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Ciclo Celular

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Ciclo Celular – O que é

O ciclo celular, ou o ciclo de divisão celular, representa a série de eventos que ocorrem numa célula levando à sua divisão e duplicação (replicação), que produz duas células filhas.

Em células sem um núcleo (procariota), o ciclo de célula ocorre através de um processo designado por fissão binária.

Nas células com um núcleo (eucariotas), o ciclo celular pode ser dividido em três períodos: interfase – durante a qual a célula cresce, acumulando nutrientes necessários para a mitose prepará-la para a divisão celular e duplicando o seu ADN e a fase mitótica (M), durante o qual a célula divide-se em duas células distintas, muitas vezes chamados de “células-filhas” ea fase final, citocinese, onde a nova célula está completamente dividido.

O ciclo de divisão celular é um processo fundamental através do qual uma única célula de ovo fertilizado desenvolve-se num organismo maduro, bem como o processo pelo qual os cabelos, a pele, as células do sangue, e alguns órgãos internos são renovados.

As células se reproduzem pela duplicação de seus conteúdos e, então, dividem-se em duas. Este ciclo de divisão celular é a maneira fundamenteal pela qual todos os seres vivos são reproduzidos.

Uma célula em crescimento passa por um ciclo celular que compreende essencialmente em dois períodos: a interfase e a divisão. Por muitos anos, os citologistas preocuparam-se primordialmente com o período de divisão, durante o qual profundas alterações cromossômicas eram vistas ao microscópio óptico, enquanto a interfase era considerada com uma fase de “repouso”. Observou-se, entretanto, que as células passam a maior parte de sua vida em interfase, que é um período de atividade biossintética intensa, durante o qual a célula dobra de tamanho e duplica o seu complemento cromossômico.

A divisão celular é somente a fase final e microscopicamente visível de uma alteração básica que ocorreu ao nível molecular durante a interfase.

Ciclo Celular
Ciclo Celular

ESTÁGIOS DA INTERFASE

A síntese do DNA ocorre somente em um período estrito da interfase, denominado S ou sintético, que é procedido e seguido por dois intervalos (GAPS) ou períodos de interfase (G1 e G2) onde não ocorre síntese de DNA.

Esta observação levou alguns cientistas dividir o ciclo celular em quatro intervalos sucessivos:

G1- é o período que transcorre entre o final da mitose e o início da síntese do DNA S – é o período de síntese do DNA G2 – é o intervalo entre o final da síntese do DNA e o início da mitose. Durante o período G2 a célula possue o dobro (4C) da quantidade de DNA presente na célula diplóide original (2C) MITOSE – é a divisão celular, depois da mitose as células filhas entram novamente no período G1 e possue o conteúdo de DNA equivalente a 2C A duração do ciclo celular varia consideravelmente de um tipo celular a outro. Para uma célula de manífero crescendo em cultura com um tempo de geração de 16 horas, o tempo dos diferentes períodos seria: G1 = 5 horas S = 7 horas G2 = 3 horas MITOSE = 1 horas.

A duração do ciclo celular varia consideravelmente de um tipo celular a outro.

Para uma célula de manífero crescendo em cultura com um tempo de geração de 16 horas, o tempo dos diferentes períodos seria:

G1 = 5 horas S = 7 horas G2 = 3 horas MITOSE = 1 hora

Geralmente, os períodos S, G2 e mitótico são relativamente constante nas diversas células de um mesmo organismo. O período G1 é o mais variável.

Dependendo da condição fisiológica das células, pode durar dias, meses e até anos. Os tecidos que normalmente não se dividem (como nervoso ou músculo esquelético), ou que raramente se dividem (como os linfócitos circulantes), possue a mesma quantidade de DNA presente do período G1.

Pode-se saber em que fase do ciclo a célula se encontra pela medida de seu conteúdo de DNA, o qual duplica durante a fase S.

Ciclo Celular
Gráfico mostrando a quantidade de DNA é a variação deste no Ciclo Celular

Em condições que favoreçam o crescimento o conteúdo total de proteína de uma célula típica aumenta mais ou menos continuamente durante o ciclo. Da mesma maneira, a síntese de RNA continua em uma velocidade constante, exceto durante a fase M, quando os cromossomos estão muito condensados para permitir a transcrição. A produção de algumas proteínas-chave é acionada a uma alta velocidade em um estágio específico do ciclo, como por exemplo as histonas que são requeridas para formação de uma nova cromatina e são fabricadas em grande quantidade somente na fase S e o mesmo acontece para algumas das enzimas que participam da produção de desoxirribonucleotídeos e replicação de DNA.

O sistema de controle do ciclo celular é um dispositivo bioquímico que opera ciclicamente, construído a partir de uma série de proteínas que interagem entre si e que induzem e coordenam os processos dependentes essenciais responsáveis pela duplicação e divisão dos conteúdos celulares.

No coração desse sistema está uma série de complexos de proteínas formados por dois tipos básicos de compomentes: subunidade de proteínoquinase (chamadas proteínas Cdk) e proteínas ativantes (chamadas ciclinas). NO mínimo dois destes complexos protéicos regulam o ciclo celular normal, um no ponto de controle G1, e se situa antes do início da fase S, e o outro em G2 antes do início da fase M. Estes complexos de proteínas exercem seu controle através de sua ativide quinásica, pela ativação e desativaçaão das quinases em pontos estratégicos do ciclo.

Ciclo Celular – Célula

Toda célula se origina da divisão de uma célula preexistente. Nos eucariontes, o processo de gênese de novas células obedece um padrão cíclico Começa com um crescimento celular devido ao aumento quantitativo das moléculas e organelas que a célula possui O ciclo celular serve tanto para manter a vida (pluricelulares) como para gerar vida (unicelulares) A Mitose ocorre nas células somáticas dos pluricelulares Resulta em duas células geneticamente idênticas com o mesmo número de cromossomos da célula original – Células diplóides ( 2 n)

O ciclo celular consiste em duas grandes etapas:

INTERFASE: compreendida entre duas divisões sucessivas, na qual a célula cresce e se prepara para nova divisão CARIOCINESE (MITOSE): a divisão propriamente dita .

Ciclo Celular
Ciclo Celular

Fases do Ciclo Celula

p align=”left”>Fases da Intérfase:

Período G1: intervalo de tempo que transcorre desde o fim da mitose até o início da fase S; Período S: ocorre a duplicação do DNA (Síntese); Período G2: intervalo entre o término da fase S e a próxima mitose; Período M: MITOSE

Ciclo Celular – Divisão Celular

Em organismos unicelulares, a célula cresce ao absorver substâncias do meio e utilizando esses materiais na síntese de compostos celulares. Quando essas células atingem um dado tamanho dividem-se, obtendo-se duas células filhas com metade do tamanho, que crescerão e assim sucessivamente.

Em organismos multicelulares, pelo contrário, a divisão celular e o aumento do volume celular são o meio pelo qual o organismo cresce. Em todos os casos as células filhas são geneticamente iguais á célula progenitora.

A divisão celular consiste em dois processos sobrepostos ou consecutivos: mitose e citocinese. a mitose origina dois núcleos geneticamente idênticos, enquanto a citocinese separa o citoplasma, colocando os núcleos filhos em células separadas.

As células que se dividem ativamente passam por uma sequência definida de acontecimentos, que se designa ciclo celular. Dependendo do tipo de célula, o ciclo requererá tempos diferentes. Fatores externos, como a temperatura ou a disponibilidade de nutrientes também afetam a duração do ciclo e respectivas etapas.

O ciclo celular divide-se em interfase e mitose (ocupando geralmente entre 5 e 10% do ciclo).

A interfase, ou seja, a fase entre duas divisões mitóticas, já foi considerada a fase de repouso da célula mas tal não é, de todo, verdade.

Esta parte do ciclo pode ser subdividida em três partes:

Fase G1 – a designação desta etapa deriva de gap = intervalo, e decorre imediatamente após a mitose. É um período de intensa atividade bioquímica, no qual a célula cresce em volume e o número de organitos aumenta. Para que a célula passe para a fase seguinte do ciclo é necessário que atinja um ponto crítico designado ponto de restrição ou start, momento em que se dão mudanças internas; Fase S – esta é a fase de síntese (S) de DNA e, aparentemente, requer um sinal citoplasmático para que se inicie. Cada cromossoma é duplicado longitudinalmente, passando a ser formado por dois cromatídeos. Nesta etapa numerosas proteínas (histonas, por exemplo) são igualmente sintetizadas; Fase G2 – esta fase conduz diretamente á mitose e permite formar estruturas com ela diretamente relacionadas, como as fibras do fuso acromático.

Ciclo Celular – Divisão Celular

Quando na presença de estímulos adequados as células podem se multiplicar através de repetidos ciclos de proliferação e divisão celular, que em função dessa natureza cíclica, esse ciclo de vida das células proliferantes foi denominado CICLO CELULAR.

Ciclo Celular

O ciclo celular compreende o conjunto de transformações pelas quais a célula passa desde a sua formação até sua divisão ou morte

Intérfase

Ciclo Celular
Intérfase

Nesta fase, por microscopia, não visualizamos modificações tanto no citoplasma quanto no núcleo. As células porém estão em franca atividade, sintetizando os componentes que irão constituir as células filhas. O tempo de duração desta fase varia de célula para célula.

É composta pela sucessão de três fases:

G1 = Intervalo de tempo entre o final da mitose e o início da fase S

S = Fase de Síntese de DNA

G2 = Intervalo de tempo entre o final da fase S e o início da mitose O tempo de duração da fase G1 é o principal fator para determinar o tempo da intérfase.

“G de gap = intervalo”

É um intervalo de tempo entre o final da mitose e o início da fase S.

A duração deste intervalo varia de acordo com o tipo celular: – Células embrionárias = G1 é praticamente inexistente – Células diferenciadas = G1 é variável.

As células quiescentes, isto é células que não estão se dividindo, estão num estado especial de G1 que chamamos de G0. Existem três pontos críticos que servem como marcadores desta fase G1, que são denominados de pontos críticos de Competência (C), Entrada (V) e Progressão (R).

Fase S (síntese de DNA)

Nesta fase ocorre a replicação do DNA. O tempo de duração é de, em média, 8 horas. O núcleo é induzido a entrar na fase S por sinais citoplasmáticos ou seja, o citoplasma induz o núcleo a replicar o seu DNA. Após a fase S, a célula passa por um segundo intervalo de tempo que é considerado a terceira fase da intérfase, que chamamos de fase G2

Ciclo Celular
Fases da Intérfase

Fase G2

“G de gap = intervalo” É o segundo intervalo de tempo da intérfase. Um núcleo que completa a fase S e entra na fase G2 condensa seus cromossomos e segue para a mitose. É um período de preparação para produção de fatores cruciais que disparam a Mitose.

Ciclo Celular – Mecanismo

O ciclo celular, nas células somáticas, é o processo pelo qual uma célula duplica seu material genético e o distribui igualmente para duas células-filhas.

Consiste em uma série de eventos preparatórios para a divisão celular, bem como a divisão celular

É um conjunto de mecanismos, que interagem entre si, responsáveis pelo crescimento e desenvolvimento normais de qualquer organismo. Através de mecanismos de regulação associados, a célula é encaminhada à progressão no ciclo, crescimento e multiplicação; à diferenciação celular ou a uma condição de latência.

Ocorrendo falhas nesses mecanismos regulatórios, a célula pode ser direcionada à apoptose (morte celular programada) ou ao desenvolvimento tumoral.

O ciclo é um processo contínuo dividido em 2 fases principais: INTÉRFASE e MITOSE.

A intérfase é sempre a fase mais demorada (90% a 95% do tempo total gasto por uma célula durante o seu ciclo).

A intérfase é uma fase de atividade biossintetica intensa, e pode ser subdividida em: G1, S e G2.

Nas células humanas com divisão típica, as três fases levam um total de 16 a 24 horas, enquanto a mitose dura apenas 1 a 2 horas. Entretanto, há uma grande variação na duração do ciclo celular, que vai desde algumas horas nas células com divisão rápida (como as da derme e mucosa intestinal) até meses em outros tipos de células. De fato, alguns tipos de células, tais como os neurônios e as hemácias, não se dividem, pois são totalmente diferenciadas. Sendo assim, essas células ficam permanentemente paradas durante G1 em uma fase conhecida como G0. Outras, tais como as células hepáticas, podem entrar em G0, mas após um dano ao órgão, eventualmente voltam a G1 e continuam o ciclo celular.

Os sinais químicos que controlam o ciclo provem de fora e de dentro da célula.Os sinais externos são os hormônios e os fatores de crescimento.

Os sinais internos são proteínas de 2 tipos: as ciclinas e as cinases (CDKs)

Fase 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.

Inicia com um estímulo de crescimento e posterior síntese de ciclinas que vão se ligar aos CDKs. Esse complexo vai fosforilar um outro complexo, o pRb/E2F.

Inicialmente, a proteína pRb encontra-se ligada ao fator E2F, na forma inativa. Quando é fosforilada pelos complexos ciclina/Cdk, libera o fator E2F. Este vai ativar a transcrição de vários genes cujos produtos são necessários para que a célula progrida para a fase S. A proteína pRb, então, não fosforilada permanece ligada ao E2F, não permitindo a progressão da célula no ciclo celular. Já quando fosforilada, estimula a progressão do ciclo para a fase S.

Os inibidores de ciclina/Cdk (CKIs) p21 e p53 podem interferir na fosforilação do pRb, interferindo na progressão do ciclo. Muitos casos de neoplasias malignas estão comprovadamente associados a mutações no gene que codifica a pRb. A proteína pode ficar permanentemente ativa, estimulando a célula a continuar a se dividir.

Esquema:

Fase S

Este é o período de síntese. Inicialmente a célula aumenta a quantidade de DNA polimerase e RNA e duplica seu DNA. Os mecanismos envolvidos na progressão da célula ao longo da fase S e desta para G2 permanecem um tanto obscuros. apesar disso, sabe-se que o complexo ciclinaA/Cdk2 mostra importante função imediatamente antes da síntese de DNA, fosforilando proteínas específicas envolvidas na origem de replicação do DNA .

Um outro componente é o complexo mitótico ciclinaB/cdc2 ou Fator Promotor da Mitose (MPF). Ele protege a célula de uma segunda divisão no DNA até que ela entre na mitose.

Fase 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.

Nesta fase, inicia-se a condensação da cromatina para que a célula possa progredir para a mitose.

Há também checkpoints nesta fase, exercidos principalmente pelo complexo ciclinaB/cdc2 ou MPF. Ele permanece inativo durante quase toda a fase G2, sofrendo fosforilações e desfosforilações até que uma fosfatase específica remove alguns fosfatos, o complexo é então ativado e a célula é encaminhada à mitose.

CONTROLE DO CICLO CELULAR

O ciclo celular é regulado pela interação de proteínas. 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 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:

Cdks (cinases dependentes de ciclina):

Fosforilam proteínas-alvo. Expressas durante todo o ciclo, inativas. Ativas quando ligadas às ciclinas

Ciclinas:

Ligam a CdK e controlam a fosforilação de proteínas alvo Sintetizadas em fases específicas Destruídas após exercerem sua função

O ciclo de montagem, ativação e desmontagem do complexo ciclina-CdK são os eventos bases que dirigem o ciclo celular. O ciclo é regulado para parar em pontos específicos. Nesses pontos de parada são realizados reparo.

São reconhecidos dois pontos de Check point:

Em G1 antes da célula entrar na fase S Em G2 antes da célula entrar em mitose.

Controladores negativos:

CKIs (Inibidores de Cdk): são proteínas que interagem com Cdks ou complexos ciclina-Cdk, bloqueando sua atividade de cinase.Complexo ubiquitina de degredação de proteína: degrada ciclinas e outras proteínas para promover a progressão do ciclo celular.

Checkpoint G1-S

O principal controlador é a proteína p53 (produto do gene Tp53). O p53 atua ativando a transcrição do gene que codifica a CKI p21. A p21, com sua produção aumentada, vai bloquear a atividade de cinase do complexo ciclina/Cdk e este não vai fosforilar pRb, que não vai liberar o fator E2F e o ciclo vai parar. Esta interrupção no ciclo vai permitir que o dano no DNA seja corrigido e a célula continue sua divisão, ou que a célula seja encaminhada à apoptose caso o dano seja deletério não sujeito a correções.

P53 Ciclo Celular Transcrição do gene da CKI p21 Ciclo Celular bloqueio do complexo que fosforila pRb Ciclo Celular pára a progressão do ciclo Ciclo Celular reparo do DNA ou morte celular programada

A p53 é freqüentemente alvo para mutações em um grande número de patologias. A perda de expressão da p53 determina aumento da proliferação celular.

Um outro controlador que atua ao término de G1 é a CKI p27, que vai bloquear a atividade de cinase do complexo ciclinaE/Cdk2, causando também uma parada no ciclo celular.

Checkpoint G2-M

No período G2 as ciclinas mitóticas ligam-se a proteínas CdK formando um complexo denominado de 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 mitótica quando a célula esta entre a metáfase e anáfase induzindo a célula a sair da mitose.

Todas essas estruturas proteicas envolvidas no Controle do Ciclo Celular são codificadas por genes específicos. Qualquer alteração nesses genes (mutações) pode resultar em proteínas alteradas, causando problemas neste processo de estímulo à célula. Uma das conseqüências possíveis é o desenvolvimento de algumas neoplasias humanas bem relacionadas a mutações em genes específicos.

Fonte: www.hurnp.uel.br/www.simbiotica.org/genetica.ufcspa.edu.br

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