Ciclo Celular e Divisão Celular (Mitose e Meiose)

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1 Ciclo Celular e Divisão Celular (Mitose e Meiose)
Fernanda Machado Barbieri Disciplina de Genética, Evolução e Biologia Molecular Setembro de 2005

2 CICLO CELULAR Eventos que preparam e realizam a divisão celular
Mecanismos responsáveis pelo crescimento e desenvolvimento Células somáticas  célula duplica seu material genético e o distribui igualmente para duas células-filhas Processo contínuo dividido em 2 fases principais: INTÉRFASE MITOSE

3 CICLO CELULAR Célula encaminhada à progressão no ciclo por mecanismos de regulação relacionados a crescimento multiplicação diferenciação celular condição de latência. Falhas nos mecanismos  célula pode ser encaminhada para apoptose (morte celular programada) desenvolvimento tumoral

4 CICLO CELULAR Fases do Ciclo: G1: 12 horas S: 7 a 8 horas
G2: 3 a 4 horas M: 1 a 2 horas Total: 24 horas

5 CICLO CELULAR Sinais químicos que controlam o ciclo provêm de fora e de dentro da célula Sinais externos: > Hormônios > fatores de crescimento Sinais internos são proteínas de 2 tipos: > ciclinas > quinases (CDKs)

6 CICLO CELULAR Fatores de Crescimento
Fatores de crescimento liberados ligam-se a receptores de membrana das células alvo Complexo receptor-ligante ativa produção de sinalizadores intracelulares Sinalizadores ativam cascata de fosforilação intracelular, induzindo a expressão de genes Produto da expressão destes genes  componentes essenciais do Sistema de Controle do Ciclo celular (composto por CDKs e Ciclinas)

7 CICLO CELULAR Intérfase
Fase mais demorada (90% a 95% do tempo total gasto durante o ciclo) Atividade biossintetica intensa Subdividida em: G1, S e G2 O Ciclo pode durar algumas horas (células com divisão rápida, ex: derme e mucosa intestinal) até meses em outros tipos de células

8 CICLO CELULAR Intérfase
Alguns tipos de células (neurônios e hemácias) não se dividem e permanecem paradas durante G1 em uma fase conhecida como G0 Outras entram em G0 e após um dano ao órgão voltam a G1 e continuam o ciclo celular (ex: células hepáticas)

9 CICLO CELULAR Intérfase
G1 Intensa síntese de RNA e proteínas aumento do citoplasma da célula-filha recém formada Se refaz o citoplasma, dividido durante a mitose Cromatina não compactada e não distinguível como cromossomos individualizados ao MO Pode durar horas ou até meses Inicia com estímulo de crescimento e posterior síntese de ciclinas que vão se ligar as CDKs (quinases)

10 CICLO CELULAR Intérfase
G1 Ciclinas ligadas às quinases vão agir no complexo pRb/E2F, fosforilando a proteína pRb Depois de fosforilada, libera o E2F, ativa a transcrição de genes que geram produtos para que a célula progrida para a fase S Se pRb não for fosforilada, permanece ligada ao E2F  não progressão do ciclo celular

11 CICLO CELULAR Intérfase
G1 Muitos casos de neoplasias malignas associados a mutações no gene codificador da pRb A proteína pode ficar permanentemente ativa, estimulando a célula a continuar a se dividir

12 CICLO CELULAR Intérfase
Fase S Duplicação do DNA aumenta a quantidade de DNA polimerase e RNA; Mecanismos responsáveis pela progressão da célula ao longo da fase S e para G2  não estão muito claros Complexo ciclinaA/Cdk2 importante função antes da síntese de DNA, fosforilando proteínas envolvidas na origem de replicação do DNA Fator Promotor da Mitose (MPF ou ciclinaB/cdc2), protege a célula de segunda divisão no DNA até que entre na mitose

13 CICLO CELULAR Intérfase
G2 Tempo para o crescimento celular e para assegurar completa replicação do DNA antes da mitose Pequena síntese de RNA e proteínas essenciais para o início da mitose Inicia-se a condensação da cromatina para que a célula possa progredir para a mitose Há checkpoints exercidos pelo MPF, que está inativo durante quase toda a fase G2, mas quando ativado encaminha a célula à mitose

14 Controle do Ciclo Celular
Regulado para parar em pontos específicos onde são feitos os reparos Proteínas endógenas funcionam como pontos de controle  garantem ocorrência adequada dos eventos relacionados ao ciclo São reconhecidos estes checkpoints: Em G1 antes da célula entrar na fase S Em G2 antes da célula entrar em mitose E checkpoint do fuso mitótico

15 Controle do Ciclo Celular
Controladores negativos CKIs (Inibidores de Cdk): proteínas que interagem com Cdks, bloqueando sua atividade de quinase Complexo ubiquitina de degradação de proteína: degrada ciclinas e outras proteínas para promover a progressão do ciclo celular

16 Controle do Ciclo Celular
Checkpoint G1-S Principal controlador: p53 Freqüentemente alvo para mutações em um grande número de patologias Perda de expressão  aumento da proliferação celular Transcrição do gene da quinase p21 = bloqueio do complexo que fosforila pRb = pára a progressão do ciclo = reparo do DNA ou morte celular programada

17 Controle do Ciclo Celular
CKI p27 Atua ao término de G1 e bloqueia a atividade de quinase do complexo ciclinaE/Cdk2, causando parada no ciclo celular

18 Controle do Ciclo Celular
Checkpoint G2-M As ciclinas mitóticas ligam-se a proteínas CdK formando MPF que é ativado por enzimas e desencadeiam eventos que levam a célula a entrar em mitose. O complexo é desfeito pela degradação da ciclina quando a célula esta entre a metáfase e anáfase induzindo a célula a sair da mitose.

19 Controle do Ciclo Celular
Checkpoint do fuso mitótico Monitora a ligação dos cromossomos aos microtúbulos do fuso mitótico Garante a segregação idêntica do material genético entre as células-filhas Preservar a integridade do genoma em nível cromossômico

20 CONTEÚDO DE DNA Célula diplóide inicia a mitose  46 cromossomos e conteúdo de DNA de 4C (cada cromossomo é formado por duas moléculas de DNA unidas pelo centrômero) Final da mitose  células-filhas apresentam também 46 cromossomos, porém um conteúdo de DNA de 2C

21 MITOSE

22 MITOSE Conceito: divisão de células somáticas, pela qual o corpo cresce, diferencia-se e efetua a regeneração dos tecidos As células-filhas recebem conjunto de informações genéticas (idêntico ao da célula parental) O número diplóide de cromossomos é mantido nas células filhas

23 MITOSE Fases Prófase Prometáfase Metáfase Anáfase Telófase

24 MITOSE Prófase Cromatina condensa-se em cromossomos definidos, ainda não visíveis ao microscópio óptico Cada cromossomo  duas cromátides-irmãs conectadas por um centrômero, em cada cromátide será formado um cinetócoro (complexos protéicos especializados) Os microtúbulos citoplasmáticos são desfeitos e reorganizados no fuso mitótico, irradiando-se a partir dos centrossomos à medida que estes migram para os pólos da célula

25 MITOSE Prófase  Início da Prófase  Final da Prófase

26 MITOSE Prometáfase Fragmentação do envoltório nuclear e movimentação do fuso mitótico Microtúbulos do fuso entram em contato com os cinetócoros, que se fixam a alguns microtúbulos Os microtúbulos que se ligam aos cinetócoros  microtúbulos do cinetócoro, tencionam os cromossomos, que começam a migrar em direção ao plano equatorial da célula

27 MITOSE Prometáfase

28 MITOSE Metáfase Cromossomos  compactação máxima, alinhados no plano equatorial da célula pela ligação dos cinetócoros a microtúbulos de pólos opostos do fuso Como os cromossomos estão condensados, são mais visíveis microscopicamente nessa fase

29 MITOSE Metáfase

30 MITOSE Anáfase Inicia com a separação das cromátides irmãs (divisão longitudinal dos centrômeros) Cada cromátide (cromossomo filho) é lentamente movida em direção ao pólo do fuso a sua frente

31 MITOSE Anáfase  Início da Anáfase  Fim da Anáfase

32 MITOSE Telófase Cromossomos filhos estão presentes nos dois pólos da célula Inicia-se a descompactação cromossômica, desmontagem do fuso e reorganização dos envoltórios nucleares ao redor dos cromossomos filhos

33 MITOSE Citocinese Clivagem do citoplasma (processo começa durante a anáfase) Sulco de clivagem no meio da célula, que vai aprofundando-se Separação das duas células filhas

34 MITOSE Citocinese

35 MEIOSE

36 MEIOSE Células germinativas  inicia com uma célula diplóide e termina em 4 células haplóides geneticamente diferentes entre si Na meiose há a preservação do número cromossômico diplóide nas células humanas (gametas formados número haplóide) Tem uma única duplicação do genoma, seguida de 2 ciclos de divisão: a meiose I e a meiose II

37 MEIOSE I Divisão reducional = são formadas duas células haplóides a partir de uma diplóide Obtenção do número de cromossomos haplóide, mas com conteúdo de DNA ainda duplicado

38 MEIOSE I Prófase I Os cromossomos condensam-se continuamente Subfases:
Leptóteno Zigóteno Paquíteno Diplóteno Diacinese

39 MEIOSE I Prófase I Leptóteno  grau de compactação da cromatina
Nucléolo vai desaparecendo Cromossomos formados por 2 cromátides-irmãs (2 moléculas de DNA idênticas)

40 MEIOSE I Prófase I Zigóteno
Pareamento preciso dos homólogos (cromossomos materno e paterno do par) = SINAPSE Formação de 23 BIVALENTES (cada bivalente = 2 cromossomos homólogos com 2 cromátides cada = tétrade = 4 cromátides) Os cromossomos X e Y não são homólogos, mas possuem regiões homólogas entre si

41 MEIOSE I Prófase I Zigóteno
Formação de estruturas fundamentais para a continuidade da meiose - COMPLEXO SINAPTONÊMICO e NÓDULOS DE RECOMBINAÇÃO, importantes para a próxima fase da Prófase I

42 MEIOSE I Prófase I Paquíteno
Sinapse completa e as cromátides estão em posição para permitir o crossing-over (troca de segmentos homólogos entre cromátides não-irmãs do par de cromossomos homólogos) Homólogos devem se manter unidos pelo complexo sinaptonêmico para ocorrer crossing-over Crossing-over  formação dos QUIASMAS = locais de troca física de material genético

43 MEIOSE I Prófase I Diplóteno Desaparece o CS
Os dois componentes de cada bivalente começam a se repelir Cromossomos homólogos se separam, mas centrômeros permanecem unidos e conjunto de cromátides-irmãs continua ligado Os 2 homólogos de cada bivalente mantêm-se unidos apenas nos quiasmas (que deslizam para as extremidades devido à repulsão dos cromossomos)

44 MEIOSE I Prófase I Diacinese Cromossomos atingem condensação máxima
Aumenta a separação dos homólogos e a compactação da cromatina.

45 MEIOSE I Metáfase I Membrana nuclear desaparece; forma-se o fuso
Cromossomos pareados no plano equatorial (23 bivalentes) com seus centrômeros orientados para pólos diferentes

46 MEIOSE I Anáfase I Os 2 membros de cada bivalente se separam = separação quiasmática (disjunção), os centrômeros permanecem intactos O número de cromossomos é reduzido a metade = haplóide Os conjuntos materno e paterno originais são separados em combinações aleatórias Anáfase I é a etapa mais propensa a erros chamados de não-disjunção (par de homólogos vai para o mesmo pólo da célula)

47 MEIOSE I Anáfase I

48 MEIOSE I Telófase I Os 2 conjuntos haplóides de cromossomos se agrupam nos pólos opostos da célula Reorganização do nucléolo, descondensação da cromatina e formação do envoltório nuclear

49 MEIOSE I Citocinese Célula divide-se em 2 células-filhas com 23 cromossomos cada, 2 cromátides em cada cromossomo, = conteúdo 2C de DNA em cada célula-filha Citoplasma é dividido de modo igual entre as duas células filhas nos gametas formados pelos homens

50 MEIOSE I Intérfase Fase breve Sem fase S ( = não há duplicação do DNA)

51 MEIOSE II Semelhante à mitose comum, diferença = número de cromossomos da célula que entra em meiose II é haplóide O resultado final são 4 células haplóides, cada uma contendo 23 cromossomos com 1 cromátide cada (divisão equacional)

52 MEIOSE II Prófase II Compactação da cromatina
Desaparecimento da membrana nuclear Microtúbulos se ligam aos cinetócoros e começam a mover os cromossomos para o centro da célula

53 MEIOSE II Metáfase II Os 23 cromossomos com 2 cromátides cada se alinham na placa metafásica

54 MEIOSE II Anáfase II Separação centromérica
Cromátides-irmãs se movem para os pólos opostos

55 MEIOSE II Telófase II Migração das cromátides-irmãs para os pólos opostos Reorganização do núcleo

56 MEIOSE II Citocinese 4 células com número de cromossomos e conteúdo de DNA haplóide (23 cromossomos e 1C de DNA)

57 RESULTADOS DA MEIOSE Proporciona 3 fontes de variabilidade genética:
1) Segregação ao acaso dos cromossomos homólogos – 223 combinações (mais de 8 milhões), pois cada gameta recebe apenas 1 de cada par de homólogos 2) Segregação ao acaso dos cromossomos 3) Crossing-over – cada cromátide contém segmentos provenientes dos 2 membros do par de cromossomos parentais

58 RESULTADOS DA MEIOSE Um crossing-over em 1 bivalente forma 4 cromossomos diferentes Acredita-se que o crossing-over evoluiu como um mecanismo para aumentar a variação genética Início Meiose: 1 cromossomo = 2 moléculas de DNA idênticas, de dupla hélice (2 cromátides-irmãs), unidas pelo centrômero:  46 cromossomos  4C – 2n Final Meiose I: 1 cromossomo = 2 cromátides-irmãs:  23 cromossomos  2C – n Final Meiose II: 1 cromossomo = 1 cromátide (1 molécula de DNA):  23 cromossomos  C – n

59 Informações sobre Gametogênese
Os ovócitos primários entram em meiose I e ficam parados em prófase I da meiose I até a puberdade; Entra em meiose II, pára na metáfase II, e é finalmente completada na época da fertilização Gestações em idade avançada estão mais sujeitas a malformações, pois, este ovócito ficou um período maior de tempo exposto a risco de mutações do que um ovócito de uma mulher mais jovem

60 Informações sobre Gametogênese
Nos gametas formados pelas mulheres, quase todo o citoplasma vai para uma célula filha, que depois irá formar o ovócito. As outras células filhas tornam-se glóbulos polares, uma pequena célula que se degenera