avaliação mitose resolvida

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Universidade José do Rosário 
Vellano
 – UNIFENAS
Disciplina de Genética Geral – Avaliação Individual
Data de entrega: 25/11/2015 até as 17h
Nome: _______________________________________________________________________
Descreva os principais estágios da Fase M (Mitose e Citocinese).
Prófase: Os cromossomos replicados, cada um consistindo em duas cromátides-irmãs intimamente associadas, se condensam. Fora do núcleo, o fuso mitótico se forma entre os dois centrossomos, que se replicaram e se distanciaram.
Prometáfase: Começa abruptamente com a desintegração do envelope nuclear. Os cromossomos podem agora se ligar aos microtúbulos do fuso via seus cinetócoros e são submetidos a movimentos ativos.
Metáfase: Os cromossomos são alinhados no equador do fuso, a meio caminho entre os polos do fuso. Os microtúbulos do cinetócoro ligam as cromátides-irmãs a polos opostos do fuso.
Anáfase: as cromátides-irmãs, se separam sincronicamente e formam dois cromossomos-filhos, sendo cada um deles lentamente puxado em direção ao pólo do fuso ao qual está ligado. Os microtúbulos do cinetocoro ficam mais curtos, e os polos do fuso também se distanciam; ambos os processos contribuem à segregação dos cromossomos.
Telofáse: os dois conjuntos de 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 e marcando o fim da mitose. A divisão do citoplasma começa com a contração do anel contrátil.
Citocinese: o citoplasma é dividido em dois por um anel contrátil de filamentos de actina e miosina, que comprime a célula em duas e dá origem a duas células-filhas, cada uma com um núcleo. 
Explique os processos de ativação e retroalimentação da M-Ciclina-Cdk, indicando a fase do ciclo celular.
A ativação da M-Cdk começa com o acúmulo de M-ciclina, a sua síntese aumenta durante G2 e M, devido principalmente ao aumento da transcrição do gene M-ciclina. O aumento da proteína M-ciclina leva a um correspondente acúmulo da M-cdk à medida que a célula se aproxima da mitose. No momento em que a célula chega no fim de G2, ela contém um estoque abundante de M-Cdk, que está preparada e pronta para agir, mas está suprimida por fosfatos que bloqueiam o sítio ativo da cinase. A proteína fosfatase Cdc25 é ativada e remove os fosfatos inibidores que restringem a M-Cdk. Ao mesmo tempo, a atividade inibidora da cinase Wee1 é suprimida, assegurando ainda mais que a atividade da M-Cdk aumente. Há a possibilidade que as S-Cdks que estão ativas em G2 e no início da prófase estimulem a Cdc25.
A Cdc25 também pode ser ativada, ao menos em parte, pelo seu alvo, a M-Cdk. A M-Cdk também pode inibir a cinase inibidora Wee1. A capacidade da M-Cdk de ativar seu próprio ativador (Cdc25) e inibir seu próprio inibidor (Wee1) sugere que a atividade da M-Cdk na mitose envolve circuitos de retroalimentação positiva. A ativação parcial da Cdc25 (talvez pela S-Cdk) leva a ativação parcial de uma subpopulação de complexos de M-Cdk, que então fosforilam mais moléculas de Cdc25 e Wee1. Isso leva a uma maior ativação da M-Cdk, e assim por diante.
Caracterize o fuso mitotico e seus processos de regulacao durante o ciclo celular.
A segregação dos cromossomos depende de uma máquina complexa e bela denominada fuso mitótico. 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 empacotados em dois núcleos-filhos. O núcleo do fuso mitótico é um arronjo bipolar de microtúbulos, no qual as extremidades menos (-) estão orientadas aos dois polos do fuso, e as extremidades mais (+) se irradiam para fora dos polos. As extremidades mais (+) de alguns microtúbulos – chamadas interpolares – interagem com as extremidades mais (+) de microtúbulos do outro polo, resultando em um rearranjo antiparalelo na zona intermediária do fuso. As extremidades mais (+) 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 cortéx da célula, ajudando no posicionamento do fuso da célula. Cada polo do fuso é orientado em uma organela proteica denominada centrossomo. Cada centrossomo consiste em uma nuvem de material amorfo que cerca um par de centríolos. Contém o complexo am anel de y-tubulina, um componente responsável pela nucleação de microtúbulos.
A montagem e a função do fuso mitótico dependem de um grande número de proteínas motoras dependentes de microtúbulos. As proteínas cinesina-5 contêm dois domínios motores que interagem com as extremidades mais (+) de microtúbulos antiparalelos na zona média do fuso. Como os dois domínios motores se movem em direção as extremidades mais (+) dos microtúbulos, eles fazem com que os dois microtúbulos antiparalelos, ao passarem um sobre o outro, deslizem em direção aos fusos mitóticos, forçando o afastamentos dos polos. As proteínas cinesina-14, por outro lado, são motores orientados para a extremidade menos (-) com um único domínio motor e outros domínios que podem 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. As proteínas cinesica-4 e cinesica-10, também chamadas de cromocinesinas, são motores orientados para a extremidade mais (+) que se associam aos braços cromossômicos e afastam o cromossomo ligado do polo. Por fim, as dineínas são motores orientados para a extremidade menos (-) que, juntamente com proteínas associadas, organizam os microtúbulos em vários locais celulares. Elas ligam as extremidades mais (+) de microtúbulos astrais a componentes do citoesqueleto de actina no cortéx celular, puxam o fuso mitótico em direção ao cortéz celular e se afastam um do outro.
A duplicação do centrossomo começa mais ou menos ao mesmo tempo em que a célula entra na fase S. O G1/S-Cdk que aciona a entrada no ciclo celular também inicia a duplicação do centrossomo. Os dois centríolos do centrossomo se separam, e cada um nucleia a formação de um único centríolo novo, resultando em dois pares de centríolos. 
No começo da mitose, o aumento repentino da atividade de M-Cdk inicia a montagem do fuso. Múltiplas proteínas motoras conduzem a separação dos centrossomos no ínicio da mitose. Na prófase, as proteínas motoras de dineína orientadas para a extremidade menos (-) nas extremidades mais (+) dos microtúbulos astrais propiciam a principal força. Esses motores estão ancorados no cortéx celular ou no envelope nuclear, e seu movimento em direção à extremidade menos (-) do microtúbulo separa os centrossomos. Em seguida à desintegração do envelope nuclear no final da prófase, interações entre os microtúbulos centrossômicos e o cortéx celular permitem que feixes de actina-miosina no córtex separem os cromossomos ainda mais. Por fim, os motores de cinesina-5 fazem as ligações cruzadas nas extremidades sobrepostas e antiparalelas de microtúbulos interpolares e afastam os poslos entre si.
Explique a dinâmica do centrossomo durante o ciclo celular.
Os microtúbulos desse arranjo interfásico estão em um estado de instabilidade dinâmica, em que os microtúbulos individuais estão crescendo ou encolhendo e estocasticamente alternam entre os dois estados. A troca de crescimento a encolhimento é chamada de catástrofe e a troca de encolhimento a crescimento é denominada salvamento. Durante a prófase, e particularmente na prometáfase e na anáfase, a meia-vida dos microtúbulos diminui dramaticamente. Esse aumento na instabilidade dos microtúbulos, acoplado com o aumento da capacidade dos centrossomos de nuclear microtúbulos, resulta em arranjos notavelmente densos e dinâmicos de microtúbulos do fuso que sãoidealmente apropriados para captura de cromátides-irmãs. Duas classes de proteínas governam a dinâmica dos microtúbulos na mitose. Proteínas chamadas de fatores de catástrofe desestabilizam arranjos de microtúbulos ao aumentar a frequencia das catástrofes. As MAPs tem o efeito oposto, estabilizando microtúbulos de várias maneiras: elas podem aumentar a frequencia de salvamentos, ou elas podem tanto aumentar a taxa de crescimento como diminuir a taxa de encolhimento do microtúbulos. Assim, mudanças nos fatores de catástrofe e nas MAPs podem tornar os microtúbulos muitos mais dinâmicos na fase M, pelo aumento das taxas totais de despolimerização dos microtúbulos, pela diminuição das taxas totais de despolimerização dos microtúbulos, ou por ambos. 
Explique o processo de regulação que envolve a separação das cromátides-irmãs.
Os microtúbulos do fuso são ligados a cada cromátide-irmã no cinetócoro, uma gigantesca estrutura protéica, contrída sobre a heterocromatina que se forma na região centroméricado cromossomo. As extremidades mais (+) dos microtúbulos do cinetocoro estão diretamente encaixadas em sítios especializados de ligação a microtúbulos dentro do cinetocoro. Cada sítio de ligação contém um colar protéico que envolve o microtúbulo próximo à sua extremidade, de tal modo a segurar firmemente o microtúbulo ao cinetócoro. As dinâmicas extremidades mais (+) dos microtúbulos se irradiam para fora dos centrossomos e finalmente capturam o cinetócoro de uma cromátide-irmã. Ao mesmo tempo, os microtúbulos que crescem a partir do pólo oposto do fuso se ligam ao cinetócoro no lado oposto do cromossomo, formando uma junção bipolar. Ligações incorretas são corrigidas por um sistema de tentativa e erro que se baseia em um príncipio simples: ligações incorretas são altamente instáveis e não duram, ao passo que ligações corretas estão travas em seu devido lugar. Em seguida a sua ligação aos dois polos do fuso, os cromossomos são arrastados para trás e para frente, assumindo, finalmente, uma posição eqüidistante entre os dois polos do fuso, uma posição chamada de placa metafásica. Múltiplas forças movem os cromossomos no fuso, a primeira força principal puxa o cinetócoro em direção ao pólo do fuso, ela é produzida por proteínas do próprio cinetócoro. A segunda força em direção aos polos é proporcionada, em alguns tipos celulares, pelo fluxo de microtúbulos, de tal modo que os próprios microtúbulos são movidos em direção aos polos do fuso e desintegrados em duas extremidades menos (-). Uma terceira força que atua sobre os cromossomos é a força de ejeção polar. Os motores de cinesina-4 e 10 orientados para a extremidade mais (+) nos braços cromossômicos interagem com microtúbulos interpolares e transportam os cromossomos para longe dos polos do fuso. O APC/C direciona a proteína inibidora securina à destruição. A destruição da securina, no final da metáfase, libera a separase, que então fica livre para clivar uma das bubunidades de coesina. As coesinas perdem força, e as cromátides-irmãs se separam abruptamente e sincronicamente. Além da securina, o APC/C também direciona as S-ciclinas e as M-ciclinas à destruição, levando à perda da maioria da atividade das Cdks na anáfase. A inativação das Cdks permite que fosfatases desfosforilem muitos dos substratos-alvo de Cdks na célula, como requerido à conclusão da mitose e da citocinese.
Qual a relação da proteína Mad2 e o ponto de verificação da montagem do fuso.
O ponto de verificação da montagem do fuso, bloqueia a progressão à transição entre metáfase e anáfase. O mecanismo do ponto de verificação assegura que a célula não entre na anáfase até que todos os cromossomos estejam corretamente biorientados no fuso mitótico. Acredita-se que cinetócoros ligados de forma incorreta gerem, de algum modo, um dinal difusível que inibe a atividade do Cdc20-APC/C em toda a célula. A base molecular desse sinal, não está clara, embora várias proteínas, incluindo a Mad2, sejam recrutadas a cinetócoros não-ligados e sejam necessárias ao funcionamento do ponto de verificação da montagem do fuso. Uma possibilidade interessante, é que o cinetócoro não-ligado atue como uma enzima que catalisa uma mudança na conformação da Mad2, de forma que a Mad2 possa se ligar ao Cdc20-APC/C e inibi-lo.
Descreva o mecanismo de segregação cromossômica (anáfase A e B) e empacotamento dos cromossomos segregados em núcleos-filhos na telófase.
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 cinetócoro. 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.
O movimentos dos cromossomos na anáfase A depende de uma combinação das duas principais forças em direção aos polos. A primeira é a força gerada pela despolimerização dos microtúbulos no cinetócoro, que resulta na perda de subunidades de tubulina na extremidade mais (+) à medida que o cinetócoro se move em direção ao pólo. A segunda é propiciada pelo fluxo de microtúbulos, que é o movimento dos microtúbulos em direção ao pólo do fuso, onde ocorre a despolimerização da extremidade menos (-). A separação do pólo do fuso durante a anáfase B depende de mecanismos dirigidos por motores. As proteínas motoras coesina-5 orientadas para a extremidade mais (+) sobrepostas dos microtúbulos interolares, afastam os polos. Além disso, motores de dineína que ancoram as extremidades mais (+) dos microtúbulos astrais ao córtex da célula tracionam e distanciam os polos.
Na telofáse, o estágio final da mitose, os dois conjuntos de cromossomos são empacotados em um par de núcleos-filhos. O primeiro evento da telófase é a desmontagem do fuso mitótico, seguida pela reformação do envelope nuclear. Inicialmente, fragmentos da membrana nuclear se associam à superfície de cromossomos individuais. Esses fragmentos de membrana se fundem para envolver parcialmente grupos de cromossomos, e depois coalescem para formar novamente o envelope nuclear completo. Complexos de poros nucleares são incorporados ao envelope, a lâmina nuclear se forma novamente, e o envelope mais uma vez se torna contínuo com o retículo endoplasmático. Uma vez reformado o envelope nuclear, os complexos de poros bombeiam proteínas nucleares para o interior, o núcleo se expande, e os cromossomos mitóticos condensados são reorganizados em seu estado interfásico, possibilitando a retomada da transcrição gênica. Um novo núcleo foi criado, e a mitose está completa. Tudo o que resta à célula é concluir sua divisão em duas. 
Explique o evento da citocinese. Qual o papel da actina, miosina e proteína RhoA durante esse evento?
O passo final do ciclo celular é a citocinese, a divisão do citoplasma. A primeira mudança visível da citocinese em uma célula animal é o aparecimento repentino de uma prega, ou sulco de clivagem, na superfície celular. O sulco rapidamente se torna mais profundo e se espalha ao redor da célula, até dividir completamente a célula em duas. Em células animais e em muitos eucariotos unicelulares, 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,o anel se monta logo abaixo da membrana plasmática. O anel gradativamente se contrai, e, ao mesmo tempo, a fusão de vesículas intracelulares com a membrana plasmática insere novo material de membrana adjacente ao anel. Essa adição de membrana compensa o aumento da área de superfície que acompanha a divisão citoplasmática. Quando a contração do anel é concluída, a inserção e a fusão da membrana selam a brecha entre as células-filhas. 
A actina e a miosina-II do anel contrátil geram força para a citocinese. Quando as células entram na mitose, esses arranjosde actina e miosina se desestruturam; a maior parte da actina se reorganiza, e os filamentos de miosina são liberados. Quando as cromátide-irmãs se separam da anáfase, a actina e a miosina II começam a se acumular no anel contrátil que está sendo rapidamente montado. A montagem do anel contrátil é em parte resultante da formação local de novos filamentos de actina. Após a anáfase, os arranjos sobrepostos de filamentos de actina e miosina II se contraem para gerar a força que divide o citoplasma em dois.
A RhoA, uma pequena GTPase controla a montagem e o funcionamento do anel contrátil no sítio de clivagem. A RhoA é ativada no córtex celular no futuro sítio de divisão, onde promove a formação de filmentos de actina, a montagem de miosina II e a contração do anel. Ela promove a formação de filamentos de actina pela ativação de forminas, e promove a montagem e as contrações da miosina II pela ativação de múltiplas proteínas-cinases. 
Como os microtúbulos do fuso anafásico potencialmente desencadeiam sinais que influenciam o posicionamento do anel contrátil? 
Três mecanismo têm sido propostos sobre como o fuso mitótico especifica o sítio de divisão. O primeiro é designado modelo de estimulação astral, que postula que os microtúbulos astrais transportam sinais indutores do sulco ao córtex celular, onde eles são de alguma maneira orientados em um anel a meio caminho entre os polos do fuso. Uma segunda possibilidade, chamada de modelo de estimulação do fuso central, é que a zona média do fuso, ou fuso central, gera um sinal indutor do sulco que especifica o sítio de formação do sulco no córtex celular. Um terceiro modelo porpões que, em alguns tipos celulares, os microtúbulos astrais promovem relaxamento local de feixes de actina-miosina no córtex celular.
A fase G1 favorece um estado estável para a inativação das Cdks. Explique.
Um evento regulador-chave no final da fase M é a inativação das Cdks, que é primariamente conduzido pela destruição de ciclinas dependentes do APC/C. Células empregam vários mecanismos para impedir a reativação das Cdks em G1. Um mecanismo usa proteína ativadora de APC/C, denominada Cdh1. O complexo do Cdh1-APC/C é inibido pela M-Cdk por fosforilação direta de Cdh1. Portanto, a destruição da M-ciclina continua após a mitose. Um segundo mecanismo, depende do aumento da produção de CKIs, resultando no decréscimo na atividade de M-Cdk e essa CKI ajuda a manter a atividade de M-Cdk baixa após a mitose. O decréscimo da transcrição dos genes M-ciclina também inativa as M-Cdks no final da mitose. Proteínas reguladoras gênicas que promovem a expressão de G1/s-ciclinas e S-ciclinas também são inibidas durante G1. Assim a ativação do Cdh1-APC/C, o acúmulo de CKIs e a diminuição da expressão dos genes de ciclinas atuam em conjunto para garantir que o início da fase G1 seja um período em que essencialmente toda a atividade das Cdks está suprimida.