3 Ciclo Celular Replicação

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Ciclo Celular – Resumo 
1. Introdução: Ciclo Celular é o conjunto de fases que uma célula passa com o intuito de 
duplicar-se, dando origem a duas células novas. Em células eucarióticas, o ciclo celular 
é dividido em 3 fases principais, são elas: Interfase, na qual ocorre crescimento da 
célula e preparo para a divisão propriamente dita; Fase mitótica (Fase M), na qual 
ocorrerá a separação dos cromossomos da célula-mãe; e Citocinese, na qual ocorrerá 
o rompimento das membranas plasmáticas e a finalização do processo de divisão, 
dando origem a duas células-filhas. Essas fases são de suma importância para o 
funcionamento da célula, erros nesses processos podem acarretar na morte celular ou 
até no desenvolvimento de células tumorais. 
 
2. Tempo de duração: A duração do ciclo celular varia muito de um tipo celular para o 
outro. Uma levedura unicelular pode dividir-se a cada duas horas em condições ideais, 
e uma célula hepática de mamíferos se divide, em média, menos do que uma vez por 
ano. 
 
 
3. Interfase: A Interfase é a fase mais longa do ciclo celular. Nessa fase, a célula consegue 
nutrientes, cresce e duplica suas moléculas de DNA. Assim, prepara-se para a divisão 
celular. A interfase divide-se em três fases: 
 
a. Fase G1: A primeira etapa da Interfase é marcada pela intensa síntese de 
enzimas, de RNA e no "estocamento" de proteínas compensando sua síntese 
descontinuada durante as etapas da Fase Mitótica. Consequentemente ocorre 
o crescimento celular. Esta fase é importante, pois atua como controlador da 
decisão de continuar proliferando ou retirar-se do ciclo e entrar em G0. 
 
 Checkpoint: No ponto de checagem G1 a célula checa se as condições 
internas e externas são favoráveis para a divisão. Aqui estão alguns 
dos fatores que uma célula pode avaliar: 
 
1. Tamanho: A célula tem tamanho suficiente para se dividir? 
2. Nutrientes: A célula possui reserva de energia suficiente e/ou 
nutrientes disponíveis para se dividir? 
3. Sinais moleculares: A célula está recebendo sinais positivos 
(como fatores de crescimento) das suas vizinhas? 
4. Integridade do DNA: Há algum DNA danificado? 
 
Esses não são os únicos fatores que podem afetar a progressão através 
do ponto de checagem G1 e quais fatores são mais importantes 
dependem do tipo da célula. Por exemplo, algumas células também 
precisam de sinais mecânicos (tais como estarem anexadas a uma 
rede de suporte chamada matriz extracelular) para se dividir. 
Se uma célula não obtém os sinais para seguir em frente que ela 
precisa no ponto de checagem G1 pode sair do ciclo celular e entrar em 
um estado de repouso chamado fase G0. Algumas células permanecem 
em G0, enquanto outras voltam à divisão se as condições melhorarem. 
 
 Ponto de restrição (R): Transposto apenas quando as ciclinas de G1 se 
acumulam até uma quantidade crítica, permitindo a célula transpor R 
e iniciar S. Caso a célula não atinja níveis satisfatórios de ciclinas, ela 
entra em G0. 
 
 G0: É um estado quiescente no qual as células adultas maduras podem 
ficar por tempo indeterminado. Nesse estágio, as células permanecem 
metabolicamente ativas, mas não se dividem, ou então, se dividem 
apenas quando estimuladas por sinais extracelulares, com a finalidade 
de renovação tecidual após morte ou lesão celular (hepatócitos, por 
exemplo, que entram em G0, mas após dano ao órgão podem voltar a 
G1 e continuar o ciclo celular). 
 
b. Fase S: Atividade metabólica menos intensa que G1, síntese de histonas e 
inicio da síntese de DNA. Não há retorno após o inicio desta fase. 
 
c. Fase G2: A terceira etapa da Interfase é marcada pela intensa síntese de 
proteínas relacionadas a divisão celular e a síntese de RNAs e a síntese geral 
de proteínas iniciadas em G1. Também ocorrem preparativos para a mitose. 
 
 Checkpoint: Para certificar-se de que a divisão celular ocorra bem 
(para que produza células filhas saudáveis com DNA completo e sem 
danos), a célula possui um ponto de checagem adicional antes da fase 
M, chamado de ponto de checagem G2. Nesta fase, a célula irá checar: 
 
1. Integridade do DNA: Há algum DNA danificado? 
2. Replicação do DNA: O DNA foi completamente copiado 
durante a fase S? 
 
Se erros ou danos são detectados, a célula irá pausar no ponto de 
checagem G2 para permitir reparos. Se os mecanismos do ponto de 
checagem detectam problemas com o DNA, o ciclo celular é 
interrompido e a célula tenta completar a sua replicação de DNA ou 
reparar o DNA danificado. 
Se o dano é irreparável, a célula pode sofrer apoptose, ou morte 
celular programada. Este mecanismo de autodestruição assegura que 
o DNA danificado não é repassado para as células filhas e é importante 
para prevenir o câncer. 
 
4. Controle de Qualidade e Reguladores: O controle de qualidade da divisão celular e os 
reguladores do ciclo são basicamente uma complexa rede de proteínas regulatórias 
além dos sinais externos como, por exemplo, hormônios e fatores de crescimento. 
 
 Ciclinas: Estão entre os mais importantes reguladores do ciclo celular. 
As Ciclinas são um grupo de proteínas inter-relacionadas e existem 
quatro tipos básicos encontrados em seres humanos e na maior parte 
dos outros eucariontes: ciclinas G1, ciclinas G1/S, ciclinas S e ciclinas M. 
Como os nomes sugerem cada ciclina está associada a uma 
determinada fase, transição, ou conjunto de fases no ciclo celular e 
ajuda a conduzir os eventos dessa fase ou período. Por exemplo, a 
ciclina M promove os eventos da fase M, tais como a quebra do 
envelope nuclear e a condensação cromossômica. 
Os níveis das diferentes ciclinas variam consideravelmente em todo o 
ciclo celular, como mostrado abaixo. Uma ciclina típica está presente 
em níveis baixos na maior parte do ciclo, mas aumenta 
acentuadamente no estágio onde for necessária. Ciclina M, por 
exemplo, atinge um pico de forma acentuada na transição entre as 
fases G2 e M. As ciclinas G1 não seguem este padrão por serem 
necessárias na maior parte do ciclo celular. 
 
 
 
 Quinases dependentes de ciclina (Cdks): Para fazer com que o ciclo 
celular avance, uma ciclina deve ativar ou desativar muitas proteínas 
alvo dentro da célula. As ciclinas desencadeiam os eventos do ciclo 
celular associando-se a uma família de enzimas chamada quinases 
dependentes de ciclinas (Cdks). Uma Cdk sozinha fica inativa, mas a 
ligação com uma ciclina a ativa, tornando-a uma enzima funcional e 
permitindo que ela modifique proteínas alvo dentro da célula. 
Como isso funciona? Cdks são quinases, enzimas que fosforilam (ligam 
grupos fosfato) proteínas alvo específicas. O grupo fosfato ligado age 
como um interruptor, tornando a proteína mais ou menos ativa. 
Quando uma ciclina se liga a uma Cdk, isto tem dois efeitos 
importantes: ativa a Cdk como uma quinase, mas também direciona a 
Cdk para um conjunto específico de proteínas alvo, adequadas para o 
período do ciclo celular controlado pela ciclina. Por exemplo, Ciclinas 
G1/S enviam Cdks para alvos da fase S (promovendo, por exemplo, a 
replicação do DNA), enquanto ciclinas M enviam Cdks para alvos da 
fase M (fazendo a membrana nuclear se romper). 
 
 
 
Em geral, os níveis de Cdk permanecem relativamente constantes por 
todo o ciclo celular, mas a atividade das Cdk e as proteínas-alvo 
mudam à medida que os níveis das várias ciclinas aumentam e 
diminuem. Além de precisar de uma parceira ciclina, as Cdks também 
devem ser fosforiladas em um local específico para serem ativadas e 
também podem ser reguladas negativamente pela fosforilação de 
outros locais. 
 
5. Síntese de DNA: Durante a fase S as célulasprecisam copiar seu DNA rapidamente e 
com poucos erros. Para isso, utilizam uma variedade de enzimas e proteínas que 
trabalham juntas para garantir que a replicação do DNA seja eficiente e precisa. 
 
a. Como ocorre: Durante a interfase, as fitas de DNA são duplicadas. Este 
processo se inicia quando a Helicase abre a fita de DNA, nos pontos de origem, 
formando uma forquilha de replicação. Nesse momento, haverá duas fitas 
parentais, uma que será chamada continua e outra que será chamada 
descontinua. Como estas fitas possuem afinidade uma pela outra, proteínas 
chamadas SSB (Single Strand Bind Protein) resolvem este problema, mantem a 
fita aberta após sua ligação. Na fita continua logo após a síntese do primer 
pela DNA primase, a DNA Polimerase irá se ligar e realizará a polimerização do 
DNA complemente no sentido 5’ para 3’. A fita descontinua tem esse nome 
porque sua síntese demanda mais de um primer de RNA, entre os quais são 
sintetizados fragmentos de DNA chamamos fragmentos de Okasaki. Para 
formar uma fita continua, os primers tem que ser removidos, tarefa esta que 
fica a cargo de uma enzima especifica, após isto, um novo tipo de DNA 
polimerase irá polimerizar o DNA faltante e a DNA ligase irá ligar os 
fragmentos de Okasaki aos novos filamentos de DNA. 
 
b. Pontos principais: 
 
 A replicação do DNA é semiconservativa. Cada fita na dupla hélice atua 
como modelo para a síntese de uma nova fita complementar. 
 
 O novo DNA é feito por enzimas denominadas DNA polimerases, que 
necessitam de um molde e um primer (iniciador) e sintetizam DNA na 
direção 5' para 3'. 
 
 Durante a replicação do DNA, uma nova fita (fita líder) é feita como 
uma peça contínua. A outra (fita tardia) é feita em pequenas partes 
(fragmentos de Okasaki). 
 
 A replicação do DNA requer outras enzimas além da DNA polimerase, 
incluindo DNA primase, DNA helicase, DNA ligase, e topoisomerase. 
 
 A replicação é originada em várias origens, então as células possuem 
muitas unidades de replicação ou replicons. Famílias de replicons 
semelhantes iniciam a síntese simultaneamente e famílias diferentes 
iniciam em tempos diferentes. Cada replicon replica uma única vez na 
fase S. 
 
 A replicação é assincrônica, ou seja, regiões específicas do material 
genético começam e terminam suas duplicações em momentos 
definidos da fase S. A eucromatina começa a replicar primeiro, 
enquanto que a heterocromatina é a última a replicar no final da fase 
S (replicação tardia). 
 
 A replicação é bidirecional, pois após seu inicio ela se propaga para os 
dois lados da fita de DNA até encontrar o replicon vizinho. 
 
c. DNA Polimerase: Uma das moléculas chave na replicação do DNA é a enzima 
DNA polimerase. DNA polimerases são responsáveis pela síntese do DNA: elas 
adicionam nucleotídeos, um por um, à fita crescente de DNA, incorporando 
somente aqueles que são complementares à fita molde. São características da 
DNA Polimerase: 
 
 Sempre precisam de uma fita molde; 
 Adicionam nucleotídeos somente na terminação 3' de uma fita de 
DNA; 
 Não conseguem dar início à formação de uma cadeia de DNA; 
requerem uma cadeia pré-existente ou uma pequena sequência de 
nucleotídeos chamada de primer. 
 Elas revisam (ou conferem) seu trabalho, removendo a maior parte 
dos nucleotídeos erroneamente adicionados à cadeia. 
 
A adição de nucleotídeos requer energia. Essa energia vem dos próprios 
nucleotídeos, que possuem três fosfatos ligados à sua estrutura (bastante 
semelhante à molécula de ATP). Quando a ligação entre os fosfatos é 
quebrada, a energia liberada é usada para formar uma nova ligação entre o 
novo nucleotídeo e a cadeia crescente. 
 
d. Helicase: A helicase é uma enzima que promove a abertura da hélice de DNA, 
separando-o em duas fitas simples para que possa sofrer replicação. A helicase 
quebra as ligações de hidrogénio entre as bases nitrogenadas (purinas ou 
pirimidinas) de ambas as cadeias de DNA, fazendo com que estas se separem. 
Esta enzima move-se ao longo da cadeia dupla de DNA utilizando energia da 
hidrólise de ATP para separar as duas cadeias da molécula. 
Ao funcionarem durante o processo de replicação do DNA, as helicases 
recebem "ajuda" da enzima DNA-girase (ou topoisomerase), que desenrola a 
cadeia, diminuindo a tensão à medida que as helicases avançam, facilitando 
assim o seu trabalho. Depois de aberta, a dupla cadeia de DNA não se volta a 
ligar devido à ação das proteínas ligadoras de fita simples (proteínas SSB), que 
mantêm a cadeia aberta, impedindo o anelamento da dupla fita de DNA, para 
poder ser replicada. 
 
e. DNA topoisomerases: À medida que a fita se desenrola há um 
superenrolamento do DNA à frente da forquilha. As topoisomerases, dentre as 
quais as DNA girase, introduzem quebras seguidas de reuniões das ligações no 
DNA. 
 
f. RNA polimerase (primase): Para iniciar a síntese é necessário um primer 
(sequências de RNA). Os primers dos fragmentos de Okasaki são sintetizados 
pelas RNA primases.