Ciclo celular

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MITOSE- Pontos e mecanismos de regulação
APARATO GERAL
A fase S ocupa metade do tempo do ciclo celular, geralmente de 10 a 12 horas, já a fase M dura menos de uma hora. Já que estamos falando do tempo, a maioria das células requer mais tempo para crescer e duplicar a massa de proteínas e organelas do que para duplicar os cromossomos e se dividir.
As fases de intervalos (G1 e G2) possuem como função reservar tempo para o crescimento da célula e monitorar o ambiente interno e externo para garantir que as condições estejam adequadas e os preparativos completos. O crescimento celular ocorre ao longo do ciclo celular, exceto na mitose.
ESTADO DE REPOUSO ESPECIALIZADO (G0): Ocorre quando as condições extracelulares são desfavoráveis e a célula não sai do G1, entrando no G0 e permanecendo o tempo necessário.
INÍCIO/ PONTO DE RESTRIÇÃO: Ocorre quando as condições são favoráveis e os sinais para crescer e se dividir estão presentes. As células estão próximo do fim de G1. Quando elas passam desse ponto, elas estão se comprometendo a replicar o DNA, mesmo que os estímulos sejam retirados!
SISTEMA DE CONTROLE: Cronômetro que controla o horário de cada evento, se algo errado ocorrer, o processo de divisão é atrasado até que tenha condições para uma célula saudável vim. Esse ciclo é composto por diversos interruptores químicos conectados em que cada um inicia um evento específico no ciclo celular. Esses interruptores são tudo ou nada, intensos e confiáveis (eles possuem alguns itens de reserva, para caso algum componente falhe).
Há 3 transições:
1- Ponto de restrição/ início: No fim da G1, onde a célula se compromete à entrada no ciclo celular e duplicação dos cromossomos;
2- Transição G2/M: O sistema de controle dispara um evento mitótico precoce que leva ao alinhamento de cromossomos no eixo mitótico na metáfase;
3- Transição metáfase/ anáfase: O sistema de controle estimula a separação das cromátides- irmãs, levando a conclusão da mitose e citocinese.
Esse sistema depende de proteínas- cinase dependente de ciclinas (Cdk) ciclicamente ativadas, a atividade dessas cinases oscilam conforme a célula avança no ciclo, de acordo as orientações de determinadas enzimas, como as ciclinas, mais importantes no processo, vistos que elas são cíclicas e em determinados momentos são degradadas, diferentes das cinases, que permanecem constantes e em quantidades maiores do que as ciclinas. 
Existem quatro classes de ciclinas, mas apenas três são imprescindíveis para nós, são elas:
1- G1/S- ciclinas: ativam as Cdk no fim do G1, ajudando a desencadear a progressão ao início, comprometendo à entrada no ciclo celular, diminuindo na fase S. Quando as G1/S- Cdks estão ativas, esta desencadeia uma onda de atividades das S-Cdks, iniciando a duplicação dos cromossomos na fase S e também ao início da mitose.
2- S- ciclinas: Se ligam a Cdk após a progressão ao início, ajudando a estimular a duplicação dos cromossomos, permanecendo elevados seus níveis até a mitose, controlando também seu início;
3- M- ciclinas: Ativam as Cdk que estimula a entrada na mitose na transição G2, diminuindo na metade da mitose;
4- G1- ciclinas: Não é tão necessária, mas ajuda a regular as atividades da G1/S ciclinas, regulando a progressão ao Início;
5- Temos quatro Cdk (2 para a G1, uma com a G1/S e S e uma com a S e M);
A proteína ciclina ativa a Cdk parceira e a direciona para proteínas- alvo específicas (cada complexo de ciclina- Cdk fosforila um conjunto diferente de proteínas- substrato), além de induzir diferentes efeitos em diferentes tempos do ciclo, porque a acessibilidade de alguns substratos muda durante o ciclo celular;
Quando não há ciclina, a cinase é obstruída por uma alça proteica, e para se ligar a ciclina, é preciso que uma cinase ativadora de Cdk fosforile um aminoácido prox do sitio ativo da Cdk, e a ciclina se ligue a Cdk.
Além da quantidade de ciclinas e da fosforilação de um par de aminoácidos na cavidade do sítio ativo da cinase inibir a atividade do complexo ciclina- Cdk, outros fatores também controlam essa atividade, como a fosforilação por uma cinase chamada Wee1 que também inibe a atividade, ou a desfosforilação do sítio pela fosfatase chamada de Cdc25 que aumenta a atividade. Da mesma forma ocorre com a ligação com o CKI, que quando forma o complexo ciclina- Cdk- CKI –ligação de proteínas inibidoras Cdk e torna inativo o sítio ativo da Cdk (esse CKI é muito usado para auxiliar as células na regulação das atividades de G1/S- Cdks e S- Cdks no início do ciclo celular).
Já que foi debatido sobre a transição no início e entre as fases G2/M, chegou a hora de falar da que ocorre entre a metáfase e anáfase, desencadeada não pela fosforilação proteica, mas sim pela degradação de proteínas, e o principal regulador desse processo é o complexo promotor da anáfase, ou ciclossomo (APC/C).
O APC/C ubiquitina e destruí 2 tipos de proteínas. Uma delas é a securina (cliva a coesina), que protege as ligações proteicas que mantêm os pares de cromátides- irmãs unidas no início da mitose, com sua destruição, as cromátides- irmãs são separadas e dá início a anáfase. Os segundos alvos são as S- ciclinas e M- ciclinas, já que com essa destruição a maioria das Cdks da célula fica inativadas! Com isso, muitas proteínas fosforiladas na fase S ao início da mitose são desfosforiladas, sendo importantíssimo essa desfosforilação dos alvos das Cdks para a conclusão da fase M, incluindo também o fim da mitose e citocinese, vale lembrar que o APC/C continua ativo na fase G1, para fornecer um período estável de Cdk inativa. Lembre-se: quando tem APC/C, não tem Cdk, ou vice- versa.
Além da APC/C, há uma outra ubiquitina, a SCF, ela ubiquitina/ destrói proteínas CKI em G1 tardio, para possibilitar a ativação de S-Cdks e replicação de DNA, além de destruir também as ciclinas G1/S na fase S inicial.
A APC/C conta com 2 subunidades ativadoras que as ajuda a reconhecer suas proteínas- alvo, são elas a Cdc20 na metade da mitose ou Cdh1 a partir do fim da mitose através de G1 precoce. 
Da mesma forma da APC/C, a SFC também conta com auxiliares, dependendo das subunidades ligadas ao substrato chamadas proteínas F-box. Sua atividade é constante ao longo do ciclo, diferente da APC/C. 
Ou seja, é utilizado as ubiquitina- ligase APC/C e SFC.
FASE S: 
1. A replicação deve ocorrer com extrema precisão, para minimizar o risco de mutações na próxima geração de células;
2. Cada nucleotídeo do genoma deve ser copiado uma única vez, a fim de evitar efeitos danosos da amplificação gênica;
A S-Cdk inicia a replicação do DNA uma vez por ciclo! No início da fase S, a S-Cdk ativa a origem pela fosforilação de proteínas iniciadoras, como a DDK, promovendo um complexo proteico que ativa a helicase de DNA e recruta a maquinaria para a síntese de DNA, no mesmo momento que outros mecanismos inibem a formação de uma nova pré- RC, inibindo proteínas ORC e Cdc6 e inativando o APC/C no fim da G1. 
A replicação do DNA inicia nas origens de replicação (estão em vários locais pelo cromossomo), quando a helicase de DNA desenrola a dupla- hélice e as enzimas de replicação de DNA se ligam as duas fitas-moldes simples. Com isso, dá início a fase de alongamento de replicação, quando é formada as duas forquilhas de replicação que se distancia da origem. 
Para que haja a garantia que a replicação do DNA ocorra somente uma vez, a fase de iniciação da replicação do DNA é dividida em duas etapas diferentes do ciclo celular.
1 etapa- LICENCIAMENTO DAS ORIGENS DE REPLICAÇÃO: Ocorre no fim da mitose e início de G1: quando um par de helicases inativas se ligam à origem de replicação, formando o complexo pré- replicativo (pré-RC);
2 etapa- Ocorre na fase S, quando as helicases de DNA são ativadas, desenrolando o DNA e iniciando a síntese. Quando a origem de replicação for utilizada, as duas helicases se movem para fora da forquilha de replicação e à origem não pode ser utilizada até que uma nova pré- RC seja adicionada no final da mitose. 
Lembre-se que o complexo de reconhecimento deorigem (ORC) junto com as proteínas Cdc6 e Cdt1, na mitose tardia e G1 precoce, ajudam o ORC a ligar as helicases inativas ao DNA, perto da origem, formando o pré- RC. 
No início da fase S, a S-Cdk e DDK ativa as proteínas iniciadoras, que formam um grande complexo que ativa a helicase de DNA e recruta a maquinaria para a síntese de DNA, da mesma. Ao mesmo tempo que a S-Cdk inicia a replicação de DNA, muitos mecanismos previnem a ligação de novos pré-RCs (a S-Cdk inibe as proteínas ORC e Cdc6 e o APC/C é inativado no fim da G1).
Na mitose tardia e G1 precoce, o APC/C causa a degradação de um inibidor Cdt1 (germinina), permitindo que o Cdt1 se torne ativo.
EUCROMATINA: Cromatina mais aberta;
HETEROCROMATINA: Cromatina mais condensada;
-modificações nas histonas e várias proteínas não histonas que vão se ligando as fitas de DNA;
ORC + Cdc6 + DNA= complexo pré- replicativo.
Além da coesina, as cromátides- irmãs se mantém encadeadas, devido ao entrelaçamento de moléculas de DNA quando as forquilhas de replicação se encontra.
MITOSE	
PRÓFASE, PROMETÁFASE, METÁFASE, ANÁFASE E TELÓFASE.
A mitose é basicamente:
1) Aumento abrupto da atividade da M-Cdk (devido ao acúmulo de M-ciclina) na transição G2/M, desencadeando o início da mitose (prófase, prometáfase e metáfase) e a fosforilação de várias proteínas, formando o fuso mitótico e ligando as cromátides irmãs a ele;
2) Transição entre metáfase e anáfase, quando o APC/C causa a degradação da securina, a qual libera uma protease que cliva a coesina e inicia a separação das cromátides- irmãs; 
3) O APC/C promove a degradação das ciclinas, inativando as Cdks e desfosforilando seus alvos, o que é necessário para finalizar os eventos finais da fase M;
Funções da M-Cdk:
Forma o fuso mitótico, assegura que cada cromátide- irmã esteja ligada ao polo oposto do fuso, condensação dos cromossomos, desintegração do envelope nuclear, e outros. Junto com o M-Cdk, as cinases similares a Polo e as cinases Aurora também contribui com os eventos mitóticos. 
Para que a M-Cdk seja ativa, alguns eventos ocorrem, como: 1- ativação da proteína Cdc25, a Wee1 é inibida (a própria M- Cdk consegue ativar ou inibir essas proteínas).
No início da mitose, ocorre a condensação dos cromossomos e a resolução das cromátides- irmãs, por meio da qual as duas irmãs são separadas em unidades distintas por meio da remoção parcial da coesina, esses dois processos são devido a um complexo proteico de 5 subunidades chamadas de condensina.
Para a separação da cromátides- irmãs, depende do fuso mitótico. 
MICROTÚBULOS
Extremidade (+): Irradiam para fora do polo;
Extremidade (-): Orientada aos dois polos;
MICROTÚBULOS INTERPOLARES: As extremidades (+) de alguns microtúbulos sobrepõem-se com as extremidades (+) de microtúbulos de outro polo, formando uma rede antiparalela na região média do fuso;
MICROTÚBULOS CITENOCOROS: As extremidades (+) de outros microtúbulos se ligam são ligadas aos pares de cromátides irmãs nos cinetócoros, o qual está no centrômero de cada cromátide- irmã;
MICROTÚBULOS ASTRAIS: Microtúbulos que se irradiam a partir dos polos e contatam o córtex da célula, ajudando no posicionamento do fuso na célula;
Cada polo do fuso é orientado pelo centrossomo.
A função do fuso mitótico depende de algumas proteínas motoras, como a cinesina-5, cinesina-1,4, cinesina-1, cinesina-10 e dineína.
Aproximadamente, quando a célula entra na fase S, os centrossomos são duplicados pela ação da G1/S-Cdk e a célula permanece com dois centrossomos até o fim da divisão. Os centrossomos, que contém os centríolos, só podem se dividir uma vez por ciclo celular.
A formação do fuso começa no início da mitose, quando os 2 centrossomos se separam ao longo do envelope nuclear, puxados por proteínas motoras dineínas que ligam microtúbulos astrais ao córtex celular. 
Ocorre também a maturação do cromossomo, que é a ampliação da habilidade dos centrossomos em nuclear novos microtúbulos devido ao aumento de complexos de gama- tubulina;
Para que se conclua o processo da formação do fuso, o envelope nuclear deve ser fragmentado, essa fragmentação ocorre quando a M-Cdk fosforila várias subunidades dos complexos de poros nucleares no envelope nuclear. 
A maioria das células na interfase contém os microtúbulos saindo de um único centrossomo, e com a entrada na mitose, acaba que os longos microtúbulos que irradiam a partir de um centrossomo sofre dissociação e cromossomos mais curtos e dinâmicos que emanam dos dois centrossomos passam a ser polimerizados. 
Os microtúbulos dinâmicos são controlados por proteínas associadas à microtúbulos que promovem estabilidade e fatores catástrofe que desestabiliza as extremidades dos microtúbulos.
Se na metáfase, um único cromossomo é arrastado para fora do alinhamento, uma massa de novos microtúbulos do fuso aparece ao redor do cromossomo recém- posicionado, no mesmo momento que os microtúbulos da posição anterior se despolimerizam. As ligações incorretas são altamente instáveis e de curta duração, enquanto que as ligações corretas são estabilizadas em seu devido lugar, essa detecção ocorre por meio da tensão que cada ligação expressa (quando há biorientação, as forças são fortes, já quando está no lugar incorreto, as ligações são fracas, tendendo ao relaxamento). A tensão também define se novos microtúbulos vão ou não serem ligados ao cinetócoro.
Na ausência de centrossomos, os cromossomos fazem seu papel e ajudam a organizar os microtúbulos do fuso, mas como também falta os microtúbulos astrais, acaba que o fuso é mal posicionado na célula.
A ligação do microtúbulo depende do complexo Ndc80, ele funciona como uma cola entre o cinetócoro e o microtúbulo, mas ainda assim a fixação não é tão rápida a ambos os polos do eixo, já que muitas fixações iniciais são fixações laterais instáveis em que o cinetoco se fixa a um dos microtubulos, com a ajuda da cinesina, outra forma é quando os microtúbulos pequenos na vizinhança dos cromossomos tornam-se incorporados nas extremidades do cinetócoro, então a polimerização nessas extremidades resulta no crescimento dos microtúbulos a partir do cinetócoro. 
BIORIENTAÇÃO: Cromátides- irmãs ligadas a polos opostos do fuso mitótico! Isso ocorre porque os cinetócoros- irmãos são dispostos em uma orientação de costas um para o outro, reduzindo a probabilidade deles estarem voltados para o mesmo polo. 
PONTO DE VERIFICAÇÃO DA FORMAÇÃO DO FUSO: Um ponto que bloqueia a transição entre metáfase e anáfase, caso haja algum cromossomo incorretamente biorientado no fuso mitótico (é garantido por meio da tensão). 
Todo cinetócoro que não está corretamente ligado, envia um sinal negativo que se difunde e impede a ativação de Cdc20- APC/C e, consequentemente, a transição para a anáfase, um desses sinais é o Mad2, sendo difundido por toda a célula.
ANÁFASE A: Movimento inicial dos cromossomos em direção aos polos, acompanhado pelo encurtamento dos micrutúbulos do cinetócoro. 
Esse movimento é devido a duas principais forças. A primeira é devido a despolimerização dos microtúbulos no cinetócoro, perdendo as subunidades de tubulina na extremidade (+) a medida que o cinetócoro se move em direção ao polo. A segunda é devido ao fluxo dos microtúbulos, que é o movimento destes em direção ao polo do fuso, onde ocorre a despolimerização da extremidade (-);
ANÁFASE B: Separação dos próprios polos do fuso, após a cromátide- irmã ter se separado e os cromossomos distanciado. 
A separação do polo do fuso aqui depende de motores, as proteínas motoras cinesina-5 orientadas para o +, ligam as extremidades + sobrepostas dos microtúbulos interpolares e afastam os polos.
Deve haver a destruição da M-ciclina pela produção do APC/C.
No fim da anáfase, os cromossomos filhos se segregam em dois grupos iguais nas extremidades opostas da célula. Quando chega a telófase, os 2 conjuntos de cromossomos são empacotados em um par de núcleos- filhos. Primeiro ocorre a despolimerização do fuso mitótico, depois forma o envelope nuclear. No início, os fragmentos da membrana nuclearse associa à superfície de cromossomos individuais, os quais se fundem para envolver parcialmente os grupos de cromossomos e depois coalescer para formar o envelope nuclear;
Aqui ocorre a ativação do APC/C e inativação da M-Cdk.
CITOCINESE 
DIVISÃO DO CITOPLASMA!
Quando a célula passa pela mitose sem citocinese, o resultado são vários núcleos na mesma célula. Ela começa na anáfase e termina pouco depois do fim da mitose na telófase. A primeira mudança que aparece é um reentrância, ou suco de clivagem na superfície celular, o sulco se torna mais profundo e se espalha ao redor da célula, até dividir a célula em duas. Esse processo é devido ao anel contrátil, um agrupamento dinâmico formado por filamentos de actina, miosina II e muitas proteínas estruturais e reguladoras.
A formação e contração do anel contrátil é devido a RhoA. O fuso gera sinais que iniciam a formação do sulco entre os dois centrossomos.