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

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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 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) G1

10 CICLO CELULAR Intérfase 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 G1

11 CICLO CELULAR Intérfase 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 G1

12 CICLO CELULAR Intérfase 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 Fase S

13 CICLO CELULAR Intérfase 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 G2

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 –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 Controladores negativos

16 Controle do Ciclo Celular 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 Checkpoint G1-S

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

18 Controle do Ciclo Celular 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. Checkpoint G2-M

19 Controle do Ciclo Celular 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 Checkpoint do fuso mitótico

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

40 MEIOSE I Prófase I 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 Zigóteno

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

42 MEIOSE I Prófase I 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 Paquíteno

43 MEIOSE I Prófase I 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) Diplóteno

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

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 – 2 23 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


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