Existem basicamente dois tipos de divisão celular: a mitose e a meiose.
Uma célula, dividindo-se por mitose, dá origem a duas novas células
com o mesmo número de cromossomos da célula inicial. A mitose
é importante no crescimento dos organismos multicelulares e nos processos
de regeneração de tecidos do corpo.
Na meiose, uma célula dá origem a quatro novas células
com a metade do numero de cromossomos da célula inicial. A meiose é
importante para a variabilidade gênica, sendo um tipo de divisão
que ocorre no processo de formação do gametas nos indivíduos
que apresentam reprodução sexual.
A reprodução é uma propriedade fundamental das células.
As células se reproduzem através da duplicação de
seus conteúdos e posterior divisão em duas células filhas,
este processo é a garantia de uma sucessão contínua de
células identicamente dotadas. Em organismos unicelulares, existe uma
pressão seletiva para que cada célula cresça e se divida
o mais rápido possível, porque a reprodução celular
é responsável pelo aumento do número de indivíduos.
Nos organismos multicelulares, a produção de novas células
através da duplicação permite a divisão do trabalho,
no qual grupos de células tornam-se especializados em determinada função.
Essa multiplicação celular porém, tem que ser regulada
porque a formação de novas células tem que compensar a
perda de células pelos tecidos adultos. Um indivíduo adulto possui
10 x10 13 , todas derivadas de uma única célula, o óvulo
fecundado. Mesmo em um organismo adulto, a multiplicação celular
é um processo contínuo. O homem possui 2,5x10 13 eritrócitos,
cujo tempo de vida médio e de 10 7 segundos ( 120 dias ) para manter
esses níveis constantes são necessárias 2, 5 milhões
de novas células pôr segundo. Apesar de inúmeras variações
existentes, os diferentes tipos celulares apresentam um nível de divisão
tal que é ótimo para o organismo como um todo, porque o que interessa
é a sobrevivência do organismo como um todo e não de uma
célula individual. Como resultado as células de um organismo dividem
-se em níveis diferentes. Algumas, como os neurônios nunca se dividem.
Outras, como as epiteliais, dividem-se rápida e continuamente.
Ciclo Celular
O ciclo é dividido em duas etapas básicas: a intérfase
e a mitose. Tanto a intérfase como a mitose apresentam-se subdivididas
em períodos ou fases. Os períodos da interfase são: G1,
S e G2. As Fases da mitose são: prófase, metáfase, anáfase
e telófase. A intérfase é sempre a fase mais demorada do
que a mitose, correspondendo a 90% a 95% do tempo total gasto por uma célula
durante o seu ciclo.
O ciclo celular compreende os processos que ocorrem desde a formação
de uma célula até sua própria divisão em duas células
filhas. A principal característica é sua natureza cíclica.
O estudo clássico da divisão celular estabelece duas etapas no
ciclo celular; de um lado aquela em que a célula se divide originando
duas células descendentes e que é caracterizada pela divisão
do núcleo ( mitose ) e a divisão do citoplasma ( citocinese ).
A etapa seguinte, em que a célula não apresenta mudanças
morfológicas, é compreendida no espaço entre duas divisões
celulares sucessivas e foi denominada de intérfase. Pôr muito tempo
os citologistas preocuparam-se com o período de divisão, e a interfase
era considerada como uma fase de repouso. Mais tarde observou-se, no entanto,
que a interfase era uma fase de atividade biossintética intensa, durante
a qual a célula duplica seu DNA e dobra de tamanho. O estudo do ciclo
celular sofreu uma revolução nos últimos anos. No passado
o ciclo era monitorado através de M.O e o foco de atenção
era a segregação dos cromossomos que é a parte microscopicamente
visível. Técnicas especiais de estudo como a radiautografia permitiram
demonstrar que a duplicação do DNA ocorre em determinado período
da interfase o que permitiu a divisão da interfase em 3 estágios
sucessivos, G1, S e G2, o que compreende em geral cerca de 90% do tempo do ciclo
celular. Onde G1 compreende o tempo decorrido entre o final da mitose e inicio
da síntese. O período S corresponde ao período de duplicação
do DNA e o período G2, o período entre o final da síntese
e o inicio da mitose.
Período G1: Este período se caracteriza por uma intensa síntese
de RNA e proteínas, ocorrendo um marcante aumento do citoplasma da célula
- filha recém formada. É nesta fase que se refaz o citoplasma,
dividido durante a mitose. No período G1 a cromatina esta esticada e
não distinguível como cromossomos individualizados ao MO. Este
é o estágio mais variável em termos de tempo. Pode durar
horas, meses ou anos. Nos tecidos de rápida renovação,
cujas células estão constantemente em divisão, o período
G1 é curto; como exemplo temos o epitélio que reveste o intestino
delgado, que se renova a cada 3 dias. Outro tecido com proliferação
intensa é a medula óssea, onde se formam hemácias e certos
glóbulos brancos do sangue. Todos estes tecidos são extremamente
sensíveis aos tratamentos que afetam a replicação do DNA
(drogas e radiações ), razão pela qual são os primeiros
a lesados nos tratamentos pela quimioterapia do câncer ou na radioterapia
em geral. Outros tecidos não manifestam tão rapidamente lesões
por apresentarem proliferação mais lenta, tal como ocorre na epiderme
( 20 dias ) e no testículo (64 dias ). Tecidos cujas células se
reproduzem muito raramente, como a fibra muscular, ou que nunca se dividem,
como os neurônios do tecido nervoso, o ciclo celular esta interrompido
em G1 em um ponto específico denominado G0.
Período S: Este é o período de síntese. Inicialmente
a célula aumenta a quantidade de DNA polimerase e RNA e duplica seu DNA.
As duas cadeias que constituem a dupla hélice separam-se e cada nucleotídeo
serve de molde para a síntese de uma nova molécula de DNA devido
a polimerização de desoxinucleotídeos sobre o molde da
cadeia inicial, graças a atividade da DNA polimerase. Esta duplicação
obedece o pareamento de bases onde A pareia com T e C com G e como resultado
teremos uma molécula filha que é a replica da molécula
original. A célula agora possui o dobro de quantidade de DNA. O estudo
das alterações provocadas no DNA por radiações ultravioletas
ou raio X, demonstrou que nem sempre o efeito dessas radiações
era letal. A analise deste fenômeno levou ao conhecimento de vários
tipos de mecanismos de reparação do DNA das células. Nas
células normais as alterações produzidas por radiações
são reparadas antes de terem tempo de se transmitirem as células
- filhas. Este sistema possui grande importância na seleção
evolutiva das espécies, pois teriam uma condição essencial
para o desenvolvimento de organismos com quantidades cada vez maiores de DNA
e com maior número de células.
Período G2: O período G2 representa um tempo adicional para o
crescimento celular, de maneira que a célula possa assegurar uma completa
replicação do DNA antes da mitose. Neste período ocorre
uma discreta síntese de RNA e proteínas essenciais para o inicio
da mitose. É considerado o segundo período de crescimento. Apesar
desta divisão nos períodos de crescimento, atualmente sabe-se
que ele é um processo continuo, sendo interrompido apenas brevemente
no período de mitose. A célula agora esta preparada para a mitose,
que é a fase final e microscopicamente visível do ciclo celular.
CONTROLE DO CICLO CELULAR
O ciclo celular é regulado pela interação de proteínas.
Essas proteínas compõem o Sistema de Controle que conduz e coordena
o desenvolvimento do ciclo celular. Essas proteínas surgiram a bilhões
de anos e tem sido conservadas e transferidas de célula para célula
ao longo da evolução O ciclo celular em organismos multicelulares,
é controlado por proteínas altamente específicas, denominadas
de fatores de crescimento. Os fatores de crescimento regulam a proliferação
celular através de uma rede complexa de cascatas bioquímicas que
por sua vez regulam a transcrição gênica e a montagem e
desmontagem de um sistema de controle. São conhecidas cerca de 50 proteínas
que atuam como fatores de crescimento, liberados por várias tipos celulares.
Para cada tipo de fator de crescimento, há um receptor específico,
os quais algumas células expressam na sua superfície e outras
não. Os fatores de crescimento podem ser divididos em duas grandes classes:
1) Os fatores de crescimento de ampla especificidade, que afetam muitas classes
de células, como por exemplo o PDGF ( fator de crescimento derivado das
plaquetas) e o EGF ( fator de crescimento epidérmico ). A segunda classe
de fatores de crescimento são os Estreita especificidade, que afetam
células específicas. A proliferação celular depende,
de uma combinação específica de fatores de crescimento.
Alguns FC estão presentes na circulação, porém a
maioria dos FC é originada das células da vizinhança da
célula afetada e agem como mediadores locais. Os FC além de serem
responsáveis pela regulação do crescimento e da divisão
celular estão também envolvidos em outras funções
como: sobrevivência, diferenciação e migração
celular.
FATORES DE CRESCIMENTO E CONTROLE DO CICLO CELULAR
Os fatores de crescimento liberados ligam-se a receptores de membrana das células
alvo. A formação do complexo receptor - ligante, dispara a produção
de moléculas de sinalização intracelular. Essas moléculas
são responsáveis pela ativação de uma cascata de
fosforilação intracelular, que induz a expressão de genes.
O produto da expressão destes genes são os componentes essenciais
do Sistema de Controle do Ciclo celular, que é composto pricipalmente
por duas famílias de proteínas: 1. CdK ( cyclin - dependent protein
Kinase ) que induz a continuidade do processo através da fosforilação
de proteinas selecionadas 2. Cyclins que são proteínas especializadas
na ativação de proteínas. Essas proteínas se ligam
a CdK e controlam a fosforilação de proteínas alvo. São
reconhecidas duas familias de Cyclins: Cyclins G1 e Cyclins G2 O ciclo de montagem,
ativação e desmontagem do complexo cyclin-CdK são os eventos
bases que dirigem o ciclo celular. O ciclo é regulado para parar em pontos
específicos. Esses pontos permitem que o sistema de controle sofra influência
do meio. Nesses pontos de parada são realizados check up. São
reconhecidos dois pontos de Check point:
- Em G1 - antes da célula entrar na fase S do ciclo
- Em G2 antes da célula entrar em mitose. Nestes pontos são checados
as condições do meio extracelular e da própria célula.
O controle do ciclo nesses pontos é realizado por duas famílias
de proteínas: No período G1 ocorre a montagem do complexo Cyclin-CdK
que fosforiliza proteínas especificas induzindo a célula a entrar
no período S. O complexo se desfaz com a desintegração
da cyclin. No período G2 as cyclins mitóticas ligam-se a proteínas
CdK formando um complexo denominado de MPF (M.phase Promiting Factor ) que é
ativado por enzimas e desencadeiam eventos que levam a célula a entrar
em mitose. O complexo é desfeito pela degradação da cyclin
mitótica quando a célula esta entre a metáfase e anáfase
induzindo a célula a sair da mitose. Assim cada passo da ativação
ou desativação marca uma transição no ciclo celular.
Essa transição por sua vez iniciam reações que servem
de gatilhos para a continuidade do processo. Existem duas preposições
para explicar a atuação do sistema de controle: Cada bloco indica
um processo essencial no ciclo ( Replicação do DNA, síntese
de proteínas, formação do fuso..) Na hipótese A.
cada processo ativa o processo seguinte, num efeito dominó. A hipótese
B ajusta-se melhor ao ciclo celular onde os sistemas de controle do ciclo ativam
a continuidade do processo.
MITOSE
A mitose ( do grego: mitos = filamento ) é um processo de divisão
celular, característico de todas as células somática vegetais
e animais. É um processo continuo que é dividido didaticamente
em 5 fases: Profáse, metáfase, anáfase, telófase,
nas quais ocorrem grande modificações no núcleo e no citoplasma.
O desenvolvimento das sucessivas fases da mitose são dependentes dos
componentes do aparelho mitótico.
Aparelho Mitótico
O aparelho mitótico é constituído pelos fusos, centríolos,
ásteres e cromossomos. O áster é um grupo de microtúbulos
irradiados que convergem em direção do centríolo. As fibras
do fuso são constituídas por:
1. Microtúbulos polares que se originam no polo.
2. Microtúbulos cinetecóricos, que se originam nos cinetecóro
3. Microtúbulos livres.
Cada cromossomo é composto por duas estruturas simétricas: as
cromátides, cada uma delas contém uma única molécula
de DNA. As cromátides estão ligadas entre si através do
centrômero, que é uma região do cromossomo que se liga ao
fuso mitótico, e se localiza num segmento mais fino denominado de constrição
primária.
Intérfase:
Na intérfase o núcleo das células apresenta: Carioteca,
nucleoplasma, nucléolo e cromatina, característicos. Nesse período
há intensa atividade celular e síntese de RNA. Quando a célula
inicia divisão, observa-se alterações no núcleo
que vão caracterizar as fases da mitose.
É na intérfase que ocorre a duplicação dos cromossomos,
antes de iniciar a divisão. A intérfase é caracterizada
pelos períodos: G1 (quantidade de DNA constante), S (duplicação
do DNA) e G2 (inicia-se a mitose, quantidade de DNA retorna à quantidade
inicial).
Mitose
Processo pelo qual as células de animais se dividem, produzindo, cada
uma, duas células idênticas à original. A reprodução
de células-filhas iguais à original tem como finalidade repor
as células mortas no organismo, ou possibilitar o aumento do número
delas nos processos de crescimento. Outro processo de divisão celular
é a meiose, que produz quatro células com metade dos cromossomos
da célula-mãe. No período que antecede a mitose, ocorre
a duplicação dos cromossomos, numa fase denominada de interfase.
Então, os filamentos simples de cromossomos passam a ser duplos, recebendo
o nome de cromátides. Nas células humanas, os 23 cromossomos passam
a ser 23 pares, unidos por um ponto denominado centrômero. A divisão
da célula realiza-se em quatro diferentes fases: prófase, metáfase,
anáfase e telófase.
- Prófase: Fase inicial da mitose, nota-se alterações no
núcleo e no citoplasma, os cromossomos já duplicados começam
a se condensar, tornando-se visíveis. Enquanto os cromossomos estão
se condensando, o nucléolo começa a se tornar menos evidente,
desaparecendo ao final da prófase. No citoplasma ocorre modificações
no centro celular e nos microtúbulos do citoesqueleto. No início
da prófase, os microtúbulos do citoesqueleto se desorganizam e
as moléculas de tubulina que os compõem ficam livres no citosol,
que irão compor o fuso mitótico. As fibras do áster dispõem-se
radialmente apartir de cada centro celular. Essas fibras mais longas, agora
formadas, partem de cada áster em direção à região
equatorial da célula e recebe o nome de fibras polares. Ao final da prófase,
surgem no centrômero de cada cromossomo duplicado duas estruturas especializadas,
denominadas cinetócoros.
- Metáfase: Os cromossomos encontram-se alinhados em um mesmo plano na
região equatorial da célula, denominado placa metafásica
ou equatorial. Enquanto os cromossomos permanecem estacionários, verifica-se
no citoplasma intensa movimentação de partículas e organelas,
que se dirigem eqüitativamente para pólos opostos da célula.
- Anáfase: Inicia-se no momento em que o centrômero de cada cromossomo
duplicado divide-se longitudinalmente, separando as cromátides-filhas.
Assim que se separam, passam a ser chamados cromossomos-filhos e são
puxados para os pólos opostos da célula, orientados pela fibra
do fuso. Quando os cromossomos-filhos atingem os pólos das células,
termina a anáfase. Assim, cada pólo recebe o mesmo material cromossômico,
uma vez que cada cromossomo-filho possui a mesma informação genética.
- Telófase: Ocorre praticamente o inverso do que ocorreu na prófase:
a carioteca se reorganiza, os cromossomos se descondensam, o cinetócoro
e as fibras cinetocóricas desaparecem e o nucléolo se reorganiza.
Os dois núcleos-filhos adquirem ao final da telófase o mesmo aspecto
de um núcleo interfásico. As fibras polares não desaparecem
nessa etapa, ficando restritas ao citoplasma.
MEIOSE
Processo de divisão celular no qual células diplóides,
ou seja, com dois lotes de cromossomos, dão origem a quatro células
haplóides, com apenas um lote de cromossomos. Essa forma de divisão
possibilita a formação dos gametas (células sexuais). Nas
células humanas diplóides existem 46 cromossomos. Através
da meiose, elas passam a ter 23 cromossomos. No processo de fecundação
humana, ocorre a união de dois gametas dos pais, resultando em um ovo
com 46 cromossomos. A meiose é responsável pela diversificação
do material genético nas espécies. A reprodução
sexuada permite a mistura de genes de dois indivíduos diferentes da mesma
espécie para produzir descendentes que diferem entre si e de seus pais
em uma série de características. A meiose ocorre em duas etapas
que, por sua vez, se subdividem em prófase, prómetafase, metáfase,
anáfase e telófase. A fase que antecede a meiose é conhecida
como interfase, quando os cromossomos da célula se duplicam e se apresentam
como filamentos duplos, as cromátides. Dividimos em duas etapas: Meiose
I e Meiose II.
Resumidamente, a meiose é um mecanismo destinado à distribuição
das unidades hereditárias ou genes, permitindo sua recombinação
independente e ao acaso. Com a distribuição aleatória dos
homólogos maternos e paternos entre as células-filhas na divisão
meiótica I, cada gameta recebe uma mistura diferente de cromossomos maternos
e paternos.
Deste processo, um indivíduo poderia, a princípio, produzir 2n
gametas diferentes, onde n é o número de haplóide de cromossomos.
Em seres humanos, por exemplo, cada indivíduo pode produzir, no mínimo,
223 = 8,4 x 106 gametas geneticamente diferentes.
Porém, o número de variantes é muito maior, devido ao crossing-over,
fenômeno que ocorre durante a longa prófase da divisão meiótica
I. Este processo proporciona uma mistura da constituição genética
de cada um dos cromossomos nos gametas.
A recombinação genética que decorre do crossing-over pode,
eventualmente, traduzir-se numa vantagem evolutiva a uma espécie, ao
longo dos anos.
A prófase I da meiose I foi dividida em 5 subfases consecutivas: Leptóteno,
Zigóteno, Paquíteno, Diplóteno e Diacinese.
As fases da Meiose I
Prófase I:
- Leptóteno: Cada cromossomo é formado por duas cromátides.
No leptóteno, os cromossomos duplicados iniciam a sua condensação,
podendo-se notar a presença de regiões mais condensadas, chamadas
cromômeros.
- Zigóteno: A condensação dos cromossomos progride e os
homólogos pareiam-se num processo denominado Sinapse. O início
do pareamento ocorre no zigóteno e se completa no paquíteno. Na
mitose não há pareamento de homólogos.
- Paquíteno: Os cromossomos homólogos já estão perfeitamente
emparelhados, sendo possível visualizá-los melhor. Cada par de
cromossomos homólogos possui 4 cromátides, constituindo uma tétrade
ou bivalente, formada por :
• - Cromátides- irmãs: Originam de um mesmo cromossomo;
• - Cromátides- homólogas: Originam de cromossomos homólogos.
Duas cromátides homólogas podem sofrer uma ruptura na mesma altura
e os dois pedaços podem trocar de lugar, realizando assim, uma Permutação
ou Crossing-Over. Em virtude do crossing-over, ocorre recombinação
gênica, processo importante no aumento da variabilidade gênica da
espécie.
- Diplóteno: Cromossomos homólogos começam a se afastar,
mas permanecem ligados por regiões onde ocorreu crossing-over. Tais regiões
constituem os quiasmas. O número de quiasmas fornece, então, o
número de permutações ocorridas.
- Diacinese: Continua a ocorrer condensação dos cromossomos e
a separação dos homólogos. Com isso, os quiasmas vão
escorregando para as pontas das cromátides, processo denominado Terminalização
dos Quiasmas.
Metáfase I:
Os cromossomos duplicados e pareados permanecem dispostos no equador da célula.
Os cromossomos atingem o máximo de condensação e os quiasmas
mantêm os cromossomos homólogos unidos.
Anáfase I:
Caracteriza-se pelo deslocamento dos cromossomos para os pólos. O par
de cromossomos homólogos separa-se, indo um cromossomo duplicado de cada
par para um pólo da célula.
Não ocorre divisão do centrômero. Essa é uma importante
diferença entre a anáfase da mitose e da meiose. Encontram-se
2n cromossomos não duplicados em cada pólo da célula e
na meiose I encontram-se n cromossomos duplicados a esses cromossomos duplos
da meiose I, isto é, às duas cromátides ligadas pelo centrômero
dá-se o nome de Díades.
Telófase I:
Com a chegada das díades aos pólos, termina a anáfase I
e tem início a telófase I. O que ocorre na telófase I da
meiose é bastante semelhante ao que acontece na telófase da mitose:
os cromossomos desespiralizam-se, a carioteca e o nucléolo reorganizam-se
e ocorre a citocinese.
As Fases da Meiose II:
É extremamente semelhante à mitose. A formação de
células haplóides a partir de outras haplóides só
é possível porque ocorre, durante a meiose II, a separação
das cromátides que formam as díades. Cada cromátide de
uma díade dirige-se para um pólo diferente e já pode ser
chamada cromossomo-irmão.