Mitose completa

Prévia do material em texto

Mitose e Citocinese 
 
1. Listar e explicar resumidamente as etapas da fase M. 
 Prófase: os cromossomos replicados, cada um consistindo em duas cromátides-irmãs 
intimamente associadas, se condensam. Fora do núcleo, o fuso mitótico (um arranjo de 
microtúbulos) se forma entre os dois centrômeros que se replicaram e se distanciaram. Vale 
ressaltar que embora os centríolos participem da divisão, não é deles que se originam as 
fibras do fuso. Na mitose em célula animal, as fibras que se situam ao redor de cada par de 
centríolos opostas ao fuso constituem o áster (do grego, aster = estrela). Nessa fase, o 
nucléolo começa a desaparecer. 
 
 
 Prometáfase: também conhecida como "final da prófase", essa fase começa com a 
desintegração do envelope nuclear (carioteca). Os centríolos atingem os pólos opostos da 
célula; as fibras do fuso mitótico são formadas podendo ser de dois tipos: as fibras 
contínuas, que vão de centríolo a centríolo, e as fibras cromossômicas, nas quais vão se 
prender ao centrômero dos cromossomos; os cromossomos se ligam aos microtúbulos do 
fuso via seus cinetocoros e são submetidos a movimentos ativos. O nucléolo desaparece por 
completo. 
 
 Metáfase: os cromossomos são alinhados no equador do fuso (placa equatorial ou placa 
metafásica); os microtúbulos do cinetocoro ligam as cromátides-irmãs a polos opostos do 
fuso; ocorre o máximo grau de condensação dos cromossomos, sendo nessa fase da divisão 
que se monta o cariótipo de uma espécie. 
 
 Anáfase: as cromátides irmãs se separam sincronicamente e formam dois cromossomos-
filhos, sendo cada um deles lentamente puxado em direção ao polo do fuso ao qual está 
ligado. Os microtúbulos do cinetocoro encurtam-se (fazendo cada um dos cromossomos 
migrarem para o polo da célula) e os polos do fusos também se distanciam. Esses dois 
últimos processos contribuem para segregar os cromossomos. É nessa fase que começa a 
formação do anél contrátil (actina e miosina do citoesqueleto). 
 
 Telófase: os dois cromossomos-filhos chegam aos polos do fuso e se descondensam; um 
novo envelope nuclear é remontado em volta de cada conjunto, completando a formação de 
dois novos núcleos; as fibras do áster e do fuso mitótico desaparecem; os nucléolos são 
recompostos; o anel contrátil começa a se contrair para efetuar a divisão. 
 
 Citocinese: o citoplasma é dividido em dois por um anel contrátil, que comprime a célula 
em duas e dá origem a duas células-filha, cada uma com um núcleo. 
 
2. Identificar sob o microscópio células eucarióticas em interfase, prófase, prometáfase, metáfase, 
anáfase e telófase. 
 
 
 
3. Explicar de que forma a M-Cdk é ativada e como a sua ativação inicia a mitose. 
O aumento da proteína M-ciclina – ciclina B (que é sintetizada durante G2 e M) leva a um 
correspondente acúmulo da M-Cdk (o complexo de Cdk1 e M-ciclina) à medida em que a célula se 
aproxima da mitose. Porém, somente a ligação da M-ciclina com o Cdk1 não é suficiente para que 
haja a ativação do complexo, sendo necessárias outras medidas para que isso ocorra. 
Como já é sabido, para que uma Cdk torne-se ativa é preciso que ela seja fosforilada em um 
sítio ativo por uma uma quinase ativadora de Cdk (CAK). Contudo, no caso da ativação da M-Cdk, o 
processo ocorre de forma singular: primeiramente uma quinase chamada Wee1, por meio de uma 
fosforilação inibidora em dois sítios vizinhos, mantém o complexo M-Cdk no seu estado inativo ainda 
que a CAK o fosforile logo em seguida. Para que, então, ocorra a ativação por completa, a fosfatase 
Cdc25 retira os fosfatos inibidores da Wee1. Após essa ativação, o processo por si só se sustenta em 
processos de retroalimentação positiva, onde a M-Cdk ativa pode fosforilar as Cdc25 inativas, as 
ativando, assim como pode fosforilar a Wee1 (que é a Cdk inibidora de quinase) a desativando, 
possibilitando, com esses dois processos, efetivos resultados subsequentes. 
Vale ressaltar que todo esse processo é uma forma de regular a entrada da célula na mitose, 
uma vez que a complexidade dos detalhes para tal faz com que somente células que precisem sofrer 
mitose, o façam. 
Obs1: não se sabe ao certo quem ativa a primeira Cdc25 responsável por retirar os fosfatos 
inibidores do M-Cdk, mas há indícios de que foi uma polocinase. 
Obs2: Wee1 fosforila o M-Cdk inativo antes que a Cak, pois se o contrário fosse feito, o 
complexo seria ativado de imediato, ainda que a Wee1 fosforilasse depois. 
 
 
 
Uma das características mais notáveis do controle do ciclo celular é que uma única proteína 
quinase, a M-Ckd, quando ativada, ocasiona todos os diversos e complexos rearranjos celulares que 
ocorrem nos estágios iniciais da mitose: 
 Enrolamento do DNA: um dos alvos da M-Cdk são subunidades de condensina, um 
complexo proteíco que gradativamente reorganiza as cromátides-irmãs em estruturas 
relativamente curtas e distintas (condensação dos cromossomos) para que sejam mais 
facilmente separadas na anáfase (resolução das cromátides-irmãs). Logo, a fosforilação 
dessas subunidades estimula a atividade do enrolamento de DNA, propiciando que haja uma 
reestruturação dos cromossosmos no início da mitose. 
 Separação e maturação dos centrossomos (montagem do fuso): as cinesinas-5, que são 
proteínas motoras responsáveis pelo afastamento dos polos após a duplicação dos 
centrossomos, também são alvos da M-Cdk. A fosforilação dos motores de cinesina-5 pela 
M-Cdk permite que estas façam ligações cruzadas nas extremidades (+) sobrepostas e 
antiparalelas de microtúbulos, gerando uma força que afasta os polos entre si. Como 
consequência, tem-se a maturação dos centrossomos, uma vez que eles aumentam sua 
capacidade de nuclear novos microtúbulos à medida em que se afastam um do outro. 
 Desintegração do envelope nuclear: a M-Cdk fosforila várias subunidades dos gigantescos 
complexos de poros nucleares do envelope nuclear, o que faz com que este se desintegre 
em pequenas vesículas. 
 Desmontagem da lâmina nuclear: a lâmina nuclear, que corresponde ao esqueleto 
estrutural que se situa sob o envelope nuclear é desmontada a medida que seus 
componentes são fosforilados pela M-Cdk. 
 Dinamismo dos microtúbulos: existem mecanismos dentro de uma célula que regulam a 
instabilidade dos microtúbulos, como por exemplo as MAPs (proteínas associadas à 
microtúbulos) que podem aumentar taxa de crescimento dos microtúbulos (salvamento) ou 
podem diminuir a taxa de encolhimento. Contudo, para que haja a entrada na mitose, é 
necessário que exista um constante dinamismo, uma vez que microtúbulos longos demais 
ou curto demais não são capazes de formar um fuso normal. A ativação da M-Cdk pode 
controlar o crescimento dos microtúbulos mediante a fosforilação das MAPs, o que gera 
redução na capacidade desta em estabilizar microtúbulos. 
 
A M-Cdk não somente desencadeia os eventos mitóticos iniciais que levam à metáfase, mas também 
monta o palco para a progressão à anáfase ao fosforilar o Cdc20-APC/C que o ativa. A capacidade da 
M-Cdk de promover a atividade do Cdc2--APC/C cria um circuito de retroalimentação negativa: a M-
Cdk põe em movimento um processo regulador que leva à destruição de ciclinas e, portanto, a sua 
própria inativação. 
 
4. Descrever a montagem do fuso mitótico e o papel das proteínas motoras. 
O fuso é um arranjo bipolar de microtúbulos, que separa as cromátides-irmãs na anáfase, 
segregando, com isso, os dois conjuntos de cromossomos a extremidades opostas da célula, onde 
eles são empacotadosem dois núcleos-filhos. Esse arranjo bipolar possui as extremidades menos (-) 
orientadas aos dois polos do fuso e as extremidades mais (+) se irradiam para fora dos polos. 
As extremidades (+) de alguns microtúbulos - chamadas de microtúbulos interpolares- interagem 
com as extremidades (+) de microtúbulos do outro polo, resultando em um arranjo antiparalelo na 
zona intermediária do fuso. As extremidades (+) de outros microtúbulos - os microtúbulos do 
cinetocoro - são ligadas aos pares de cromátides-irmãs em grandes estruturas proteicas chamadas 
de cinetocoros, que estão localizados no centrômero de cada cromátide-irmã. Por fim, muitos fusos 
também contêm microtúbulos astrais que se irradiam para fora dos polos e contatam o córtex da 
célula, ajudando no posicionamento do fuso da célula. 
 
 
A montagem e a função do fuso mitótico dependem de um grande número de proteínas 
motoras dependentes de microtúbulos. Quatro tipos principais dessas proteínas se destacam: 
 Cinesina-5: possuem dois domínios motores que interagem com as extremidades (+) de 
microtúbulos antiparalelos na zona média do fuso. Como os dois domínios motores se 
movem em direção às extremidades (+) dos microtúbulos, eles fazem com que os dois 
microtúbulos antiparalelos, ao passarem um sobre o outro, deslizem em direção aos fusos 
mitóticos, forçando o afastamento dos polos. 
 Cinesina-14: diferentemente das demais cinesinas, esta apresenta um único domínio motor 
orientado para a extremidade (-) que pode interagir com um microtúbulo diferente. Elas 
podem fazer ligações cruzadas com microtúbulos interpolares antiparalelos na zona média 
do fuso, e tendem a tracionar os polos conjuntamente. 
 Cinesina-4 e 10 (cromocinesinas): são motores orientados para extremidade (+) que se 
associam aos braços cromossômicos e afastam o cromossomo ligado do polo (ou o polo do 
cromossomo). 
 Dineínas: são motores orientados para a extremidade (-) que, juntamente com proteínas 
associadas, organizam os microtúbulos em vários locais celulares. Elas ligam as extremidades 
(+) de microtúbulos astrais a componentes do citoesqueleto de actina no córtex celular. 
 
O fuso mitótico deve possuir dois polos a fim de puxar os dois conjuntos de cromátides-irmãs a 
polos opostos da célula em anáfase. Para que haja a bipolaridade do fuso, dois mecanismos são 
necessários: o primeiro depende da organização dos microtúbulos com suas extremidades (+) 
interagindo com os cinetocoros das cromátides ou com extremidades (+) de outros microtúbulos na 
zona média do fuso e com as (-) orientadas aos dois polos do fuso; e o segundo diz respeito a 
capacidade dos centrossomos em auxiliar a formação dos polos do fuso. 
Os centrossomos começam a se duplicar no início da fase S, continuando na G2 (alongameno do 
centríolo-filho) e acaba em M, onde os dois pares de centríolos se dividem e nucleia seu próprio 
arranjo radial de microtúbulos, chamado de áster. Os dois centrossomos facilitam a montagem do 
fuso bipolar ao fornecer um par de polos pré-fabricados do fuso. Contudo, para que os 
centrossomos se encontrem "prontos", é necessário que eles se separem, que as extremidades (+) 
dos microtúbulos entre eles se interdigitem e formem os microtúbulos interpolares e a quantidade 
de complexos em anel de γ-tubulina em cada centrossomo aumente de forma que sua capacidade 
de nuclear novos microtúbulos também aumente, um processo chamado de maturação do 
centrossomo. 
Múltiplas proteínas motoras conduzem a separação dos centrossomos no início da mitose. Na 
prófase, as proteínas motoras de dineína orientadas para a extremidade (-) nas extremidades (+) dos 
microtúbulos astrais propiciam a principal força. Esses motores estão ancorados no córtex celular ou 
no envelope nuclear, ou seja, estão "presos", e como não conseguem se dirigirem até a extremidade 
(-), puxam ela, separando os centrossomos. Em seguida à desintegração do envelope nuclear no final 
da prófase, interações entre os microtúbulos centrossômicos e o córtex celular permitem que feixes 
de actina-miosina no córtex separem os centrossomos ainda mais. Por fim, os motores de cinesina-5 
fazem ligações cruzadas nas extremidades sobrepostas e antiparalelas de microtúbulos interpolares 
e afastam os polos entre si. 
Os centrossomos e os microtúbulos das células animais estão localizados no citoplasma, 
separados dos cromossomos por uma dupla barreira de membrana do envelope nuclear. A ligação 
das cromátides-irmãs ao fuso requer a remoção dessa barreira e para que isso ocorra, é 
fundamental que haja a desintegração do envelope nuclear, permitindo que proteínas motoras 
executem suas funções importantes à montagem do fuso. 
 
5. Explicar o checkpoint promovido por Cdc20-APC/C na transição entre metáfase e anáfase. 
A ativação do APC/C pela Cdc20 leva à ubiquitinação e à destruição da securina, uma 
proteína que mantém as cromátides-irmãs unidas por inibir a ação da separase. A destruição da 
securina, no final da metáfase, libera a separase, que então fica livre para clivar uma das 
subunidades de coesina que perde força e as cromátides-irmãs se separam abrupta e 
sincronicamente. 
Um dos pontos de checagem que ocorrem durante o ciclo celular é chamado de ponto de 
verificação da montagem do fuso, que assegura que a célula não entre na anáfase até que todos os 
cromossomos estejam corretamente biorientados no fuso mitótico. Esse checkpoint depende de um 
mecanismo sensor que monitora a força da ligação dos microtúbulos, e possivelmente a tensão, no 
cinetocoro. Qualquer cinetocoro que não esteja devidamente ligado ao fuso emite um sinal negativo 
que bloqueia a ativação do Cdc20-APC/C e, assim, bloqueia a transcrição entre metáfase e anáfase. 
Esse bloqueio é removido somente quando o último cinetocoro estiver devidamente ligado, 
permitindo que a separação das cromátides-irmãs ocorra. 
Em células somáticas de mamíferos, o ponto de verificação da montagem do fuso determina 
o momento normal da anáfase. A destruição da securina nessas células começa momentos após o 
último par de cromátides-irmãs ficar biorientado no fuso, e a anáfase começa ceca de 20 minutos 
mais tarde. A inibição experimental do mecanismo do ponto de verificação causa a separação 
prematura das cromátides-irmãs e a anáfase. 
 
6. Explicar o movimento dos cromossomos para os pólos. 
A perda repentina da coesão de cromátides-irmãs no início da anáfase leva à segregação 
cromossômica, onde as forças do fuso mitótico puxam as irmãs para polos opostos da célula. Os 
cromossomos se movem por meio de dois processos independentes e que se sobrepõem. O 
primeiro, reportado como anáfase A, é o movimento inicial dos cromossomos em direção aos polos, 
que é acompanhado pelo encurtamento dos microtúbulos do cinetocoro. O segundo, reportado 
como anáfase B, é a separação dos próprios polos do fuso, que começa após as cromátides-irmãs 
terem se separado e os cromossomos-irmãos terem se distanciado uma certa extensão. 
 Anáfase A: depende de uma combinação de duas principais forças em direção aos polos. A 
primeira puxa o cinetocoro e seu cromossomo associado ao longo do microtúbulo do 
cinetocoro em direção ao polo do fuso; é a força gerada pela despolimerização dos 
microtúbulos no cinetocoro, que resulta na perda de subunidades de tubulina na 
extremidade mais (+) à medida que o cinetocoro se move em direção ao polo. Essa força não 
necessita de ATP, e a energia que dirige o movimento é armazenada no microtúbulo, sendo 
liberada quando ele se despolimeriza (vem da hidrólise de GTP que ocorre após uma 
subunidade de tubulida ser adicionada à extremidade de um microtúbulo). 
 
E a segunda força é propiciada pelo fluxo de microtúbulos, que é o movimento dos 
microtúbulos em direção ao polo do fuso, onde ocorre a despolimerização da extremidade menos (-
). 
A importância relativa dessas duas forças durantea anáfase varia em diferentes tipos 
celulares: em células embrionárias, por exemplo, o movimento dos cromossomos depende 
principalmente do fluxo de microtúbulos, ao passo que o movimento em células somáticas de 
vertebrados resulta primariamente de forças geradas no cinetocoro. 
 Anáfase B: depende de mecanismos dirigidos por motores, similares aos que separam os 
dois centrossomos no início da mitose. As proteínas motoras cinesina-5 orientadas para a 
extremidade mais (+), que ligam transversalmente as extremidades mais (+) sobrepostas dos 
microtúbulos interpolares, afastam os polos. Além disso, motores de dineína que ancoram 
as extremidades mais (+) dos microtúbulos astrais ao córtex da célula (mas se 
"movimentam" para a extremidade menos (-) tracionam e distanciam os polos. 
 
 
 
Embora a separação das cromátides-irmãs inicie os movimentos cromossômicos da anáfase 
A, outros mecanismos também asseguram movimentos corretos dos cromossomos na Anáfase A e o 
alongamento do fuso na Anáfase B. Mais do que isso, a conclusão de uma anáfase normal depende 
da desfosforilação de substratos das Cdks, que na maioria das células resulta da destruição, 
dependente de APC/C, de ciclinas. Se a destruição de M-ciclina é impedida – pela produção de uma 
forma mutante que não é reconhecida pelo APC/C, por exemplo – a separação das cromátides-irmãs 
geralmente ocorre, mas os movimentos cromossômicos e o comportamento dos microtúbulos da 
anáfase são anormais. 
 
Obs1: cinesinas-4 e 10 (aproximam os cromossomos) e cinesina-14 (aproxima os polos) 
desaparecem na anáfase. 
Obs2: as duas principais forças responsáveis pelo movimento dos cromossomos aos polos na 
anáfase A também são fundamentais para que eles se alinhem na placa metafásica, com uma 
pequena diferença na força produzida pela Anáfase B. Essa última se difere quanto aos motores, 
uma vez que ao invés de cinesisa-5 e dineína passam a ser os de cinesina-4 e 10 orientados para a 
extremidade mais (+) nos braços cromossômicos, que interagem com microtúbulos interpolares e 
transportam os cromossomos para longe dos polos do fuso. Essa força chamada de força de ejeção 
polar é particularmente importante na prometáfase e na metáfase quando ajuda a alinhar os pares 
de cromátides-irmãs no equador da célula. 
Essas forças se contrabalanceiam formando um contínuo movimento oscilatório dos 
cromossomos em prometáfase e metáfase, essencial para que eles dirijam-se à placa metafásica, ou 
seja, à medida que os cromossomos se movem em direção ao polo do fuso, uma força de ejeção 
polar crescente gera tensão no cinetocoro mais próximo ao polo, provocando uma alternância ao 
estado em direção oposta aos polos e resultando, gradativamente, no acúmulo de cromossomos no 
equador do fuso. 
Vale ressaltar que o comprimento dos microtúbulos no fuso metafásico não se altera 
significativamente, porque novas subunidades de tubulina são adicionadas à extremidade mais (+) 
do microtúbulo à mesma taxa que subunidades de tubulina são removidas da extremidade menos (-
). 
 
 
7. Descrever o processo de citocinese. 
O passo final do ciclo celular é a citocinese, que consiste na divisão do citoplasma. A primeira 
mudança visível da citocinese em uma célula animal é o aparecimento repentino de uma prega, ou 
um sulco de clivagem, na superfície celular que rapidamente se torna mais profundo e se espalha ao 
redor da célula, até dividir completamente a célula em duas. A estrutura subjacente a esse processo 
é o anel contrátil - um agrupamento dinâmico composto de filamentos de actina, filamentos de 
miosina II e muitas proteínas estruturais e reguladoras. 
Durante a anáfase, filamentos de actina e miosina II começam a se acumular no anel 
contrátil que se monta logo abaixo da membrana plasmática. O anel então se contrai de forma 
gradativa através de arranjos sobrepostos de filamentos de actina e miosina II que geram a força pra 
divisão do citoplasma em dois. Uma vez iniciada a contração, o anel exerce uma força 
suficientemente grande capaz de dobrar uma fina agulha de vidro inserida no caminho. À medida 
que o anel se comprime, mantém a mesma espessura (apesar de causar um enrugamento na 
membrana), sugerindo que seu volume total e o número de filamentos que contém diminuem 
constantemente. 
Quando a contração do anel é concluída, este é inteiramente repartido, uma vez que a 
membrana plasmática do sulco de clivagem se estreita para formar o corpo mediano, que funciona 
como uma corrente entre as duas células-filhas e contém os restos do fuso central, uma grande 
estrutura proteica derivada dos microtúbulos interpolares antiparalelos da zona média do fuso, 
firmemente empacotadas em conjunto dentro de um material denso de matriz. Após as células-
filhas se separarem completamente, alguns dos componentes do corpo mediano residual 
geralmente permanecem do lado interno da membrana plasmática de cada célula, onde podem 
servir de ponto de referência no córtex e ajudar a orientar o fuso na divisão celular subsequente. 
Portando, pode-se considerar que a citocinese ocorre em quatro estágios: iniciação, 
contração, inserção de membrana e conclusão. 
Obs: apesar de a maioria das vezes a citocinese suceder a mitose, alguns hepatócitos e 
algumas células musculares cardíacas sofrem mitoses sem citocinese e, com isso, adquirem 
múltiplos núcleos. 
 
 
 
 
 
 
	Mitose e Citocinese