Aula 6- Ciclo Celular

Prévia do material em texto

Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 1 
 
O ciclo celular 
OBJETIVOS 
 
 Ao final desta aula, você deverá ser capaz de: 
• Definir o que é ciclo celular. 
• Listar e caracterizar as quatro fases que compõem o ciclo celular. 
• Descrever o mecanismo básico de controle do ciclo pelas ciclinas e quinases 
associadas a ciclinas (Cdks). 
• Conceituar o que são e onde se situam os pontos de checagem. 
• Relacionar a proteína p53 ao surgimento de tumores malignos. 
• Conceituar G0 
 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 2 
 
O ciclo celular 
INTRODUÇÃO 
O ciclo celular, que você estudará agora do ponto de vista celular, já foi estudado na 
disciplina Genética. 
Ao longo de toda a vida de um organismo, mesmo depois de terminado o período de 
crescimento, várias de suas células continuarão se dividindo, seja para renovação de 
tecidos, como o epitélio intestinal e as células sangüíneas, seja para reparo de lesões, 
como um corte na pele ou a fratura de um osso. 
A etapa de divisão celular, que você estudará na Aula 7, compreende a mitose, na qual o 
DNA é dividido em duas cópias idênticas, e a citocinese, quando a membrana plasmática 
se estrangula, dividindo o citoplasma, suas organelas e estruturas, entre as células-filhas. 
Cada célula-filha entra então no período de intérfase. O nome intérfase induz à idéia de 
que esse período é apenas o intervalo entre duas divisões celulares. Quando os períodos 
do ciclo celular foram denominados, os pesquisadores realmente consideravam a 
intérfase apenas como o intervalo entre duas divisões, porque eram as divisões celulares 
que mais chamavam a atenção, eram mais fáceis de observar, por isso mais estudadas. 
Com o tempo, ficou claro que é durante a intérfase que a célula desempenha todas as 
suas funções. Nesse período, ocorre a síntese de componentes celulares citoplasmáticos e 
a duplicação do DNA. Uma divisão é sempre precedida de uma intérfase e após esta, 
muitas vezes sobrevém uma divisão. Esta é, em essência, a dinâmica do ciclo celular 
(Figura 6.1). 
 
 
Figura 6.1: O ciclo 
celular de uma célula 
de mamífero é 
composto por um 
período de crescimento 
e uma divisão. A fase de 
divisão, ou Fase M leva 
cerca de uma hora. O 
período de síntese 
inclui uma fase de 
crescimento (G1) , a 
duplicação do DNA (S) e 
um segundo período de 
crescimento (G2). O 
conjunto formado pelas 
fases G1, S e G2 é 
chamado de intérfase. 
 
 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 3 
 
 
AS FASES DO CICLO CELULAR 
A Figura 6.1 sintetiza os principais acontecimentos do ciclo celular de uma célula de 
mamífero típica. A fase M, ou de divisão celular, em geral dura apenas cerca de uma hora, 
mas é muito impactante, pois vemos ao microscópio óptico, em tempo real, a condensação 
e movimentação dos cromossomos, a separação das células-filhas etc. (Acesse a plataforma 
para ver um desses vídeos). Já na intérfase, a simples observação ao microscópio óptico não 
dá nenhuma indicação da intensa atividade que ocorre nesse período. 
A intérfase compreende três fases: G1, S e G2. As fases G1 e G2 correspondem a 
intervalos (G de gap, espaço em inglês) onde a célula cresce para recuperar o volume que a 
célula-mãe tinha antes da divisão. Nesse período, são sintetizadas membranas, tanto 
membrana plasmática, para permitir que a célula cresça, quanto membranas do complexo 
de Golgi e do retículo endoplasmático. Além disso, organelas celulares como mitocôndrias 
crescem e se clivam. Sem esse acréscimo de volume, a cada divisão, as células-filhas 
seriam menores (veja a Figura 6.2). Na fase S (de Síntese), o DNA é duplicado. Note que a 
mitose só se inicia depois de garantida a herança que cada célula-filha vai receber. Nisso 
consiste a beleza do ciclo celular: cada fase só tem início depois de cumprida a tarefa 
anterior. Isso evita que sejam produzidas células onde possa estar faltando alguma parte do 
genoma. De forma análoga, a célula não consegue formar membrana plasmática, retículo 
ou Golgi, a não ser pela incorporação de elementos à estrutura preexistente. Assim, cada 
célula-filha precisa herdar parte do Golgi, do retículo e também mitocôndrias da célula-
mãe. 
Num organismo adulto, cada tipo celular o ciclo tem uma duração diferente, desde 
algumas horas, até anos. Nesses ciclos, o que tem duração variável é principalmente a fase 
G1. As fases S e M têm duração aproximadamente constante em um organismo. A fase S, 
quando o DNA é duplicado, requer 10 a 12 horas, bem mais que a fase M, que é 
especialmente curta, durando cerca de uma hora. 
“Crescei e multiplicai-vos.” 
 Será que dá para multiplicar sem crescer?? 
No início do desenvolvimento embrionário, o zigoto, ou célula-ovo, sofre ciclos 
sucessivos de mitose em que as células-filhas são cada vez menores. Nessa fase, diz-se que 
o ovo está sofrendo clivagem e, embora o número de células aumente, o volume do 
embrião é quase igual ao da célula inicial (Figura 6.2). Esta é uma situação especial em 
que o ciclo celular é uma sucessão de fases S e M, sem parar em G1 e G2. Isso acontece 
porque a célula-ovo tem, quando comparada às células do indivíduo adulto, um grande 
volume citoplasmático, e nesse citoplasma há um estoque das moléculas necessárias para 
que a célula ovo se divida muitas vezes sem precisar esperar que essas moléculas sejam 
sintetizadas de novo durante a intérfase. Em conseqüência disso, as divisões são rápidas, 
mas o volume das células-filhas vai diminuindo, embora o do núcleo (DNA) permaneça 
constante. Num determinado momento, o estoque citoplasmático de moléculas se reduz, 
ficando abaixo do necessário para disparar a duplicação do DNA e a mitose. A partir daí, 
nas etapas seguintes do desenvolvimento, essas células continuarão não apenas a se dividir, 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 4 
 
mas começarão a se diferenciar nos diversos folhetos e anexos embrionários. Que 
moléculas serão estas? Continue acompanhando a aula que você já descobre. 
 
Figura 6.2: No início de seu desenvolvimento, o zigoto sofre sucessivas clivagens, um tipo de ciclo 
celular no qual a intérfase é curta e não ocorre crescimento das células-filhas, embora o DNA seja 
duplicado entre uma divisão e a seguinte. 
 
CONTROLE DO CICLO CELULAR 
Mesmo para um leigo, as imagens de uma célula em divisão são sempre 
surpreendentes: a sincronia do afastamento dos cromossomos na anáfase, o 
estrangulamento que separa as células-filhas, a recomposição do envoltório nuclear, tudo 
parece orquestrado como num teatro onde fios invisíveis coordenam os movimentos dos 
bonecos, no caso, as células. 
Essa seqüência ordenada de eventos não se restringe à mitose, ela é característica de 
todo o ciclo celular: o DNA só vai se duplicar após a fase de síntese e crescimento celular, 
e a mitose só se inicia se o DNA estiver duplicado e a célula tiver o tamanho correto. 
Concluindo: o disparo de cada etapa do ciclo celular é feito durante a etapa anterior. É 
como o ciclo de uma máquina de lavar: encher → lavar→ enxaguar→ centrifugar. A 
máquina possui sensores para medir o nível de água, temporizadores para que cada etapa 
dure apenas o necessário... Mas, e na célula? Quais são os sensores que liberam a etapa 
seguinte? 
Esse mistério começou a ser elucidado a partir de experimentoscom ovócitos de sapo 
(Xenopus). Como já comentamos na Figura 6.2, o zigoto dos animais normalmente é uma 
célula grande, e no caso do Xenopus (Figura 6.3) mede mais de 1mm! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 5 
 
Figura 6.3: O ovócito de Xenopus, aqui visto em microscopia eletrônica de varredura, mede mais 
de 1mm. 
 
CONTROLE INTERNO DO CICLO 
A princípio, acreditava-se que o controle do ciclo celular estava no núcleo das 
células, mas um experimento crucial demonstrou que o controle é exercido por moléculas 
do citoplasma. 
O experimento consistia em retirar com uma agulha bem fina uma porção do 
citoplasma de um ovócito fecundado (zigoto) e injetar o conteúdo em um ovócito não 
fecundado (Figura 6.4). Pois bem, a célula que recebia esse extrato citoplasmático entrava 
imediatamente em mitose (embora fosse haplóide!). Injetando-se o extrato citoplasmático 
de uma célula na fase G2, não produzia nenhum efeito no ovócito. Concluiu-se, então, que 
no citoplasma do zigoto havia um fator promotor de mitose ou MPF (de M-phase 
promoting factor). 
Quando o MPF foi purificado, constatou-se que ele continha uma única enzima: uma 
proteína quinase (veja o boxe). Ao fosforilar proteínas-chave, eventos característicos da 
mitose como a condensação dos cromossomos, desagregação do envoltório nuclear e outros 
eram disparados. 
 
 
 
 
Figura 6.4: Demonstração 
experimental da presença do 
fator de promoção de mitose. 
Apenas o extrato do citoplasma 
de células na fase M é capaz de 
induzir a divisão em um ovócito 
não fecundado. 
 
 
 
 
 
Um fato intrigante é que 
essas quinases estavam presentes 
no ovo de Xenopus em todas as 
fases do ciclo celular, enquanto a 
ativação do MPF era cíclica 
(Figura 6.5). Como essas 
quinases poderiam estar 
ativas apenas em 
determinado momento? 
 
Quinases 
São enzimas que catalisam uma reação em que 
uma outra proteína é fosforilada, isto é, um 
fosfato vindo do ATP liga-se a um de seus 
aminoácidos. Essa reação pode ser rapidamente 
revertida pela ação de um outro tipo de enzima – 
as fosfatases. A adição ou remoção de grupos 
fosfato é uma das maneiras mais freqüentes de 
ativação e inativação de moléculas (Aulas13 e 14 
de Biologia Celular I). 
 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 6 
 
 
Figura 6.5: Após 
injeção do 
extrato 
citoplasmático 
de Xenopus, a 
atividade da 
MPF aumenta 
rapidamente, 
caindo 
abruptamente 
ao final da 
mitose. 
 
Essa pergunta não foi respondida através de experimentos feitos com ovos de 
Xenopus e, sim, ovos de mariscos. Nesses organismos, foram detectadas proteínas cuja 
concentração ia aumentando gradativamente durante a fase S, caindo abruptamente quando 
a célula entrava na fase M (Figura 6.6). Essas proteínas foram batizadas de ciclinas. A 
primeira ciclina identificada foi justamente a que compõe o MPF e, por isso mesmo, é a M-
ciclina (ou ciclina-M). 
 
Figura 6.6: A concentração citoplasmática da ciclina-M, disparadora da mitose aumenta gradativa-
mente durante a intérfase, caindo abruptamente ao final da mitose. A concentração da quinase 
promotora da mitose é constante ao longo de todo o ciclo celular, apenas sua atividade varia. 
 
Concluiu-se assim que o MPF é, na verdade, um complexo de proteínas: uma ciclina 
e uma quinase dependente dela, ou Cdk (cyclin dependent kinase) (Figura 6.7). 
 
Após a descoberta da ciclina e da Cdk disparadoras da mitose – ciclina-M e Cdk-M 
foram identificadas outras ciclinas (e respectivas Cdks) disparadoras de outros eventos do 
ciclo celular. Assim, embora as Cdks estejam presentes o tempo todo, sua atividade é 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 7 
 
regulada pela presença, ou não, da ciclina que a ativa. (RELEIA ESTA ÚLTIMA FRASE, 
POIS É MUITO IMPORTANTE QUE VOCÊ A ENTENDA). 
 
 
 
 
 
Figura 6.7: Para que determinada fase do ciclo 
celular se inicie, é necessária a ativação da Cdk 
por uma ciclina específica. A Cdk ativa, por sua 
vez, vai fosforilar outras moléculas e provocar 
mudanças na célula, como a condensação dos 
cromossomos, a formação do fuso mitótico etc. 
 
 
Também ficou mais clara a dinâmica de ativação das Cdks: as ciclinas da mitose, por 
exemplo, começam a ser sintetizadas no início da fase G2. Sua concentração citoplasmática 
vai aumentando até atingir a concentração reativa. Isso ocorre imediatamente antes de a 
célula entrar na fase M. Nesse intervalo, a célula estará cumprindo o roteiro de atividades 
das fases G1 (crescimento) e S (duplicação do DNA), sempre pela ativação das Cdks 
específicas dessas etapas, que vão sendo ativadas por ciclinas cuja concentração reativa é 
alcançada primeiro. 
Existem quatro classes de ciclinas, definidas pelo estágio do ciclo celular em que se 
ligam às Cdks e as ativam. Todas as células eucarióticas necessitam pelo menos três dessas 
quatro classes: 
1. Ciclinas G1/S- Ativam Cdks na fase avançada de G1 contribuindo para que seja 
atingido o ponto de „start‟, ponto a partir do qual não há retrocesso para entrada 
nas demais fases (S, G2 e M). Os níveis dessas ciclinas declinam na fase S. 
2. Ciclinas-S- Ligam-se às Cdks logo após o ponto „start‟ e ajudam a estimular a 
duplicação dos cromossomos. O nível dessas ciclinas permanece elevado até a 
fase M, onde também participam. 
3. Ciclinas-M- Ativam das CDks que estimulam o início da mitose a partir do ponto 
de checagem de G2/M. Estas ciclinas são degradadas no meio da fase M. 
4. Ciclinas-G1- Estas ciclinas estão presentes na maioria, mas não em todas as 
células, e governam as atividades das ciclinas G1/S até o ponto „start‟. 
Na Figura 6.8 estão esquematizadas as concentrações relativas das ciclinas ao longo 
das fases G1, S, G2 e M. Note que há grande variação quanto ao período de entrada e 
saída do ciclo de cada uma delas. A ciclina S, por exemplo, permanece presente e 
ativa desde o ponto de início (ou „start‟) até quase o fim da mitose. 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 8 
 
 
 
Figura 6.8 Variação das concentrações relativas das ciclinas ao longo das fases G1, S, G2, 
e M. Repare que o nível da ciclina S se mantém alto do início da fase S até a metáfase da 
fase M e que o nível da ciclina M começa a aumentar logo após a fase S e quando chega 
a seu pico, a fase M tem início. 
 
CONTROLE EXTERNO DO CICLO: A ORDEM DOS FATORES 
ALTERA O PRODUTO 
 
Um ponto fundamental para o ciclo celular dar certo é que cada evento só seja 
iniciado quando for concluída a fase anterior (o mesmo princípio da correta lavagem de 
roupas: nada de enxaguar antes de ensaboar). Não é difícil prever as conseqüências 
desastrosas de entrar em mitose antes de concluída a duplicação do DNA, ou da entrada na 
fase S sem que a célula tenha crescido o suficiente. Por isso, ao longo do ciclo celular 
existem diversos pontos de checagem. Para passar à etapa seguinte, cada item da etapa 
anterior é checado e, se não estiver cumprido, o ciclo celular não avança. Veja na Figura 
6.9 quais são esses pontos de checagem e o que é checado em cada um deles. 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva9 
 
 
Figura 6.9: Ao longo do ciclo celular existem três pontos de checagem: em G1, G2 e em M. Em 
cada um desses pontos, são checados os itens correspondentes às perguntas contidas nas caixas 
verdes. Se todos estiverem corretos, a célula passa à etapa seguinte, cumprindo a “ordem” 
inserida na caixa amarela. 
 
Uma célula pode ficar muito tempo em G1. Isso acontece por uma série de fatores, 
que incluem tanto a disponibilidade de nutrientes quanto de espaço, o que pode limitar a 
proliferação celular. Além disso, mesmo com nutrientes e espaço suficientes, as células não 
se dividem se não receberem de outras sinais neste sentido. Esta informação vem na forma 
de moléculas sinalizadoras chamadas fatores de crescimento, detectadas por receptores de 
superfície. O somatório de sinais, que engloba os nutrientes, o espaço disponível e os 
fatores de crescimento, constitui a resposta para a pergunta “O ambiente é favorável?” feita 
na checagem de G1. 
Em G1 a célula precisa crescer para recuperar o volume perdido ao ter o citoplasma 
dividido entre as células-filhas. Esse crescimento, naturalmente, depende de um ambiente 
favorável para a obtenção de nutrientes, de temperatura e pH adequados à realização dos 
processos metabólicos. Não se sabe como a célula consegue calcular que o volume do 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 10 
 
citoplasma em relação ao núcleo atingiu a proporção correta, mas quando isso acontece a 
célula fica liberada para entrar na fase S, de síntese do DNA. Em geral, não é por falta de 
condições externas que as células não ultrapassam o ponto início ou „start‟. 
A transição de uma célula da fase G1 para a fase S também depende de muitos fatores 
e vários mecanismos contribuem para suprimir a atividade das Cdks neste ponto, mantendo 
a célula em G1 por longos períodos. 
Mitógenos são moléculas que estimulam a atividade da Cdk-G1/S permitindo que a 
célula passe à fase S, veja mais no BOXE. 
Outras moléculas que atuam na sinalização extracelular de controle do ciclo são os 
fatores de crescimento através do estímulo à síntese de proteínas e os fatores de 
sobrevivência, que suprimem os programas de morte celular por apoptose (aula 18) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A decisão de entrar na fase S é conhecida como ponto de Start, pois inicia um 
processo que é irreversível a partir desse ponto (Figura 6.9). Depois que uma célula inicia 
a duplicação do genoma, terá de se dividir ou morrer. A frase anterior está em negrito 
porque também é um conceito muito importante sobre o qual você deve refletir antes de 
prosseguir na leitura da aula. 
O segundo ponto de checagem está em G2. Aí o tamanho da célula e o ambiente são 
novamente conferidos. Embora o maior crescimento ocorra em G1, a célula pode crescer 
mais um pouco em G2. Entretanto, o ponto mais importante a ser conferido é se o DNA 
está total e corretamente duplicado. Nesse ponto, várias anomalias genéticas, como 
mutações e deleções, podem ser detectadas e corrigidas, também é neste ponto que as 
células defeituosas podem (e devem) ser eliminadas. Uma falha nesse ponto pode levar ao 
desenvolvimento de tumores malignos. 
A última chance de eliminar uma célula defeituosa é no ponto de checagem que 
antecede a saída da fase M. Enquanto todos os cromossomos não estiverem alinhados na 
placa metafásica, a divisão celular (Aula 7) não prossegue para a anáfase e para a citocinese 
(separação das células-filhas). Isso visa a garantir que cada célula-filha receberá uma cópia 
exata do genoma da célula-mãe. 
 
CICLINAS E CDKS: É PRECISO ALGO MAIS 
Plaquetas não atuam apenas na formação de coágulos 
Um dos primeiros mitógenos a ser descoberto foi o PDGF- fator de 
crescimento derivado de plaquetas, ou, no original, em inglês, 
platelet derived growth factor. Assim, além de atuar para a 
coagulação do sangue, as plaquetas também contribuem para o 
processo de cicatrização, estimulando a proliferação celular no local 
ferido ou lesionado ao secretar localmente o PDGF armazenado em 
vesículas em seu citoplasma. 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 11 
 
Já compreendemos que a célula entrará na fase M quando a Cdk-M formar um 
complexo com a ciclina-M, cuja concentração citoplasmática aumenta gradativamente a 
partir do fim da fase S e início de G2. Para garantir que a Cdk-M não comece a fosforilar as 
proteínas da fase M antes da hora, o complexo ciclinaM-Cdk-M é inicialmente inativo. Para 
que a Cdk se torne ativa, precisa ser fosforilada. Duas quinases fosforilam a Cdk-M. Uma é 
a CAK- quinase ativadora de Cdk- que fosforila o sítio de ativação da enzima. A outra é a 
WEE1, quinase que fosforila o sítio inibidor da Cdk. Assim, o complexo só se tornará 
ativo depois de ter um desses fosfatos (o inibidor) removido pela ação de uma fosfatase: a 
Cdc25. A partir daí, o complexo ciclina-Cdk (ou MPF) se torna ativo e é capaz de catalisar 
inclusive a ativação dos complexos ainda inativos (Figura 6.10). Atenção! Esta mecânica 
de fosforilação-desfosforilação ocorre para todas as ciclinas, não apenas a ciclina M. 
 
Figura 6.10: O complexo ciclina-Cdk é inicialmente ativado pela CAK. Esta atividade pode ser 
inibida pela fosforilação de um sítio pela quinase WEE e é revertida pela desfosforilação da Cdk 
pela fosfatase cdc25. 
 
“VOCÊ É UM HOMEM OU UM COGUMELO?” 
(O pequeno príncipe – Antoine de Saint-Éxupery) 
Células grandes como os ovos de sapos e mariscos são relativamente fáceis de 
manipular e com isso facilitam o estudo do ciclo celular, mas as leveduras, 
formas unicelulares de alguns fungos (como o fermento de pão), foram 
escolhidas como modelo de célula eucariótica para estudo dos genes que 
controlam o ciclo celular. Embora não sejam tão grandes quanto os ovos de 
sapos e mariscos, as leveduras também são células eucarióticas e se dividem 
com uma velocidade semelhante à das bactérias, isto é: muito rápido. Seu ciclo 
celular todo leva cerca de uma hora. Associado a isso, foram produzidas muitas 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 12 
 
formas mutantes de leveduras que interrompem o ciclo celular em diferentes 
pontos, permitindo identificar que genes estão envolvidos. Concluiu-se assim 
que, do ponto de vista evolutivo, o ciclo celular é um evento extremamente 
conservado. Os mesmos genes que controlam o ciclo em um simples fungo 
também estão presentes em seres complexos como os mamíferos, ou seja, eu, 
você e todos nós! 
Afinal, o que as Cdks fosforilam? 
As Cdks de cada etapa do ciclo celular catalisam a fosforilação de diferentes 
proteínas, cada uma resultando num efeito diferente. A seguir, damos alguns exemplos. 
Outros, você irá descobrindo à medida que aprofundar seus estudos, consultando outras 
fontes. 
 Cdk-S 
A ativação da Cdk-S no início da fase S dispara a formação dos complexos de 
síntese do DNA. 
 Cdk-M 
A Cdk-M, atua, entre outras, sobre as seguintes proteínas (que são, claro, seus 
substratos): 
 Catalisa a fosforilação das laminas, filamentos intermediários que formam uma rede 
que reveste o envoltório nuclear (Aula 22 de Biologia Celular I e Aula 8 de Biologia 
Celular II). As laminas fosforiladas despolimerizam, provocando a fragmentação da 
lâmina nuclear e a vesiculação (e desaparecimento) do envoltório nuclear. 
 A fosforilação de outra proteína, a condensina, promoverá a condensação dos 
cromossomos observada na mitose (Aula 7).A fosforilação de proteínas associadas aos microtúbulos também promoverá sua 
reorganização para formar o fuso mitótico (Aula 7). 
Cada etapa do ciclo depende de ciclinas diferentes 
Já vimos que o disparo de cada etapa do ciclo celular depende da ativação de 
complexos ciclina-Cdk específicos daquela etapa. 
Em contrapartida, uma vez encerrada aquela etapa, como é interrompida a atividade 
dessas quinases? Respondeu certo quem se lembrou do mecanismo de degradação de 
proteínas em proteassomas, estudado na Aula 18 de Biologia Celular I. Ao fim de cada 
etapa as ciclinas são ubiquitinadas e direcionadas para rápida destruição nos proteassomas. 
Volte à Figura 6.8. Note que a queda na concentração das ciclinas é sempre abrupta, 
indicando uma rápida degradação das mesmas. 
Os substratos do MPF, como as laminas, as condensinas, as proteínas associadas aos 
microtúbulos etc., que tinham sido fosforilados no início da fase M, serão desfosforilados 
no final dessa fase por fosfatases que são ativadas ainda pelo próprio MPF, imediatamente 
antes da degradação das ciclinas. 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 13 
 
 
Desastre à vista? O ciclo celular pode ser interrompido 
Que o ciclo celular é constituído de etapas (G1, S, G2 e M), você já sabe. Que cada 
uma dessas etapas é disparada pela formação de complexos ciclina-Cdk, você também já 
sabe. Que cada etapa é regulada pela etapa anterior, onde existem pontos de checagem, 
também já foi comentado. Se este parágrafo foi novidade para você, VOLTE ao início 
da aula, você não prestou atenção no que leu! 
Agora, como é que o processo pode ser interrompido, caso em algum ponto de 
checagem a célula não passe na vistoria? 
Em cada ponto de checagem existem freios moleculares capazes de impedir o 
prosseguimento do ciclo (Figura 6.11). Porém, a maioria dessas moléculas é pouco 
conhecida, ou mesmo desconhecida. Uma exceção são as proteínas inibidoras de Cdks, 
que bloqueiam a formação ou a atividade de complexos ciclina-Cdk. 
 
 
Figura 6.11- Nos diversos pontos de checagem são prevenidos e corrigidos erros de replicação do 
DNA. Enquanto os erros não forem corrigidos ou a replicação não estiver completa, o ciclo 
permanece parado naquele ponto. Já no ponto de checagem de M o que é conferido é a ligação de 
todos os cromossomos ao fuso, o que garante a divisão igualitária do DNA entre as células filhas. 
 
No ponto de checagem de G1, danos na estrutura do DNA induzem o aumento da 
concentração e da atividade da p53, proteína reguladora da atividade gênica. Quando ativa, 
a p53 estimula a transcrição de um gene que codifica a p21, uma proteína inibidora de Cdk 
(Figura 6.12). A proteína p21 se liga aos complexos ciclina-Cdk da fase S, responsáveis 
por levar a célula à fase S, bloqueando sua ação. A parada na fase G1 dá oportunidade à 
célula de reparar seu DNA antes de replicá-lo. Mutações na p53 são incapazes de impedir a 
replicação de DNA lesado. Não é, portanto, surpreendente que diversos tipos de células 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 14 
 
tumorais possuam mutações no gene que codifica essa proteína, o que evidencia sua 
relação com o desenvolvimento de câncer. 
 
Figura 6.12: Mecanismo de inibição da atividade do complexo ciclina-Cdk provocado por uma 
lesão no DNA. A proteína p53 ativada estimula a transcrição da p21, proteína que se liga ao 
complexo ciclina-Cdk, paralisando o ciclo celular para que o DNA possa ser replicado 
corretamente. 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 15 
 
 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 16 
 
Dividir ou não dividir, eis a questão 
A partir do estágio de oito células, já têm início os processos de diferenciação celular 
de um embrião. Algumas irão constituir os anexos (placenta, saco amniótico e saco 
vitelínico), outras farão parte dos folhetos embrionários. Nessa etapa, todas as células se 
dividem intensamente. No indivíduo adulto, alguns tecidos, como a pele, o sangue e os 
ossos, renovam-se constantemente. Isso implica a permanência, na idade adulta, de 
linhagens de células capazes de se dividir e se diferenciar nos diferentes tipos celulares 
encontrados nesses tecidos – as células-tronco, assunto de uma outra aula nesta disciplina. 
No epitélio intestinal, as células se dividem a cada 24 horas, aproximadamente. Já no 
fígado, que é tido como um órgão com grande capacidade de regeneração, os hepatócitos se 
dividem, em condições de normalidade, apenas uma vez por ano! Este estado particular é 
chamado de G0 ou quiescência e para se dividir as células voltam a entrar em G1. 
Células com grau ainda maior de especialização, como os neurônios e as células 
musculares não se dividem, permanecendo em G0. Esta condição é irreversível, ou seja, 
estas células não podem entrar novamente em G1. Isso é chamado diferenciação 
terminal.Via de regra, quanto mais especializada a célula, menor a freqüência com que ela 
entra em divisão. 
Uma célula pode permanecer no estado G0 por tempo indefinido. No caso dos 
neurônios, para sempre. Nos hepatócitos, o período G0 pode atingir dois anos, mas eles 
continuam podendo voltar a G1 e reentrar no ciclo. 
Dividir até quando? 
Cada tipo celular que compõe um organismo parece já ter uma programação interna 
de quantas vezes vai se dividir antes de morrer. Tomando como exemplo um fibroblasto 
humano: se ele for retirado de um embrião e mantido em cultura de células em condições 
ideais de nutrição e espaço, vai se dividir cerca de 80 vezes; já um fibroblasto humano 
retirado de um adulto de 40 anos, mantido nas mesmas condições, vai se dividir cerca de 40 
vezes apenas. Essa observação coloca em evidência uma possível relação entre o controle 
do ciclo celular e o envelhecimento e a longevidade. 
Procurando entender o mecanismo de controle do número de divisões que uma célula 
é capaz de realizar, os achados apontam para a replicação do genoma. A cada replicação, a 
ponta do cromossomo, o telômero, precisa ser restaurada por uma enzima, a telomerase. 
Nas células humanas, o gene que codifica a telomerase não é expresso em células somáticas 
do adulto. Por isso, a cada divisão celular, o telômero fica mais curto, até que não é mais 
possível replicar o cromossomo corretamente. Entretanto, as células podem se manter nessa 
situação, denominada senescência celular, por longo tempo realizando perfeitamente suas 
funções antes de morrer. 
Ao contrário do que se possa pensar à primeira vista, os mecanismos que restringem a 
divisão celular atuam a nosso favor. Sem eles, não seria possível manter as proporções 
corporais já que esta depende da entrada e saída no ciclo celular de cada célula do 
organismo no momento exato. Na fase de crescimento, seja embrionário ou durante a 
infância, os ciclos de multiplicação celular são mais intensos e resultam no crescimento do 
animal. Já na fase adulta o importante é fazer apenas a reposição de células que vão 
morrendo, seja naturalmente, como as do sangue e os epitélios, que se renovam 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 17 
 
constantemente, seja para o reparo deferimentos ou outros “imprevistos”. Não devemos 
esquecer que as plantas, fungos e organismos pluricelulares em geral também estão sujeitos 
a controles desta natureza. 
Além da velocidade com que as células se dividem, outro fator importante no controle 
do número de células de um organismo é a apoptose ou morte celular programada, que será 
discutida na Aula 25 de Biologia Celular II. 
 
TAMBÉM NÃO CUSTA SABER QUE 
 Os genes relacionados ao controle do ciclo celular são chamados de genes 
Cdc (genes de controle da divisão celular). Mutações nestes gene fazem 
com que o ciclo celular seja interrompido em pontos específicos. 
 O estudo do ciclo celular em culturas de células de mamíferos seria 
complicado caso não existissem as linhagens celulares estabelecidas (Aula 
3 de Biologia Celular I). A maioria das células de mamíferos para de se 
dividir depois de 25-40 ciclos. Este fenômeno é chamado senescência 
replicativa e será mais bem explicado na aula sobre Células-Tronco, ainda 
nesta disciplina. 
 Nas leveduras uma única Cdk liga-se a todas as classes de ciclinas, 
disparando os diversos eventos do ciclo celular. Já nas células dos 
vertebrados há quatro Cdks. Duas interagem com as ciclinas G1, uma com 
a ciclinas G1/S e S e uma com as ciclinas M. 
 
RESUMO 
 O ciclo celular é constituído por uma intérfase, subdividida em G1, S e G2, e 
uma fase de divisão, denominada M. 
 O controle interno do ciclo celular é exercido por moléculas citoplasmáticas: 
as ciclinas, que vão se acumulando em cada fase do ciclo, e as quinases 
dependentes de ciclina (Cdk), presentes em quantidades constantes por todo o 
ciclo. 
 Quando as ciclinas atingem concentrações reativas numa fase, elas se 
combinam com as quinases, promovendo a passagem para a próxima fase. 
 O complexo formado pela Cdk-M e a M-ciclina se chama MPF e dispara a 
mitose, fosforilando várias proteínas, dentre elas as que compactam os 
cromossomos, as que desmontam o envoltório nuclear e as que levam os 
microtúbulos a formar o fuso mitótico. 
 No final de cada fase do ciclo, as ciclinas são degradadas em proteassomas. 
 O ciclo celular também tem um controle externo, dado pela disponibilidade de 
nutrientes, de espaço e de fatores de crescimento. 
 Em conjunto, os controles interno e externo formam os pontos de checagem: 
no final de G1, a célula precisa ter o volume suficiente e o ambiente favorável 
para entrar em S. No final de G2, além do ambiente e do volume favoráveis, é 
preciso que o genoma esteja correta e completamente duplicado. Na metáfase, 
os cromossomos precisam estar todos alinhados para que a divisão prossiga. 
Disciplina Biologia Celular II: Aula de Ciclo Celular. Atualizada em Janeiro de 2012. 
Autoria: Marcia Attias e Narcisa Cunha e Silva 18 
 
 Células bastante diferenciadas, como hepatócitos e células do pulmão, 
escapam do ciclo celular em G1 e permanecem num estado de quiescência 
chamado G0 a partir do qual podem até voltar ao ciclo em algum momento. 
 Células como neurônios e músculos são tão diferenciadas que nunca voltam a se 
dividir. São ditas células em diferenciação terminal. 
EXERCÍCIOS 
1. O que é e quais são as fases que compõem o ciclo celular? 
2. O que são ciclinas? Como atuam? 
3. O que são Cdks? Como atuam? 
4. O que é MPF? 
5. O que acontece com as ciclinas de uma determinada fase do ciclo 
quando a mesma se encerra? 
6. Como é feito o controle externo do ciclo celular? 
7. O que são pontos de checagem? 
8. O que é G0? 
9. Quais os mecanismos de manutenção do número de células de um 
indivíduo?