defeitos no DNA prossiga sem que esteja normalizada. A transmissão desses danos não resolvidos por defeito na p53 está relacionado com a formação de cânceres. 
Ponto de Restrição localiza-se na final da G1 sendo conhecida como PRB ( proteína retinoblastoma) e controla negativamente o ciclo celular. Enquanto a prb permanecer desfosforilada não vai ocorrer passagem para a fase S. Sua fosforilação vai ser realiza pela Cdk4,6 que irá liberar o fator E2F inibor da PRB. O E2F irá atuar estimulando a síntese de ciclina E, a transcrição e a produção de nucleotídeos e dna polimerase. Somente será desfosforilada a PRB quando os níveis de ciclina-cdk reduzir. 
A p21 inibe a CDKs responsáveis pela entrada na fase S. Sua produção aumentada vai bloquear o complex ciclina-cdk que não fosforila prb, não liberando o fator e2f. A divisão só continua após concerto das fitas. 
Fase de síntese de RNA e proteínas. 
Período S: É a fase de replicação do DNA. Apesar das semelhanças entre as células eucariontes e procariontes, nas células eucariontes a duplicação é bem mais complexa, já que o DNA encontra-se na forma de fibras de cromatina, formando um complexo com proteínas de histonas. Logo, a quant. de histonas também deve ser duplicada exclusivamente na fase S. 
Características gerais da replicação celular:
 Sua replicação é assincrônica, ou seja, dentro de uma mesma molécula regiões específicas do material genético começam sua duplicação e as terminam em intervalos diferentes e específicos na fase S. 
OBS: A heterocromatina é a região mais condensada da cromatina, seus genes estão inativos . Já a eucromatina é a região menos condensada, onde encontramos os genes são transcritos. Na microscopia, a heterocromatina fica mais corada q a eucromatina.> A eucromatina inicia primeiro seu processo de duplicação.
A origem de replicação (réplicons) varia das c. procariontes para eucariontes , sendo presente no corpo humano aproximadamente 200 pontos de checagem. 
O processo de replicação ocorre quando o ORC (Complexo de reconhecimento da origem) liga-se a origem de replicação e sinaliza para que o complexo pré-replicativo ou pré-RC se ligue. Ao se ligar, realiza a fosforilação do ORC e inicio do processo de replicação. 
Replicação bidirecional > forquilhas de replicação 
A replicação é semidescontínua: A replicação é semidescontinua pqer a enzima DNA-polimerase responsável pela síntese de DNA somente sintetiza na direção 5´- 3’. Logo, é preciso que uma fita seja sintetizada continuamente (CADEIA LIDER OU CONTÍNUA) ao passo que a outra de forma descontinua ( CADEIA RETARDATÁRIA OU DESCONTÍNUA), a qual formará fragmentos de okazaki.
Para que a replicação do DNA ocorra é preciso que os percussores da DNA-polimerase estejam presentes sobre a forma de ribonucleotídeos trifosfatados (dCtp,dTtp,dGtp,dAtp). Isso porque quando incorporados a cadeia de DNA, esses devem se tornar monofosfatos , fornecendo a energia necessária para a síntese celular. 
A dna-polimerase alfa e delta realizam a duplicação da fita de DNA, respectivamente, no sentido descontínuo e contínuo;
A dna-polimerase beta e epsílon estão relacionadas ao mecanismo de reparo;
A dna-polimerase gama está relacionada a replicação do DNA nas mitocôndrias;
A helicase atua no desenrolamento das duplas hélices e quebramento das pontes de hidrogênio;
dnaA causa separação das cadeias na origem de replicação e possibilita a ação da helicase;
A proteínas SSP mantêm as cadeias separadas enquanto é processada a replicação, impedindo o enrolamento dos filamentos e possível degradação por nucleases;
Dna-girase impende que o superenovelamento dos filamentos introduzindo quebras e relaxando o estresse controcional. 
Rna-Polimerase especial sintetiza as primase , enzima que irá produzir o primer ( filamento RNA no segmento inicial) da fita descontínua; 
Nas fitas contínuas o primer é sintetizado mesmo pela Dna- polimerase alfa ou gama
A Dna-ligase realiza a ligação dos filamentos de dna duplicados;
 A dna-polimerase tem uma característica chamada “leitura de prova”;
Endonucleases são enzimas que cortam pedaços defeituosos de DNA para que esses sejam substituídos por outros.
O DNA conta com um conjunto de sistemas que atuam protegendo-o de alterações: Enzima superóxido-desmutase, equilíbrio acido-base, Nadph2, glutation e vitamina E. 
A xeroderma pigmentosum é uma doença causada pela incapacidade que certo indivíduo tem de possuir células que reparem seu dna. Essas células são incapazes de corrigir a dimerização das bases pirimídicas.
Período G2: É o ultimo ponto de checagem antes da mitose. Nessa fase vai ser sintetizadas proteínasnão-histônicas e acúmulo do complexo ciclina-CDK que irá regular a transcrição de G2 para M, já que induz a entrada e mitose além de ser responsável pela condensação cromossômica, ruptura do envoltório nuclear, montagem do fuso e degradação da proteína ciclina.
Mitose
Prófase: 
Condensação das fibras de cromatina até estado de cromossomos. Essa condensação é de grande importância já que garante o não emaranhamento das fibras ou rompimentos do material genético durante a distribuição as células-filhas. A condensação é induzida pelo complexo ciclina-cdk que quando ativo fosforila as condensinas que irão formara alças que compactam o cromossomo e realizam o seu enrolamento. 
Nucléolos desaparecem;
Formam-se feixes de microtúbulos a partir dos centrossomos, constituindo o fuso mitótico, 
Núcleolo: deixa de ser sintetizado sendo seus componentes transformandos em subunidades ribossômicas e grânulos.
Centrossomos: são responsáveis pela produção das fibras dos fuso constituídas de tubulina de restos de citoesqueleto. Possuem a região diplossoma (par de centrílos) e o material pericentriolar > áster.
Nessa fase ocorre a ruptura do envoltório nuclear (mitose aberta).
Prometáfase: Fase de prendimento dos microtúbulos aos cinetócoros > túbulos cinetocóricos e fragmentação do envoltório celular,
Metafase: 
Cromátides atingem condensação máxima.;
Formação da placa metafásica = alinhamento na região equatorial. 
Fibras cinetocóricas, livres e polares
Anáfase:
Separação e migração das cromátides para os polos opostos;
Dineína (proteína motora) ajuda no deslizamento;
Tubulina acrescentada > aumenta a distância dos fusos 
Telófase:
Reconstrução do núcleo, nucléolo , envoltório nuclear ;
Desagregação do fuso mitótico;
Descondesação da cromatina;
Anel contrátil formado por filamentos de actina e miosina ;
Vale ressaltar que tais eventos ocorreram devido a inativação do complexo ciclina-cdk. 
Controle genético do ciclo celular
As quinases dependentes de ciclinas ou Cdks, são as principais proteínas-quinases do ciclo celular e tem com função a fosforilação de outras proteínas substrato, ou seja, transferir ATP para serinas e treoninas de outras proteínas. 
As cdks apenas atuam quando associadas as ciclinas ( complexo ciclina-cdk).
G1-CDK > decide a divisão celular;
G1/S-CDK > duplicação do centrossomo, e fosforilação de outras proteínas celulares necessárias para a síntese de DNA;
S-CDK > inicia a duplicação do DNA e fosforila o complexo ORC (complexo de reconhecimento de origem);
M-CDK > ativado pela fosfatase cdc25, promove a mitose atuando como quinase, induz a condensação cromossômica, fragmentação do envoltório nuclear, reorganização do citoesqueleto para montagem do fuso, desmontagem dos microtúbulos pela fosforilação da MAPS e ativação das catastrofinas. 
MAPS- proteína associada aos microtúbulos que reduz sua estabilidade. 
Um fator importantíssimo relacionado as M-CDK é que ela ativa o complexo promotor de anáfase (APC) , que irá degradar a securina, que está inibindo a separase. A separase tem a função de degradar a coesina causando a separação das cromátides. 
A degradação da ciclina M pela ubiquitinaligases ( ativado pelo complexo APC) inativa o complexo M-CDK que leva a célula a sair da mitose e a progredir a intérfase no ciclo. 
OBS: Na fase G2 ocorre a ativação e inativação da ciclina-cdk . A sua inativação ocorre pelo proteína-quinase denominada Wee 1 , ao passo que sua ativação ocorre pela fosfatase csc25. Entretanto, o complexo ciclina-cdk é quem ativa o cdc25 e inibe o wee 1, ou seja , ele tem um mecanismo de RETROALIMENTAÇÃO POSITIVA.
Quinase ativadora de Cdk (CAK) - aumenta a eficiência da cdk 
Proteína inibidora de Cdks (CDKIs) - inativa complexos ciclinas-cdks
 O APC (complexo promotor de anáfase), ativado pela M-cdk é responsável pela separação das cromátides e ativação da enzima ubiquitinaligases que degrada as ciclinas e essas inativam o complexo-cdk. 
OBS: A inativação do complexo – cdk leva ao fim da mitose.
A ação das quinases regula a função das proteínas por meio da fosforilação reversível, sendo um importante processo para controle da progressão do ciclo celular. 
Fatores de crescimento no ciclo celular
Os fatores de crescimento agem em animais, impulsionando as células a atravessarem o ponto R no final da G1 e a continuar o ciclo de divisão. Quando não estimuladas, as células são incapazes de passar pelo ponto R e entram em estado de inquiescência em GZERO.
Além do CDK existem os genes supressores de tumor que agem como inibidores de cdk interrompendo a progressão do ciclo.
Meiose
A prófase da primeira divisão meiótica, ou prófase I, é mais demorado que a prófase da mitose;
Prófase: 
Pareamento dos cromossomos homólogos;
Permite o fenômeno de crossing-over;
É dividida em: leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese. 
Leptóteno: fase de maior condensação dos filamentos de cromossomos,
Zigóteno: fase de ocorrência da sinapse, e formação do complexo sinaptonêmico. 
Complexo sinaptonêmico: Constituído de proteínas e nos elementos laterais RNA e DNA. 
Paquíteno: Cromossomos emparelhados unidos por complexo sinaptonêmico, ou seja, bivalente ou tétrade. Troca das cromátides-irmãs.
Obs: nódulos de recombinação – são estruturas eletrodensas que estão relacionadas com a função de fornecer a maquinaria estrutural e enzimática requerida para realização da permuta.
Diplóteno: início da separação dos cromossomos e presença de quiasmas – locais onde ocorreu troca de genes entre cromossomos homólogos. A falta de quiasmas leva a uma segregação incorreta e ocorrência de doenças hereditárias. 
Uma característica marcante dessa fase é os cromossomos descompactados para permitir a transcrição de certos genes.
Diacinese: aumento da repulsão entre cromossomos homólogos, aumento da condensação cromossômica, desaparecimento de nucléolos, ruptura do envoltório nuclear, movimento dos crom. Para a placa equatorial. 
Metafase I:: Cromossomos homólogos dispostos na placa equatorial lado a lado, com seus dois cinetócoros voltados para o mesmo polo da célula.
Anafáse I: Separação dos cromossomos, sendo que cada um, mantém suas cromátides- irmãs juntas. 
Telofáse I: completa descondensação cromossômica e reorganização dos dois núcleos-filhos. 
Na segunda etapa da divisão o que difere a metáfase II da primeira é que são os cinetócoros das cromátides-irmãs que se orientam para polos opostos da célula. 
Controle genético da meiose 
A meiose é controlada pelo complexo ciclina-CDK;
Tem como pontos de checagem o diplóteno da primeira divisão meiótica, e a metáfase II.
A proteína-quinase conhecida como MO, foi descoberta no fator citostático, sendo de forma indireta responsável pela degradação da ciclina, interrompendo a meiose da metáfase II. 
Para a garatia de que a fase S seja comprida e a célula passe de meiose I para meiose II, os níveis de CDk e de ciclina M devem ser reduzidos a metade. 
A proteína-quina MOS ativa a proteína RSK , que fosforila o complexo APC que inibe a atividade da ciclina M, logo, não ocorrerá replicação novamente. 
Estudo Dirigido Biologia Celular e Molecular ( prof.Guerra)
Tema: Ciclo Celular 
Qual o papel de G0 no ciclo celular? Células ativas em divisão possuem no seu ciclo uma fase G0? A fase Gzero é uma fase em que as células se encontram em quiescência, ou seja, perderam sua capacidade reprodutiva e não ultrapassam o estado de restrição. Células ativas não a possui. 
Como agem os pontos de checagem quando há dano ao material genético? Os pontos de checagem irão realizar a troca desse material lesado por novos, através de uma mecanismo de controle por proteínas p-53, complexos ciclina-cdk e proteína retinoblastoma. 
Quais as fases críticas, que mais necessitam desses mecanismos? G1/S, G2/M e transição anáfase/metáfase. 
3. Qual a relação entre os pontos de checagem e o câncer? O câncer é, basicamente, uma doença causada por divisão celular descontrolada. Seu desenvolvimentoe progressão estão normalmente ligados a uma série de alterações na atividade dos reguladores do ciclo celular. Por exemplo, os inibidores do ciclo celular impedem que as células se dividam quando as condições não são as corretas, por isso a baixa ação desses inibidores pode causar câncer. Da mesma forma, os reguladores positivos da divisão celular podem causar câncer se estiverem muito ativos. Na maioria dos casos, essas alterações na atividade ocorrem devido a mutações nos genes que codificam as proteínas reguladoras do ciclo celular.
4. Quais os mecanismos reguladores das CDKs? Quais as diferentes formas de controle negativo do ciclo celular? Os mecanismos reguladores das CDKs é a p-21 a proteína retinoblastoma. As diferentes formas de controle negativo envolvem as cdis, sistema ubiquitina de degradação de proteínas, fosfatases específicas. 
5. De que forma e quando agem os fatores de crescimento no ciclo celular? Os fatores de crescimento geralmente agem na fase de Gzero procurando estimular algumas células a sair do seus estado de quiescência e a entrar em G1. É o caso dos fibroblastos e células da corrente sanguínea. 
6. Qual o papel da pRb (proteína retinoblastoma) na regulação do ciclo celular? 
A PRB atua na fase de G1/S e tem como papel impedir o crescimento celular e evitando que a célula chegue em fase S.
7. Por que a proteína p53 é essencial para o funcionamento adequado do ciclo celular? Existe relação com o câncer? Explique. A proteína p-53 irá garantir que a célula com defeitos no seu DNA não ultrapasse a fase G1 sem que isso tenha sido concertado. Tem sua relação com o câncer sim , já que esse tem como um dos seus fatores a propagação de células com moléculas de DNA defeituosas. 
8. Quais os processos intracelulares são promovidos pela M-Cdk (Cdk1-ciclina B ou MPF) ? 
Outro componente é o complexo mitótico CDK2-ciclina B ou Fator Promotor da Mitose (MPF). Ele permanece inativo durante toda a fase S e protege a célula de uma divisão ( fase M) antes que ela esteja totalmente pronta para isto. É importante salientar ainda a existência de um ponto de checagem na fase S, o qual também é induzido por danos no DNA, e envolvem proteínas que regulam a atividade das CDKs, fatores de transcrição e proteínas de reparo.
9. Qual papel desempenha o complexo APC/Cdc20 no ciclo de divisão celular? 
Atuam Impedindo o início da anáfase enquanto todos os cromossomos não mostrarem uma ligação correta ao fuso. 
Dois pontos de checagem ocorrem um pouco antes ou durante a mitose. O primeiro deles ocorre em resposta a DNA não duplicado ou lesado, impedindo a ativação da CDK1 e bloqueando as células em G2/M. A p53 também atua nesse ponto de checagem inibindo o complexo CDK1-ciclina B. O segundo ponto de checagem envolve as proteínas das famílias BUB, MAD e Cdc20, impedindo o início da anáfase enquanto todos os cromossomos não mostrarem uma ligação correta ao fuso.
 
Parte inferior do formulário
Parte superior do formulário
Parte inferior do formulário
10. O que são proto-oncogenes, oncogenes e genes supressores de tumor? De exemplos. 
Proto,oncogenes são genes que ajudam a célula a crescer. Entretanto, quando ele sofre mutações ou possui muitas copias do mesmo, torna-se um gene ruim, dando inicio a formação de cânceres. 
Oncogenes são genes proto-oncogenes que se tornaram ruins levando a cânceres. 
Por fim, os genes supressores de tumor, são aqueles que retardam a divisão celular, reparam erros do DNA, e indicam quando deve ocorrer a morte programada da célula. Quando inativados, esses controles não são realizados e a chance de formação de cânceres aumenta grandemente.