Ciclo Celular.

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1 Ciclo Celular

2 Histórico Rudolf Virchow: “As células originam-se de outras células preexistentes”. Eduard Strasburger: Primeiras figuras de células em divisão (célula ciliada de flor de Tradescantia).

3 CICLO CELULAR Reprodução celular
Crescimento e desenvolvimento dos organismos: Muitas rodadas de divisão celular produz um novo organismo a partir de uma célula ovo (organismos pluricelulares; Reposição de células mortas e regeneração de partes danificadas.

4 CICLO CELULAR Fase G1 – 12h; Fase S – 8h; Fase G2 – 4h; Fase M – 1h.
O ciclo celular é dividido em duas grandes fases: a INTERFASE e a DIVISÃO CELULAR (ou FASE M). A intérfase é o período mais “comprido” do ciclo celular, no qual vários processos importantes ocorrem: o DNA é replicado, os centríolos se dividem e proteínas são sintetizadas em larga escala. Fase G1 – 12h; Fase S – 8h; Fase G2 – 4h; Fase M – 1h.

5 CICLO CELULAR Divisão celular durante toda a vida: reposição de células mortas. Diferentes taxas de divisão celular entre as células.

6 Sistema - controle do ciclo celular
Ativar e desativar enzimas e outras proteínas responsável por determinados processos durante o ciclo. Assegurar que um processo tenha terminado antes do início do próximo evento Considerar as condições externas à célula: estímulos para a divisão celular Possui “freios-moleculares” que podem parar o ciclo em vários pontos de checagem Pontos de checagem também podem ser regulados por: Fatores de crescimento e Moléculas sinalizadoras extra-celulares

7 Como o sistema-controle regula os eventos do ciclo celular?
Fosforilar proteínas chaves que controlam a maquinaria do ciclo: iniciam e regulam a replicação mitose citocinese Ativação das proteino-quinases é feita por ciclinas que são conhecidas como proteino-quinases dependentes de ciclinas (Cdks). Cdks e ciclinas são produzidas durante toda a intérfase São proteínas altamente específicas Um acúmulo de determinada ciclina ativa a Cdk correspondente e faz com que o evento determinado por estas sejam desencadeados Para que o processo desencadeado seja bloqueado, ocorre a ubiquitinação da ciclina e sua conseqüente degradação A ciclina sozinha não consegue ativar a Cdk A Cdk sofre fosforilação e desfosforilação em sítios específicos para tornar-se enzimaticamente ativas.

8 CICLO CELULAR INTERFASE- FASE G1
Durante a fase G1 do ciclo celular, cada célula toma uma decisão fundamental: ou continua outro ciclo e se divide, ou permanece em um estado de não divisão temporário ou permanente (G0). ↑ crescimento ↑ organelas ↑ proteínas ↑ RNAs Começa a preparação para a divisão celular! Nesta fase, as células aumentam de tamanho, produzem RNA e sintetizam proteínas. Um importante.

9 Transcrição do DNA A transcrição é necessária para gerar mais proteínas Visão geral do dogma central da biologia molecular, todos os RNA são transcritos do DNA, mas em alguns virus o material genético é o RNA, transcriptase reversa permite sua conversão em DNA.

10 Transcrição do DNA A estrutura do RNA difere do DNA, normalmente unifilamentar, hidroxila no carbono 2’ e uracila ao invés de timina

11 Transcrição do DNA Além de uma estrutura primária o rna pode apresentar estruturas secundárias

12 Transcrição do DNA Existem várias classes de moléculas de RNA

13 Transcrição do DNA A unidade de transcrição vista com microscopia eletrônica se assemelha a uma árvore de natal

14 Transcrição do DNA As moléculas de RNA sintetizadas são complementares e com polaridade inversa a um dos dois filamentos de nucleotídeos do DNA, o filamento molde

15 Transcrição do DNA O RNA é nomralmente transcrito de um filamento do DNA

16 Transcrição do DNA A unidade de transcrição possui um promotor uma região codificante e um finalizador

17 Transcrição do DNA Na transcrição os nucleotídeos são adicionados a extremidade 3’ do RNA sintetizado

18 Transcrição do DNA A RNA polimerase é uma enzima multimérica. O fator sigma se liga ao cerne da enzima para formar a holoenzima, capaz de se ligar ao promotor e iniciar a transcrição.

19 Transcrição do DNA Ezistem diferentes RNAs polimerases eucarióticas

20 Transcrição do DNA Promotores bacterianos possuem sequencias consenso adjacentes a uma sequencia codificante

21 Transcrição do DNA Sequências consenso promotoras procarióticas são encontradas -10 (pribnow box) e a -35 nucleotídeos da região codificante

22 Transcrição do DNA O início da transcrição procariótica se dá quando o fator sigma se associa a rna polimerase, a holoenzima liga-se fracamente ao promotor mas uma mudança conformacional torna essa ligação mais forte e deselicoidiza um trecho da molécula de DNA dentro da sequência -10

23 Transcrição do DNA Dois fosfatos são liberados de cada trifosfato de nucleosídeo criando uma molécula de RNA que é adicionada a ponta 3’ da molécula crescente de RNA. O fator sigma é liberado a medida que a polimerase se move além do promotor.

24 Transcrição do DNA Milhares de nucleotídeos por minuto!!
Dois fosfatos são liberados de cada trifosfato de nucleosídeo criando uma molécula de RNA que é adicionada a ponta 3’ da molécula crescente de RNA. O fator sigma é liberado a medida que a polimerase se move além do promotor.

25 Transcrição do DNA A estrutura da RNA polimerase permite a compreensão de sua função, a dupla-hélice de DNA entra por um sulco e deselicoidiza-se. O dúplice DNA-RNA é inclinado em um ângulo reto que posiciona a ponta 3’ do RNA no seu sítio ativo.

26 Transcrição do DNA O término da transcrição bacteriana possui dois tipos, dependente de rho e independente de rho

27 Transcrição do DNA No termino dependente de rho a helicase rho se desloca pela molécula de RNA até encontrar a região de helicoidização DNA-RNA junto a polimerase travada no grampo formado pela sequência finalizadora de transcrição, aí usa sua atividade de helicase para libirar o hibrido DNA-RNA liberando a rna polimerase levando ao fim da transcrição

28 Transcrição do DNA Um promotor genérico não pode ser descrito para promotores eucarióticos, pois cada RNA polimerase possui o seu., o da imagem é um promotor de RNA polimerase II (transcreve pé-mRNAs)

29 Transcrição do DNA Os elementos dos promotores eucarióticos podem ser combinados de maneiras diferentes para gerar um promotor funcional

30 Transcrição do DNA TBP se liga ao TFIID que é o fator geral de transcrição e se liga ao promotor cerne, o aparato basal de transcrição se reúne a RNA polimerase II e ligam-se ao promotor cerne.

31 Transcrição do DNA Proteínas ativadoras ligam-se a sequencias nos acentuadores (enhancers) O DNA faz uma alça permitindo o contato dos acentuadores com o aparato basal de transcrição

32 Transcrição do DNA Milhares de nucleotídeos por minuto!!
Dois fosfatos são liberados de cada trifosfato de nucleosídeo criando uma molécula de RNA que é adicionada a ponta 3’ da molécula crescente de RNA. O fator sigma é liberado a medida que a polimerase se move além do promotor.

33 Transcrição do DNA Para o término da transcrição da RNA polimerase II o pré-mRNA é clivado em uma sequência consenso e a rna polimerase continua a transcrição.

34 Transcrição do DNA Então a exonuclease Rat1 liga-se a ponta do transcrito e move-se até a RNA polimerase causando o término da transcrição.

35 CICLO CELULAR Ponto de checagem – Ponto de Restrição.
checkpoint é ativado durante a fase G1 para garantir que a célula está pronta para dar prosseguimento à divisão

36 p53 - Reguladora do ciclo celular
Produzida em grandes quantidades quando existem danos no DNA Interrompe o ciclo celular e ativa apoptose Mutações no gene da p53 → Câncer

37 CICLO CELULAR INTERFASE - FASE S
A duplicação do DNA, que é um evento muito importante, pois garante que as células-filhas possam receber uma cópia exata de cada molécula de DNA da célula parental. Síntese de Histonas

38 Semiconservativa Replicação do DNA Molde
Trifosfatos de desoxiribonucleosídeos Enzimas e proteínas A replicação pode ocorrer de diversas maneiras: em teta, em circulo rolante e a replicação linear produzem moléculas de DNA por replicação semi-conservativa.

39 Replicação do DNA A replicação pode ocorrer de diversas maneiras: em teta, em circulo rolante e a replicação linear produzem moléculas de DNA por replicação semi-conservativa.

40 Replicação do DNA A replicação em teta, em circulo rolante e a replicação linear produzem moléculas de DNA por replicação semi-conservativa.

41 Replicação do DNA A replicação em teta, em circulo rolante e a replicação linear produzem moléculas de DNA por replicação semi-conservativa.

42 Replicação do DNA A síntese de DNA é requer um molde uni filamentar, trifosfatos de desoxiribonucleosídeos, um filamento crescente de nucleotídeos e um grupo de enzimas e proteínas. Os filamentos recém sintestisados são complementares e de polaridade inversa ao filamento molde.

43 Replicação do DNA O sentido da síntese é sempre 5’ -> 3’. Como os dois filamentos tem polaridade inversa a síntese continua da direita para a a esquerda em um filamento e da direita para a esquerda em outro.

44 Replicação do DNA A sintese é continua em um filamento do DNA e descontinua no outro.

45 Replicação do DNA A maneira que a replicação prossegue é diferente nos diferentes tipos de moléculas de DNA

46 Replicação do DNA Replicação procariótica
NO curso da replicação as proteínas iniciadoras ligam-se a oriC e deselicoidizam um trecho de DNA permitindo a entrada da helicase, e posteriormente as proteínas de ligação unifilamentar e a DNA girase

47 Replicação do DNA A helicase liga-se ao filamento lagging e se move no sentido 3’ -> 5’

48 Replicação do DNA a primase sintetisa trechos curtos de RNA fornecendo um 3’ OH ao qual a DNA polimerase pode adicionar nucleotídeos de DNA

49 Replicação do DNA A Ligase fecha o corte deixado pela DNA polimerase no arcabouço açúcar fosfato

50 Replicação do DNA Modelo de replicação do DNA em Escherichia coli. Duas DNA Polimerases estariam conectadas durante a duplicação.

51 Replicação do DNA Modelo de replicação do DNA em Escherichia coli. Duas DNA Polimerases estariam conectadas durante a duplicação.

52 Replicação do DNA Milhares de nucleotídeos por minuto!! (as mais rápidas...) Modelo de replicação do DNA em Escherichia coli. Duas DNA Polimerases estariam conectadas durante a duplicação.

53 Replicação do DNA Replicação Eucariótica Nucleossomos
Histonas velhas se mistura a histonas novas na reorganização dos nucleossomos após a replicação

54 Replicação do DNA As pontas dos cromossomos
O Problema da replicação da ponta dos cromossomos

55 Replicação do DNA As pontas dos cromossomos
O Problema da replicação da ponta dos cromossomos

56 Replicação do DNA

57 Replicação do DNA

58 Replicação do DNA

59 CICLO CELULAR INTERFASE- G2
Intervalo entre o término da interfase e o início da mitose. Célula continua aumentando de tamanho e duplicando suas organelas celulares. ↑ RNAS ↑ proteínas Acúmulo de ciclina que ativa a Cdk conhecida como MPF (fator de promoção da mitose).

60 CICLO CELULAR DIVISÃO CELULAR - Fase M Prófase Metáfase Anáfase
Telófase Citocinese

61 Vídeo - Mitose

62 Artigo

63 Artigo Há quatro classes de membros nesta rede regulatória:
Ciclinas (Cln1, -2 e -3; Clb1, -2, -5, e -6, que se ligam a quinase Cdc28) Os inibidores, degradadores e competidores do complexo ciclina Cdc28 (Sic1, Cdh1, Cdc20, Cdc14) Fatores de Transcrição (SBF, MBF, Mcm1SFF, Swi5) Checkpoints (O tamanho da célula; o dano e replicação do DNA; e a montagem do Fuso)

64 Artigo Reguladores positivos Reguladores negativos
Há mais de 800 genes envolvidos no processo do ciclo celular da levedura Saccharomyces cerevisiae. Ra rede somente com os reguladores chave Reguladores positivos Reguladores negativos

65 Artigo Elementos binários: 0 (inativo) ou 1 (ativo)
Estados iniciais = 2048 1764 estados (86%) - > G1 (Estado estacionário) G1 = Um estado estácionário -> estabilidade garantida. Nesse estado a célula simplesmente aguardaria o sinal para a próxima divisão celular

66 Artigo O fluxo dinâmico dos estados das proteínas converge para a trajetória biológica e, consequentemente, para G1, ou seja independentemente do ponto do início a rotna da via biológica não se desvia.

67 Artigo Redes randômicas: Mais atratores
Sem sobreposição de trajetórias Tempo de transição entre atratores menor Rede do Ciclo celular Ponto super fixo Via convergente

68 Artigo

69 Artigo Outros atratores de via utilizando outros checkpoints na rede e não somente o tamanho celular Interfase - S Montagem do fuso Danos no DNA Exemplos de redes com sistemas biológicos dinâmicos e atratores como estados biológicos: Redes Neurais Sistemas imunes Redes genéticas Rede regulatória celular Ecosistemas

70 REFERÊNCIAS LINHARES, Sérgio. GEWANDSNAJDER, Fernando. Biologia: volume único: 1ª edição – São Paulo: Ática, 2005. LOPES, Sônia; ROSSO, Sérgio. Biologia – volume único, 1 ed. – São Paulo: Saraiva, Carvalho, HF; Recco-Pimentel, SM A Célula. 2ª Edição. Editora Manole, Barueri, SP, Brasil. Junqueira, LC; Carneiro, J Biologia Celular e Molecular. 7ª Edição, Editora Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Nelson, DL; Cox, MM Lehninger: Princípios de Bioquímica. 3ª Edição, Editora Sarvier, São Paulo, SP, Brasil. Pollard, TD; Earnshaw, WC Biologia Celular. 1ª Edição, Editora Elsevier, Rio de Janeiro, SP, Brasil.

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