4 - Ciclo Celular e Divisões Eucariotas

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07/06/2011
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BIOLOGIA CELULAR
Angel Roberto Barchuk Instituto de Ciências Biomédicas
Ramal 1300
Email: barchuk@unifal-mg.edu.br
Ciclo celular 
As fases do 
ciclo 
celular
 Crescimento
 Replicação do 
DNA
 Distribuição dos 
cromossomos 
duplicados às 
células filhas
 Divisão celular Em células humanas 
em cultivo ~24h
Logo após a fecundação, as células possuem um 
ciclo composto unicamente pelas fases S e M, não 
existindo período de aumento de volume, o que 
resulta no aumento do número de células sem 
crescimento. O ciclo é assim muito curto, de ~30 min
A regulação do ciclo celular
em leveduras de brotação 
(Saccharomyces cerevisiae)
Regulação do ciclo 
celular em células 
animais por fatores de 
crescimento no Ponto 
de Restrição
Pontos de 
checagem
na 
progressão 
do ciclo 
celular
ATM e ATR
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A disponibilidade e união 
da enzima helicase MCM a 
sítios de origem de 
replicação junto ao 
complexo de 
reconhecimento de origem 
(ORC) determina a síntese 
de DNA somente uma vez 
por ciclo celular
A replicação do 
DNA é semi-
conservativa
Reguladores da 
progressão no 
ciclo celular
Proteíno-quinases
MPF
(Maturation Promoting Factor-
Fator promotor da maturação, mitose)
Evidências 
experimentais
O experimento de micro-
injeção de citoplasma em 
ovócitos de rã, de Masui 
e Markert (1971)
Masui Y. and Markert C.L. (1971) 
Cytoplasmic control of nuclear behavior 
during meiotic maturation of frog 
oocytes. J. Expl. Zoology 177:129-146
Yale University, USA
Outra evidência experimental da existência de um 
fator controlador do ingresso das células à mitose foi 
obtida por experimentos em embriões de ouriço de 
mar, pelo grupo de Tim Hunt, em 1983
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A purificação do 
MPF a partir de 
ovócitos de rã 
em 1988, 
permitiu saber 
que este 
complexo está 
formado por 2 
subunidades, 
uma com 
atividade 
reguladora e a 
outra catalítica
Regulação da atividade do MPF
As 4 vias de regulação da 
atividade das CDKs
Existem diferentes proteínas 
inibidoras da atividade das CDKs, 
cada uma atua na regulação de 
diferentes fases do ciclo celular
Diferentes membros das 
famílias das ciclinas e das 
CDKs (quinases 
dependentes de ciclina) 
participam na regulação 
da progressão pelos 
diferentes pontos de 
checagem em leveduras 
e em células animais
A passagem pelo ponto de restrição em 
células de mamíferos depende da 
disponibilidade de ciclina D, que é sintetizada 
após a sinalização por fatores de crescimento
Mutações nos genes desta via (q levam ao aumento dos 
níveis de ciclina D, p/ex) conduzem ao desenvolvimento de 
vários tumores humanos, como o câncer de mama e linfomas
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A regulação da 
entrada à fase 
S depende do 
complexo 
Cdk2/Ciclina E
Níveis altos de ciclina E 
são conseguidos com o 
aumento de sua síntese 
e com a repressão de 
seu inibidor, p27
Pontos de 
checagem
na 
progressão 
do ciclo 
celular
ATM e ATR
Ponto de 
checagem 
de dano de 
DNA
As quinases ATM e 
ATR reconhecem 
DNA danificado ou 
de fita simples e 
inativam as 
fosfatases que 
ativam às Cdk1-2, 
parando as células 
na fase atual
Uma outra via que 
sinaliza parada do ciclo 
antes de entrar à fase S 
requer da participação 
de p53
Este fator de transcrição promove a 
síntese de p21, inibidor da 
progressão no ciclo
Mutantes de p53 não param o ciclo 
quando têm DNA danificado, 
propagando mutações e sendo 
responsáveis por boa parte dos 
tumores malignos
Divisões
celulares
Mitose
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Os 
estágios 
da 
mitose
de uma 
célula 
animal
Mitose
Estágios da 
mitose- Imuno-
fluorescência contra 
cromatina, queratina e 
microtúbulos
O Complexo Cdk1/Ciclina B, 
regulador central da Mitose
A condensação dos cromossomos
A 
desorganização 
do envelope 
nuclear –
Despolimerização 
da lâmina
Os microtúbulos 
cromossomais, 
cinetocóricos, polares e 
astrais formam o 
complexo do fuso mitótico
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As quinases Aurora
e tipo-Polo regulam 
a montagem dos 
microtúbulos do 
fuso mitótico
Os microtúbulos 
cinetocóricos se fixam 
na constrição maior dos 
cromossomas
Modelo da estrutura de um cinetocoro
Welburn & Cheeseman (2008) Dev Cell
Pontos de 
checagem
na 
progressão 
do ciclo 
celular
ATM e ATR
O ponto de checagem da 
montagem do fuso mitótico
O alinhamento dos cromossomos na 
metáfase e sua fixação no fuso ativam o 
complexo promotor da anafase (APC) que, 
promovendo a degradação da Ciclina B e 
da securina, conduz ao início da anafase
Na anafase os cromossomos são arrastados para seus respectivos polos Citocinese - Dividindo a célula em duas partes 
Em leveduras e células animais, um anel contrátil formado por filamentos de actina e 
miosina II associados à membrana plasmática separa o citoplasma em duas metades
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A citocinese em células de plantas
acontece mediante o transporte 
por microtúbulos e fusão na linha 
média de vesículas com 
precursores de parede celular 
provenientes do complexo de 
Golgi, formando a placa celular 
média
A separação incompleta dos citoplasmas 
resulta na origem das uniões 
comunicantes típicas destes tipos 
celulares, os plasmodesmata
em vegetais e animais multicelulares acontece nas 
células germinativas, permitindo a reprodução sexual
Em eucariotas unicelulares, com a levedura, a meiose 
resulta em esporos que permitem à espécie enfrentar 
condições ambientais desfavoráveis
Meiose
Comparando a 
mitose com a 
meiose
O surgimento de células haplóides 
é fundamental para a reprodução 
sexual
Um evento fundamental da meiose, a recombinação, acontece durante a 
profase da primeira divisão meiótica, e consiste no intercâmbio de fragmentos 
de DNA entre cromátides de cromossomos homólogos após estreita 
justaposição e formação do chamado complexo sinaptonêmico, promovido pela 
enzima endonuclease Spo11
Os estágios da 
meiose I
A condensação dos 
cromossomos é acompanhada 
pelo pareamento entre 
homólogos
A proteína matefina 
promove o 
reconhecimento de 
homólogos durante o 
zigotene de C. elegans
Penkner et al. (2007) Dev Cell
O complexo sinaptonêmico
A cromatina de cromátides de cromossomos 
homólogos se associam estreitamente facilitando a 
recombinação
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Os quiasmas
A manifestação citológica da recombinação genética
Segregação 
cromossômica na 
meiose I
Nesta fase os quiasmas 
são quebrados e os 
cromossomos 
homólogos são 
arrastados a seus 
respectivos pólos
Mitose ou Meiose? 
3 genes definem o futuro da célula que entra em divisão
O resultado do processo 
meiótico em metazoários é a 
formação de gametas 
haplóides responsáveis por dar 
origem a um novo indivíduo,o 
zigoto
Figuras de:
Alberts B. et al. (2002) Molecular Biology of the cell. 
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.TOC&depth=2 (March 30, 2007)
Cooper GM and Hausman RE (2007) The Cell. A molecular approach. Sinauer 4th 
edition