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CICLO CELULAR E MITOSE

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8. CICLO CELULAR E MITOSE
Carlos Manuel Gaspar dos Reis
Biologia Celular
http://www.micro.utexas.edu/courses/levin/bio304/genetics/celldiv.html
• Características das diferentes 
fases do ciclo celular
• Descrição geral da mitose
• Fuso mitótico
• Cinetócoros, microtúbulos e 
movimento dos cromossomas
• Cariocinese e citocinese
• Controlo do ciclo celular
Sumário:
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Biologia Celular
Carlos Manuel Gaspar dos Reis
Um indivíduo adulto é formado por biliões de células (1013) todas 
elas derivadas do zigoto.
Mitose e multiplicação celular 
A vida média de um eritrócio é de apenas 120 dias.
Em cada segundo são produzidos 2,5 milhões de eritrócios!
As células passam por um ciclo que compreende dois períodos:
- Interfase 
- Divisão celular (mitose ou meiose)
Alguns tipos celulares diferenciados raramente se dividem. As 
células nervosas após o nascimento, nunca mais se dividem, 
permanecendo sempre em interfase.
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G0
G1 S
G2
M G1
4n
2n
D
N
A
Alterações no conteúdo de 
DNA durante as diferentes 
fases do ciclo celular
Representação 
esquemática do ciclo 
celular
Célula de mamífero em cultura 
(ciclo de 16 h):
G1: 5h 
S: 7 h
G2: 3 h
M: 1 h
Características das diferentes fases do ciclo celular
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Fases do ciclo celular:
G1: Crescimento e preparação para a replicação dos 
cromossomas
S: síntese de DNA (replicação)
G2: Preparação para a divisão mitótica
M: Mitose. Separação de cromatídeos e constituição de dois 
núcleos idênticos (cariocinese)
Interfase
Após a divisão nuclear (ou cariocinese), no final da mitose, ocorre 
a divisão do citoplasma (citocinese), resultando duas células 
idênticas à original.
Durante a mitose a síntese de RNA é interrompida.
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iii) Iniciar a diferenciação e maturação, saindo do ciclo de divisão. 
Células terminalmente diferenciadas. (Neurónios, células da 
musculatura esquelética e cardíaca).
ii) Entrar numa fase pós-mitótica prolongada (Fase G0), 
permanecendo num estado de quiescência. Podem reentrar mais 
tarde em ciclo no fim de G1, (ponto de restrição, R) se devidamente 
estimuladas. (Hepatócitos, fibroblastos da pele, células renais, 
células do músculo liso, células do pâncreas, do ovário, de pulmão,
endoteliais dos vasos sanguíneos, células da glândula adrenal, 
células ósseas).
i) Iniciar nova fase de síntese (Fase S) após uma fase pós-mitótica
de duração normal. (Células embrionárias, células do epitélio
intestinal, folículos capilares, sistema linfático, medula óssea).
Após a mitose, Fase G1, as células filhas podem:
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Estrutura do DNA e replicação
Fase S: replicação do DNA
ribose desoxirribose
desoxirribonucleótidoribonucleósido
Grupo 
fosfato
Base 
azotada
Os ácidos nucleicos são polímeros de nucleótidos
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• Os nucleótidos estão ligados entre si por ligações fosfodiester (5' -
3') formando cadeias.
• As bases azotadas estão no 
centro da molécula, 
desoxirribose e grupo fosfato 
no exterior.
• O DNA é constituído por duas 
cadeias de nucleótidos com 
polaridade e antiparalelas, 
enroladas em hélice.
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Biologia Celular e Molecular
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Biologia Celular e Molecular
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Duas longas cadeias polinucleotídicas enrolam-se em torno de um 
eixo central formando uma hélice dupla;
As duas cadeias são antiparalelas;
As bases azotadas de ambas as cadeias estão posicionadas 
perpendicularmente ao eixo, localizam-se no interior da hélice e distam 
entre si de 3,4 Å (0,34 ηm);
As bases azotadas de cadeias opostas estão ligadas por pontes de
hidrogénio: A=T e G≡C;
Cada volta completa da hélice é de 34 Å (3,4 ηm), envolvendo 10 
bases;
O diâmetro da hélice dupla é de 20 Å (2,0 ηm).
Estrutura do DNA
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Purinas: adenina (A) e guanina
(G); dois anéis
Pirimidinas: timina (T), citosina
(C); um anel
Fonte: Nicholl 2002
Ligação entre bases azotadas 
por complementaridade: A=T; 
C≡G.
A temperatura necessária (Tm) para se obter a 
desnaturação depende da proporção G/C
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Replicação do DNA
- A replicação é semi-conservativa
- Nas células eucariotas existem várias origens 
da replicação; nas células procariotas existe 
apenas uma origem de replicação.
- A replicação é bidireccional
- A replicação ocorre na direcção 5’ 3’
- A replicação é descontínua numa das cadeias.
- Na replicação estão envolvidas várias enzimas:
i) DNA helicase, ii) DNA polimerases, iii) SSBPs, 
iv) DNA topoisomerases, v) Primase (RNA 
polimerase), vi) DNA ligase.
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Mitose
Prófase
Prometáfase
Metáfase
Anáfase
Telófase
Descrição geral da mitose
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Estágios de condensação do DNA:
1.Formação de nucleossomas (Ø = 11
ηm), compactação 5 a 7 x;
2.Formação do solenóide (Ø = 30 ηm), 
compactação 40 x;
3.Formação de ansas (Ø = 300 ηm);
4.Formação de cromatídeos (Ø ≈ 700
ηm).
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Prófase
Condensação dos cromatídeos, formação do fuso mitótico 
(acromático) e desaparecimento dos nucléolos.
Prometáfase
Período curto em que o invólucro nuclear se desagrega e os 
cromossomas mais condensados ainda não se apresentam 
ordenados.
Os microtúbulos do fuso acromático são nucleados a partir dos 
centrossomas.
Os cromossomas estão ligados, através do cinetócoro, a fibras de 
microtúbulos (microtúbulos cinetocoriais). Outras fibras do fuso 
(microtublos polares) estendem-se para além do plano equatorial.
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Cinetócoros
Cada cinétocoro aparece em m.e. como uma estrutura trilaminar 
que contém um par de discos densos com cerca de 50 nm de 
diâmetro, cada um e uma zona intermédia mais clara de 25 nm de 
diâmetro.
Cada cromossoma possui dois cinetócoros. São estruturas 
proteícas aderentes ao centrómero (constrição primária) sendo o 
local de ligação dos microtúbulos cinetocoriais.
Nos cromossomas humanos foram identificadas cinco proteínas 
características dos cinetócoros:
Cenp - A, B, C, D e E (Centromere protein).
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Estrutura e localização do 
cinetócoro.
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Metáfase
Os cromossomas atingem a máxima condensação e alinham-se no 
plano equatorial da célula, formando a placa metafásica. As placas 
cinetocóricas ficam orientadas na direcção dos pólos.
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Anáfase
Ocorre a divisão dos centrómeros, os dois cromatídeos de cada 
cromossoma separam-se e migram para os pólos, provavelmente 
arrastados pelo encurtamento (despolimerização) dos microtúbulos 
cinetocoriais. 
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Telófase
Ocorre a descondensação dos cromossomas, a reconstituição do 
invólucro nuclear e a reorganização dos nucléolos. No final da 
telófase ocorre a citocinese (divisão do citoplasma).
Nas células animais, no final da anáfase, forma-se uma 
constrição ao nível da zona equatorial da célula mãe, que 
progride e divide o citoplasma levando à separação das células 
filhas. 
A divisão do citoplasma deve-se à acção de filamentos de
actina dispostos em feixe e interligados por moléculas de
miosina II, que formam um anel contráctil na face interna da 
membrana plasmática (córtex celular).
Citocinese
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Controle do Ciclo Celular
As células possuem mecanismos para coordenar os processos de 
síntese no núcleo e no citoplasma e também para marcar o início e 
a conclusão das distintas fases do ciclo celular.Lee Hartwell, Paul Nurse, and Tim 
Hunt - Prémio Nobel da Medicina 
em 2001 pelo trabalho realizado no 
estudo da regulação do ciclo celular.
http://nobelprize.org/medicine/educational/2001/index.html
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No controle das divisões celulares intervêm dois tipos moleculares:
1) Ciclinas: ciclinas G1 (ciclina D), ciclinas S (ciclinas E e A) e
ciclinas mitóticas (ciclinas B e A). 
As ciclinas são polipéptidos cuja concentração varia ao longo do 
ciclo celular.
2) Cinases dependentes de ciclinas (Cdks) : Cdk4 e Cdk6 (fase G1), 
Cdk2 (fase S) e Cdk1 (fase M).
A sua concentração é constante ao longo do ciclo celular. 
As ciclinas activam as Cdks formando complexos moleculares Cdk-
ciclinas. As cinases activadas fosforilam moléculas cruciais para 
que ocorra a divisão celular.
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Actividade das ciclinas e formação de 
complexos ciclinas-Cdks no ciclo celular de 
célula de mamífero
Ciclinas
Ciclinas G1: ciclinas D e E
Ciclinas S: ciclina A
Ciclinas mitóticas: ciclinas B e A
Cinases (Cdks)
Fase G1: Cdk4, Cdk6 e Cdk2
Fase S: Cdk2
Fase M: Cdk1(Cdc2)
Lodish, et al. (2004) Molecular Cell Biology. 
http://bcs.whfreeman.com/lodish5e/
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Cada ciclina surge em determinada fase do ciclo celular porque a sua 
transcrição depende da ciclina expressa anteriormente.
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A presença de um complexo activo ciclina-cdk resulta na activação de um 
factor de transcrição que é responsável pela indução da transcrição da 
ciclina que intervém na fase seguinte do ciclo celular
Uma determinada ciclina desaparece quando o gene que a origina deixa de 
ser transcrito e o mRNA e proteína produzidos anteriormente são 
degradados.
Como os complexos ciclinas-cdk controlam a progressão no ciclo celular?
Através da sua actividade como cinases colocando grupos fosfato em 
aminoácidos (serina, treonina e tirosina) de proteínas alvo.
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Fases de controlo do ciclo celular
No ciclo celular as células permanecem num ponto G1 designado ponto de 
restrição até que as condições sejam adequadas para iniciar a divisão 
celular 
Nas células animais uma proteína designa retinoblastoma (RB) mantém as 
células em G1 por sequestração de um factor transcrição designado E2F. 
Nota: formas mutantes da proteína RB estão relacionadas com a formação de 
tumores na retina)
O crescimento celular ocorre quando um determinado factor de crescimento 
se liga a um receptor celular. Verifica-se a amplificação do sinal químico, 
através de um efeito cascata, que culmina na produção da ciclina D (ciclina 
G1).
A meio de G1 a proteína RB é fosforilada pelos complexos ciclina D-Cdk6 e 
ciclina D-Cdk4.
No final de G1 a fosforilação da proteína RB é concluída pelo complexo 
ciclina E-Cdk2.
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A fosforilação da proteína RB inactiva-a e provoca a libertação do factor de 
transcrição E2F.
A libertação do factor de transcrição resulta na transcrição de genes e 
produção de enzimas envolvidas na replicação do DNA, nomeadamente as 
DNA polimerases.
O factor de transcrição EF2 activa também a sua própria transcrição 
(autoregulação positiva), a transcrição das ciclinas E e A, e ainda a 
transcrição da Cdk2.
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As células em G1 também se preparam para a síntese de DNA pela 
montagem de complexos pré-replicação nos pontos de origem da 
replicação do DNA.
A montagem dos referidos complexos inicia-se pela acção de seis proteínas
que formam um complexo de reconhecimento da origem (ORC). A proteína 
CDC6 liga-se a cada ORC e recruta outros componentes que irão formar o 
complexo pré-replicação.
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As cinases ciclina E-Cdk2 e ciclina A-Cdk2 fosforilam componentes dos 
complexos pré-replicação o que desencadeia o início da replicação do DNA 
e a transição definitiva G1/S.
Após a fosforilação dos complexos pré-replicação, a proteína CDC6 liberta-
se do complexo de iniciação e é transportada do núcleo para o citoplasma. 
A saída da proteína CDC6 parece estar relacionada com o facto de a 
replicação ocorrer apenas uma vez para cada origem de replicação. 
Uma vez na fase S, o complexo ciclina A-Cdk2 fosforila o factor de 
transcrição EF2 e inibe a acção impedindo a sua ligação ao DNA.
A progressão da fase G2 para a fase M (transição G2/M) é controlada pelo 
complexo molecular ciclina B-Cdk1 (Cdc2) também designado factor 
promotor da maturação (MPF) e factor promotor da mitose.
Este complexo através da fosforilação de vários substratos assegura a 
transição fase G2/M.
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O complexo ciclina B-Cdk1 fosforila várias proteínas: 
i) Proteínas da lâmina nuclear o que causa a desagregação do 
invólucro nuclear
ii) Proteínas relacionadas com a duplicação do centrossoma e a 
constituição do fuso mitótico.
Nesta fase ocorre a condensação da cromatina e a ligação dos cromatídeos
de cada cromossoma, através do cinetócoro, a fibras de microtúbulos do 
fuso acromático.
A conclusão da mitose e entrada em G1 depende:
i) Separação dos cromatídeos irmãos
ii) Desagregação do fuso mitótico, descondensação da cromatina, 
ocorrência da citocinese.
Os acontecimentos anteriores estão relacionados com a degradação de 
algumas proteínas, nomeadamente a ciclina B.
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A ciclina B é marcada para destruição pelo complexo promotor da anáfase
(APC).
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O complexo promotor da anáfase (APC) é uma proteína do tipo ubiquitina 
ligase responsável pela ubiquitinação de proteínas. As proteínas marcadas 
com a ubiquitina são destruídas. 
Um outro substrato do APC é a proteína Pds1p que estabiliza a proteína 
Scc1p. A proteína Scc1p permite manter ligados, através do centrómero, os 
dois cromatídeos irmãos. 
A destruição da proteína Pdsp1 está relacionada com destruição da proteína 
Scc1p e a separação dos cromatídeos irmãos na anáfase.
A ubiquitina é reconhecida por proteases citoplasmáticas e desse modo 
ocorre a degradação das proteínas marcadas.
O decréscimo da actividade das Cdks mitóticas, permite a reorganização do 
invólucro nuclear e do aparelho de Golgi; no final ocorre a citocinese.
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Na ausência de nutrientes ou factores de crescimento, as células retiram-se 
do ciclo e entram em G0.
As substâncias indutoras da divisão celular provenientes do exterior, são 
produzidas por células vizinhas (secreção parácrina), ou por células 
distantes (secreção endócrina).
Estas substâncias indutoras da proliferação celular actuam na fase G1 
induzindo a síntese de ciclinas G1 (ciclina D) e a formação de complexos 
com as Cdks. 
As células monotorizam as condições ambientais envolventes bem como o 
seu próprio estado fisiológico.
As células tem capacidade para responder a situações de stress,
nomeadamente mutações do DNA, ausência de O2, ausência de 
disponibilidade de nucleósidos trifosfato. Quando alguma destas situações 
se verifica a progressão no ciclo celular é parada num dos pontos de 
controlo.
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Principais pontos de controlo do 
ciclo celular:
- No final de G1, antes da fase S de 
replicação (Ponto de Restrição).
- Transição G2/M, antes do início 
da mitose.
- Durante a mitose na metáfase
Ponto de controle G1 (ou ponto de restrição): período do ciclo, no 
final de G1, onde a célula toma decisão (ou não) de se dividir. A 
decisão é tomada mediante a presença de substâncias indutoras 
provenientes de outras células.
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Ponto de restrição. Este ponto de controlo assegura que a célula 
possui dimensão suficiente para se dividir, e que existem nutrientes 
em quantidade para suportar as duas células filhas resultantes.
No ponto de restrição actuam os complexos ciclina D+Cdk4 e 
ciclina D+Cdk6.
As células que não recebemum sinal para continuar o ciclo saem e 
entram em G0.
O ponto de controlo no final de G2 assegura que a replicação correu 
bem e que o DNA não tem erros.
O ponto de controlo na metáfase assegura que todos os 
cromossomas se encontram associados a um microtúbulo 
cinetocorial.
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A proteína citoplasmática p53 (factor de transcrição p53) controla o estado 
do DNA antes que a célula entre na fase S. 
Em células normais o nível da p53 activa é baixo. Uma outra proteína, a 
Mdm2 modula a actividade da p53 e assegura os baixos níveis de p53 em 
situações de normalidade.
Para funcionar como factor de transcrição a p53 precisa de ser activada 
primeiro por fosforilação e depois por acetilação. 
A Mdm2 ligada à p53 impede a sua fosforilação. Além disso, a Mdm2 
exporta continuamente a p53 do núcleo para o citoplasma onde é degrada 
por acção enzimática.
Quando o DNA sofre danos o ciclo celular é bloqueado em G1 ou em G2. 
Nesta situação a proteína p53 passa à forma activa por acção de cinases e 
acetilases. A activação da p53 origina a sua dissociação da Mdm2, 
resultando ainda um acréscimo nos níveis da p53. 
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A p21 inibe a ligação das ciclinas G1 com as Cdks, bloqueando a 
continuação do ciclo celular, ; a GADD45 atrasa o processo da replicação; a 
14-3-3σ bloqueia a entrada na mitose.
Assim, em caso de lesão do DNA, a p53 bloqueia o ciclo celular 
provocando inclusivamente a morte celular
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A p53 regula os mecanismos da proliferação celular, activa a transcrição de 
alguns genes e a inibição da expressão de outros.
A p53 promove a transcrição de: p21, GADD45 e 14-3-3σ
A p53 inibe: a transcrição dos genes para as ciclinas
Se a p53 não induzir a acção da p21, a célula com lesões graves continua a 
proliferar desordenadamente originando cancro.
Cerca de 50% dos tumores malignos humanos apresentam mutações do
gene da proteína p53.
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A ocorrência de danos no DNA desencadeia um processo de apoptose, a 
morte programada da célula. Neste processo de suicídio celular estão 
envolvidas enzimas designadas caspases.
A proteína p53 activa o mecanismo de apoptose activando a transcrição de 
um gene designado Bax.
A forma norma da proteína Bax é um heterodímero que está em equílibrio 
com outra proteína designada Bcl2, a qual é um inibidor da apoptose.
Quando a p53 activa a transcrição do gene Bax o balanço existe em favor 
da Bax em detrimento da Bcl2 e o ocorre a apoptose
A activação de oncogenes, genes associados ao aparecimento de tumores, 
pode provocar um incremento na concentração da forma activa (fosforilada) 
de Bcl2 o que impede a apoptose e origina células imortais que se dividem 
de forma indefinida.

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