10 CONTROLE DO CICLO CELULAR, MITOSE E MEIOSE

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CONTROLE DO
CICLO CELULAR,
MITOSE E MEIOSE
“Onde surge uma célula, existia uma célula
anteriormente, assim como animais só podem surgir
de animais, e as planta, de plantas.”
Rudolf Virchow, 1858
... Continuidade ...
As células se reproduzem pela duplicação do seu conteúdo e pela divisão
em duas novas células, um processo chamado de ciclo de divisão celular
ou ciclo celular.
CICLO CELULAR EUCARIÓTICO
Duplicar consiste em crescer e se
dividir,
Assim como:
- material genético
- moléculas
- organélas
CICLO CELULAR
Interfase
• A divisão ocorre em quatro fases. O período entre o final da interfase e o
começo da seguinte, compreende a fase M que é composta por dois
processos, mitose (divisão do núcleo) e citocinese (divisão do
citoplasma).
- duplicação do 
conteúdo celular
- preparação para 
FASE S
preparação para FASE M
Interfase
Período entre o final de uma divisão e o começo da seguinte, o material
genético do núcleo das células encontra-se disperso e ativo,
constituindo a cromatina. Este período compreende três fases: G1, S e
G2.
Fase G1: caracteriza-se por uma intensa síntese de mRNA e proteínas.
Nesta fase ocorre o crescimento geral e preparação para a replicação
do DNA; e a reconstituição do citoplasma das células filhas recém-
formadas após uma divisão mitótica.
Fase S: ocorre a duplicação do conteúdo de DNA da célula,
paralelamente á síntese das proteínas histônicas, com as quais o DNA
se complexa (Cromatina).
Fase G2: nesta fase, ocorre a síntese de RNA e proteínas essenciais para
que a mitose tenha início. As proteínas sintetizadas em G2 são,
possivelmente, aquelas envolvidas na divisão celular propriamente
dita.
Gráfico do ciclo celular com período G0. Se, ao atingir determinado ponto da fase G1,
denominado “ponto de restrição”, a célula não encontrar os fatores necessários para
ingressar na fase S, ela entra em uma fase denominada G0, em que seu metabolismo
continua normalmente, mas sua divisão é bloqueada  A células está quiescente. Ou
a células sofreu diferenciação celular para um tecido específico.
A freqüência das divisões
celulares varia com o tipo
e o estado fisiológico de
cada célula. Por exemplo,
células de nosso duodeno
dividem-se a cada 24
horas, enquanto células
de nosso esôfago dividem-
se semanalmente. As
células nervosas e
musculares esqueléticas
adultas diferenciadas
nunca se dividem, apenas
as precursoras. Células
como as do fígado, dos
rins e dos pulmões só
voltam a se dividir para
reconstituir partes lesadas.
Pontos de Checagem
Fator de sobrevivência
Fatores de crescimento
Mitógenos
O sistema de controle do ciclo celular pode interromper o ciclo em vários pontos de
checagem. A “frenagem” do ciclo é controlada por proteínas inibidoras de CdK
Ponto de checagem de G1 requer: além do acúmulo de ciclina G1, a presença de
mitógenos (provindos de outras células). Caso contrario  G0.
Passado por esse ponto de verificação na fase G1, a célula se compromete a
completar todo o ciclo celular.
Três pontos importantes de
checagem ocorrem em G1 e G2. O
ponto de checagem em G1 permite
que a célula confirme que o meio é
favorável para proliferação celular e
o seu DNA esteja intacto antes de
passar para a fase S. A proliferação
celular depende dos nutrientes e de
moléculas de sinalização
específicas no meio extracelular; se
as condições extracelulares são
desfavoráveis, as células podem
atrasar o progresso por G1 e podem
até mesmo encontrar um estado
especializado de repouso conhecido
como G0 (G zero). O ponto de
checagem em G2 assegura que as
células não entrem em mitose até
que o DNA danificado seja
reparado e a replicação de DNA
esteja completa. A terceira
checagem ocorre na fase M e
verifica se os cromossomos estão
ligados corretamente aos fusos
mitóticos.
Os processos não podem se
sobrepor.
Eventuais atrasos devem ser
respeitados
A sequência é mantida por um
mecanismo de retroalimentação
entre os fenomenos de duplicação e
preparação e moléculas de controle.
Em G1 o ponto de controle é
regulado por sinais provindo de
outras células.
A progressão pelo ciclo celular depende de proteino-cinases
dependentes de ciclinas (Cdks). A atividade das Cdks é regulada pela
presença e degradação das ciclinas
As principais ciclinas e Cdks de vertebrados. 
Cdk1
Atividade da M-Cdk
Cdk1+ciclina B
concentração
ciclina B
Cdks distintas se associam com diferentes ciclinas para acionar os diferentes
eventos do ciclo celular.
G1-ciclina
Vai finalizar o ciclo
Mecanismo de verificação em G1 – p53 e p21
O dano no DNA interrompe o ciclo celular em G1
Impede a entrada em S e a replicação.
O que ocorre, mediante dano 
de DNA, é o acumulo de p53
a um nível que ela ativa a 
transcrição de p21 para inibir 
as G1/S-Cdk e S-Cdk. 
Caso ocorra reparo, a fase S, 
G2 e M dão continuidade á 
divisão celular.
Caso não, a célula seguirá 
para a apoptose.
S-Cdk aciona a replicação do DNA e assegura que a replicação de DNA seja
iniciada apenas uma vez por ciclo.
A concentração de Cdc6 aumenta transientemente no inicio de G1; ao se ligar no
ORC em G1, promove a ligação de proteínas adicionais formando o complexo pré-
replicativo; e aguarda o sinal de S-Cdk na entrada da fase S.
Após início da replicação, S-Cdk
fosforila Cdc6, que, junto com
outras proteínas, se dessociam
do ORC; e que Cdc6 seja
sinalizado para a degradação.
Em seguida M-Cdk garante
que Cdc6 esteja degradada.
Uma vez iniciado, o ORC realiza
a replicação sozinho – Cdc6
degradado garante que a
replicação não inicie novamente.
Para que M-Cdk seja ativa ela deve ser fosforilada em alguns sítios e
desfosforilada em outros. A M-Cdk ativa indiretamente mais Cdk.
Todo o ciclo é dependente de
fosforilação (cinases) e desfoforilação
(fosfatase)
A M-Cdk é muito importante por ser um
único complexo capaz de organizar a
condensação dos cromossomos,
segregá-los e dividir as células em
duas.
Todas as ciclinas-Cdks funcionam da mesma
forma. Todas são formadas e pré ativadas
por fosforilação.
Além da fosforilação em um sítio da Cdk,
tem que haver a desfosforilação do sítio
inibidor.
M-Cdk ativado leva a ativação de Cdc25 que
ativa M-Cdk e vice-versa.
Mitose
6 Momentos:
- prófase
- pró-metáfase
- metáfase
- anáfase
- telófase
- citocinese
Citoesqueleto
- Tubulinas: formação de fusos mitóticos
- Actina: anel contrátil na citocinese
As coesinas mantêm unidas as duas cromátides-irmã adjacentes. As condensinas
enrolam moléculas de DNA no processo de condensação dos cromossomos.
Juntas, as coesinas e condensinas auxiliam na redução dos cromossomos mitóticos
a pequenas estruturas condensadas que podem ser facilmente segregadas durante
a mitose.
A APC ativa a separação das cromátides-irmãs, promovendo a destruição
das coesinas. A APC marca a securina por ubiquitilação.
A APC também marca M-Cdk, inativando-a – auxiliando 
o início da saída da mitose
Vai finalizar o ciclo
Representação esquemática dos cromossomos na placa metafásica. 
Ocorre o monitoramento de 
proteínas do controle do ciclo 
celular. A tensão entre os 
cinetocoros irmãos sinaliza 
que eles estão prontos para 
serem rompidos. Esse 
fenômeno gera um outro 
ponto de checagem –
garantia de que as 
informações serão 
segregadas corretamente
Microtúbulos
interpolares
ou aos 
cinetócoros
astrais
Dois processos separam as cromátides-irmã na anáfase. (A) Os
cromossomos-filhos são puxados para os polos opostos à medida que os
microtúbulosdo cinetócoro despolimerizam. (B) O deslizamento do
microtúbulos interpolares (1) e forças exercidas pelos microtúbulos astrais
(2). Acredita-se que todas essas forças dependem de proteínas motoras
associadas aos microtúbulos.
Representação esquemática do encurtamento dos microtúbulos que
faz os cromossomos serem puxados para os pólos. Está representado
apenas um microtúbulo, com a ampliação muito maior que a do
cromossomo.
Inicia na anáfase e só 
finaliza se os núcleos 
estiverem formados
O envelope nuclear é dissociado e reunido durante a mitose. 
Representação esquemática
da relação entre DNA e
cromossomos nas diversas
fases do ciclo celular. Em
G1, cada cromossomo
contém apenas uma
molécula de DNA; em S
ocorre a duplicação do DNA;
em G2, o cromossomo está
constituído por duas
cromátides-irmãs, cada uma
contendo uma molécula de
DNA; as cromátides
separam-se na mitose (M).
Observe também o gráfico
da variação da quantidade
de DNA em uma célula
durante o ciclo celular.
2n
4n
MEIOSE
• A meiose é um tipo especial de divisão celular em que o óvulo e o
espermatozóide (gametas haplóides) são feitos. Duas divisões nucleares
sucessivas com apenas um ciclo de replicação do DNA gera quatro células
filhas haplóides (n) a partir de uma célula diplóide (2n). (Do grego, meiosis,
diminuição).
• Fases da meiose: Tanto a meiose I como a meiose II são divididas em
quatro fases, nas quais ocorrem eventos semelhantes aos da mitose, as
fase das meioses I e II recebem os mesmos nomes. A meiose I é dividida
em prófase I, metáfase I, anáfase I e telófase I. A meiose II é divida em
prófase II, metáfase II, anáfase II e telófase II.
1 duplicação: 2n  4n = 92 cromossomos
2 divisões : 4n  2n; 2n  n = 23 cromossomos
A meiose gera quatro células haplóides diferentes, ao passo que a mitose produz
duas células diplóides idênticas.
2n
4n
2n
2n
n n n n2n
2n
MEIOSE I:
Prófase I: a prófase I é longa e complexa e, por isso, dividida em cinco
subfases: leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese.
Leptóteno: lepto - aracnídeo; teno -
Relativo à tênue, tenacidade inicia a
condensação dos cromossomos. Eles
se tornam visíveis ao microscópio
óptico, como fios longos e finos,
pontilhados de grânulos, denominados
cromômeros, em que o grau de
condensação é maior.
Zigóteno: zygos, “unido dois a dois” 
os cromossomos homólogos se
colocam lado a lado com a formação do
complexo sinaptonêmico (coesinas),
uma elaborada estrutura constituída por
diversas proteínas.
Paquíteno: pakhys, “espesso”  os
cromossomos estão mais condensados
e completamente emparelhados, cada
par de cromossomos homólogos
formam um conjunto denominado
bivalente, ou tétrade. Nesta fase ocorre
a recombinação genética, ou
crossing-over, provavelmente pela
ação de nódulos de recombinação.
Bivalentes com quatro cromátides
Diplóteno: diplos, “dois, duplo”
eventos de recombinação criam
quiasmas entre cromátides não-irmãs. A
combinação do quiasma e de uma forte
associação das cromátides-irmã entre
elas, mediada por proteínas coesinas,
mantém unidos os dois homólogos
duplicados. Inicio da separação dos
cromossomos
Diacinese: dia, “através”; kinesis, “movimento”  os cromossomos continuam o
seu movimento de separação iniciado no diplóteno. Eles permanecem unidos
apenas pelos quiasmas, com deslocamento dos quiamas para a extremidade do
cromossomo, fenômeno conhecido como terminalização dos quiasmas.
Metáfase I  na mitose (A) os cromossomos maternos (M) e paternos (P) se alinham
aleatoriamente na placa metafásica, ao passo que na meiose (B) os cromossomos
homólogos maternos e paternos formam pares antes de se alinharem na placa
metafásica. Há uma diferença fundamental entre a metáfase da meiose I e a
metáfase da mitose. Na metáfase da meiose I, cada cromossomo, com suas duas
cromátides, prende-se a microtúbulos provenientes de um dos pólos; o homólogo
prende-se a microtúbulos do pólo oposto. Na metáfase da mitose, cada cromossomo
prende-se a microtúbulos de ambos os pólos, de modo que as cromátides-irmãs
ficam unidas a pólos opostos.
Anáfase I  na anáfase I, cada cromossomo de uma par de homólogos, constituído
por duas cromátides unidas pelo centrômero, é puxado para um dos pólos das
células. Nessa fase as coesinas são degradadas e os quiasmas desaparecem.
Telófase I  na telófase I os cromossomos estão separados em dois lotes, um em
cada pólo da célula. O fuso mitótico se desfaz, os cromossomos se descondensam,
as membranas nucleares se reorganizam e os nucléolos reaparecem. Surgem,
assim, dois novos núcleos, cada um deles com metade do número de cromossomos
presente no núcleo original. Cada cromossomo, entretanto, ainda está constituído por
duas cromátides unidas pelo centrômero.
Citocinese I  geralmente, logo após a primeira divisão meiótica se completar,
ocorre a citocinese I, resultando na separação de duas células-filhas. Passa
brevemente pelo início da G1; não tem S; há duplicação dos centrossomos em
G2 (que também é curta); e logo inicia a meiose II.
2n2n
MEIOSE II:
A segunda divisão da meiose é muito semelhante à mitose. As duas células
resultantes da meiose I entram simultaneamente em prófase II, metáfase II,
anáfase II, telófase II e citocinese II, dando origem a quatro células
haplóides.
Prófase II Metáfase II
Anáfase II
Telófase II
n
nn
n
2n 2n
Morte Celular
Apoptose
As células de um organismo multicelular são membros de uma
comunidade altamente organizada. O número de células nessa
comunidade é fortemente regulado – não apenas pelo controle da
velocidade de divisão celular, mas também pelo controle de morte
celular. Se as células não são mais necessárias, elas cometem
suicídio pela ativação de um programa de morte intracelular – um
processo chamado morte celular programada  apoptose.
O processo de apoptose é extremamente importante no
desenvolvimento, homeostase, controle de neoplasias e nas funções
do sistema imunológico, além da remoção de células em excesso,
defeituosas, lesadas ou reativas.
Homeostase: a manutenção do número de células num tecido é feita
pelo controle dos mecanismos de proliferação (mitose) e de
apoptose.
Apoptose e o desenvolvimento embrionário
A morte de células elimina os tecidos do dedo de um camundongo em
desenvolvimento (A), como visto na pata mostrada um dia mais tarde
(B).
Apoptose durante a metamorfose de um girino em um sapo
Todas as alterações que ocorrem durante a metamorfose , incluindo a
indução da apoptose na cauda do girino, são estimuladas pelo
aumento do hormônio tireoidiano no sangue do anfíbio.
O processo de apoptose participa no controle da proliferação e
diferenciação celulares, fazendo com que uma célula estimulada a
se diferenciar possa ser eliminada após ter cumprido sua função,
sem causar transtorno para as demais células do tecido ou órgão.
Ex:
- Nas glândulas mamárias terminada a fase de lactação, as células
dos ácinos que proliferam e secretaram leite entram em
apoptose, restando às células dos ductos mamários. No caso a
cessação dos estímulos hormonais que mantinham a secreção do
leite desencadeia sinais para ativar o processo de apoptose.
- De forma semelhante, linfócitos que proliferam após estimulação
tendem a entrar em apoptose cessado o estímulo ou quando o
estímulo é inadequado.
A apoptose que ocorre em condições patológicas é desencadeada
por inúmeros agentes, como vírus, hipóxia, substâncias químicas,
agressão imunitária, radiações ionizantes etc.
Uma célula que sofre apoptose morre de modo limpo, sem danificar
assuas vizinhas. Uma célula em apoptose sofre contração e
condensação de suas estruturas. O citoesqueleto colapsa, o envelope
nuclear se desmonta, e o DNA do núcleo se quebra em fragmentos ao
mesmo tempo em que a membrana plasmática emite projeções e
forma brotamentos que contêm fragmentos do núcleo. Os filamentos
do citoesqueleto se alinham em forma paralela no citoplasma e o
retículo endoplasmático se dilata fusionando-se à membrana
plasmática. O brotamento termina com a fragmentação da célula em
múltiplos brotos, que passam a constituir os corpos apoptóticos, os
quais são endocitados por células vizinhas (macrófagos) ou
permanecem livres no interstício (pouco frequente). A retração do
citoplasma, que se torna mais denso, deve-se à eliminação de água e à
reorganização do citoesqueleto. A célula não sofre autólise
(destruição dos componentes celulares pelas suas próprias enzimas).
A célula se dissocia das vizinhas, sofre redução de tamanho e
formam-se protrusões, quase todas com fragmentos nucleares no seu
interior, que se desprendem sendo convertidas em frações celulares
chamadas “corpos apoptóticos”. As fosfatidilserinas das membranas
que envolvem os corpos apotóticos – previamente localizadas na
monocamada citosólica da membrana plasmática – se transladam
para a monocomada externa e são rapidamente reconhecidas e
fagocitadas por macrófagos. Essa célula engolfa a célula em
apoptose antes que ela derrame o seu conteúdo. Essa remoção rápida
da célula morrendo evita as consequências danosas da necrose
celular e também permite que os componentes orgânicos da célula
em apoptose sejam reciclados pela célula que a ingere. Os corpos
apoptóticos, mesmo se fagocitados por macrófagos, não induzem a
liberação de quimiocinas e citocinas pró-inflamatórias, como ocorre
com os restos do tecido necrótico.
- Desprendimento das células
vizinhas;
- enrugamento e condensação
das membranas
- colapso do citoesqueleto
- desmonte do envelope
nuclear
- Fragmentação do DNA
- fosfatidilserinas transloca
para a superfície externa da
membrana que serve como
sinal para as células
fagocíticas fagocitarem os
corpos apoptóticos
formados.
macrófagos
A maquinaria responsável pela apoptose envolve a família caspase
de proteases (proteínas que apresentam cisteína no seu sítio ativo).
As caspases são produzidas como precursores inativos chamados
de pró-caspases. As pró-caspases são normalmente ativadas por
clivagem proteolítica em resposta a sinais que induzem a apoptose.
As caspases ativadas clivam e assim ativam outros membros da
família das pró-caspases, resultando em uma cascata proteolítica
cada vez maior. Elas também clivam outras proteínas-chave na
célula. As caspases envolvidas na apoptose podem ser separadas
em caspases ativadoras (8, 9 e 10) e caspases efetoras (3, 6 e 7). As
caspases ativadoras fazem proteólise das caspases 3, 6 e 7, que, por
sua vez, ativam outras proteases que degradam diferentes
substratos da célula, incluindo DNA, lâminas nucleares e proteínas
do citoesqueleto, do que resultam as modificações morfológicas
mais importantes da apoptose.
Caspases
Embora a ativação de proteases seja induzida por rotas
diferentes, de acordo com o fator desencadeante, algumas são mais
frequentemente utilizadas:
(1) ativação direta de caspases;
(2) alterações de mitocôndrias que também resultam na ativação
de caspases;
(3) interferência com proteínas citosólicas reguladoras da
apoptose. Uma das caspases, por exemplo, cliva as proteínas
lamina, que formam a lâmina nuclear subjacente ao envelope
nuclear. Essa clivagem causa a quebra irreversível da lâmina
nuclear. Dessa forma, a célula se desmantela rapidamente e de
forma limpa, e seu cadáver é rapidamente capturado e digerido
por outra célula.
Caspases
Algumas caspases quebram inúmeras proteínas celulares como a
lamina da lâmina nuclear, DNA, proteínas do citoesqueleto ...
(1)ativação direta de caspases
As principais proteínas que regulam a ativação das pró-caspases
são membros da família das Bcl2 de proteínas intracelulares.
Alguns membros dessa família de proteínas promovem a ativação
da pró-caspase e da morte celular, e outras inibem esses
processos. Dois dos membros mais importantes da família
promotora da morte são as proteínas Bax e BaK. Essas proteínas
ativam as pró-caspases indiretamente, pela indução da liberação
do citocromo c a partir das mitocôndrias para o citosol. O
citocromo c promove a montagem de uma grande estrutura de
sete braços semelhante a um catavento que recruta moléculas de
pró-caspases específicas, formando um complexo protéico
chamado apoptossomo. As moléculas de caspases se tornam
ativadas dentro do apoptossomo, acionado uma cascata da
caspase que conduz à apoptose.
(2) ativação via mitocondrias
As células cancerosas têm mecanismos de reparo do DNA menos
eficientes. Assim, quando seu DNA é danificado pela radiação, desde
que o gene p53 esteja funcional, elas podem seguir a via da apoptose e
serem eliminadas. Isso explica porque as células cancerosas com o
gene p53 danificado são tão resistentes ao tratamento pela radioterapia,
enquanto as células cancerosas com p53 intacto são muito mais
sensíveis.
O DNA danificado pode desencadear a apoptose. Esta reação
normalmente necessita da p53, que pode ativar a transcrição dos genes
codificadores de proteínas que promovem a liberação do citocromo c
da mitocôndria no citoplasma. O citocromo c funciona como um co-
fator com uma proteína chamada (Apaf-1) para ativar uma enzima
chamada caspase-9, que inicia a via apoptótica
(2) ativação via mitocondrias
Apaf-1
A p53 ativa a
expressão dos
genes de Bax
ou Bak
Família Bcl2: Bcl2, Bad, Bax e Bak
(2) ativação via mitocondrias
O programa de morte intracelular também é regulado por sinais a partir de outras
células, que podem ou ativar ou suprimir o programa. A sobrevivência das células, a
divisão celular e o crescimento celular são todos regulados por sinais extracelulares,
que juntos ajudam os organismos multicelulares a controlar o número de células e o
tamanho das células.
Células animais requerem sinais extracelulares para sobreviver, crescer e dividir-se.
As proteínas-sinal que atuam positivamente podem ser classificadas, com base na
sua função, em três categorias principais:
1. Fatores de sobrevivência promovem a sobrevivência da célula pela supressão da
apoptose.
2. Fatores de crescimento estimulam o crescimento celular (um aumento no
tamanho da célula e na massa) pela promoção da síntese e pela inibição da
degradação das proteínas e de outras macromoléculas.
3. Mitógenos estimulam a divisão celular, principalmente pela superação dos
mecanismos de freio intracelulares que tendem a bloquear o avanço pelo ciclo
celular.
(3) ativação perturbação citosolica
Fator de Sobrevivência e de Crescimento
As células animais necessitam de fatores de sobrevivência para evitar a apoptose.
Fatores de sobrevivência normalmente atuam pela ligação à receptores da
superfície celular. Esses receptores ativados então ativam as vias de sinalização
intracelulares que mantêm o programa de morte reprimido, em geral pela regulação
dos membros da família Bcl2 de proteínas. Alguns fatores de sobrevivência, por
exemplo, aumentam a produção de Bcl2, uma proteína que suprime a apoptose.
Fator de 
crescimento
Fator de Sobrevivência e de Crescimento
As células, ao se dividirem, antes, necessitam crescer “corporalmente”.
Porém, várias células aumentam o tamanho após divisão e especialização.
Não depende só de nutrientes, precisa de sinalização de outras células.
Leva à sintese, acumulo e diminuição da degradação de macromoléculas.Temos fatores, como o PDGF, que têm papel duplo: divisão e crescimento.
Mitógeno
Ex:
PDGF – estimula crescimento
para cicatrização. São liberadas
por plaquetas após sua ligação
ao coágulo.
HGF – liberados por hepatócitos
para reconstituição do fígado.
Receptores Assoc. enzimas