Introdução à Biologia/Célula/Divisão celular

O ciclo celular

Para que um organismo vivo possa crescer, as suas células precisam aumentar no seu tamanho, fazendo réplicas exatas de todo o seu material genético, passando em seguida por um processo de divisão. Tal resulta em duas células filhas, cada uma com uma cópia completa do genoma (DNA).

Semelhantemente do que ocorre com um organismo no seu todo, também as células passam por uma espécie de ciclo de vida, em que o conjunto de processos de crescimento e divisão da célula se designa por ciclo celular, que ocorre numa célula viva entre duas divisões celulares, ou seja, começa no momento em que a divisão celular que a originou acaba e o momento em que ela mesma se divide ou morre (toda a atividade celular cessa).

O Ciclo Celular das Células Eucarióticas

Interfase e Mitose (neste diagrama a duração da mitose está exagerada em relação à interfase).

Contrariamente ao que ocorre com as bactérias em que o crescimento da célula e a replicação do DNA tomam lugar ao longo da maior parte do ciclo celular e os cromossomos duplicados são distribuídos às células filhas em associação com a membrana plasmática, nas células eucarióticas o ciclo celular é muito mais complexo, e consiste em distintas fases coordenadas: o crescimento da célula, a replicação do DNA, a distribuição dos cromossomos duplicados para as células filhas, e a divisão da célula.

Um típico ciclo de uma célula eucariótica é ilustrado através de células humanas em cultura, que se dividem aproxiamadamente a cada 24horas. Em observação ao microscópio, o ciclo celular é dividido em duas partes básicas: Interfase (95%) e Fase Mitótica (5%) que inclui a Mitose (cariocinese) e a Divisão Celular (citocinese).

Interfase

Ciclo Celular nas Células Eucarióticas – representação da Interfase (cor verde) e Fase Mitótica (cor azul).

A interfase corresponde ao período entre o final de uma divisão celular e o início da segunda, e a velocidade a que pode decorrer depende do tipo de célula. Embora durante este estágio da célula o DNA não seja visível ao microscópio óptico, corresponde a um período muito ativo, uma vez que é nesta fase que se sintetizam proteínas e outros materiais necessários ao crescimento da célula. A Interfase é um período de intensa atividade e crescimento e divide-se nas seguintes fases:

• Fase G1

Nesta fase sintetizam-se muitas proteínas necessárias à formação de DNA, enzimas e RNA, e verifica-se também a formação de organitos celulares e, consequentemente, a célula cresce. Além do crescimento, a célula responde a estímulos, positivos ou negativos, e verifica o estado dos seus sistemas internos e se estiver tudo a funcionar normalmente a célula avança ao longo do ciclo.

• Fase G0

Nesta fase a célula, que saiu da fase G1 e não prolifera, diz-se em estado quiescente do ciclo, encontrando-se em aparente estado de repouso. Aqui, as células mantêm-se metabolicamente ativas mas não desenvolvem mais a não ser quando chamadas para o fazer por sinais extra celulares específicos, e assim de acordo com a necessidade retornam a G1 e continuam o ciclo. Dai, G0 ser considerada com uma interfase prolongada.

• Fase S

É nesta fase, também designada por fase de síntese, ocorre a auto-replicação das moléculas de DNA (diz-se no plural porque para cada cromossomo existe uma molécula de DNA), por outras palavras as células são capazes de sintetizar uma réplica exata do genoma, decorrendo a fase de síntese (duplicação do DNA) com preservação da informação genética. A partir deste momento os cromossomas passam a possuir dois cromatídeos ligados por um centrómero.

• Fase G2

Nesta fase a célula ainda aumenta de tamanho, e ocorre a síntese de RNA, e simultaneamente um aumento da síntese proteica, nomeadamente de estruturas/moléculas necessárias à divisão celular (como a duplicação dos centríolos), como preparação para a mitose.

Mitose

Por sua vez, tal como foi referido anteriormente, a Fase Mitótica divide-se em duas fases:

• A Mitose (ou cariocinese)
• A Divisão Celular (citocinese).

Regulação do Ciclo celular

O ciclo celular pode parar em determinados pontos e só avança se determinadas condições se verificarem, tais como a presença de uma quantidade adequada de nutrientes ou quando a célula atinge determinadas dimensões. A regulação do ciclo celular é realizada por ciclinas e por quinases ciclino-dependentes. Certas células, como os neurônios, param de se dividir quando o animal atinge o estado adulto, mantendo-se durante o resto da vida do indivíduo na fase G0. Existem dois momentos em que os mecanismos de regulação atuam:

• Na fase G1
  • No fim desta fase existem células que não iniciam novo ciclo ou que não estão em condições de o fazer, essas células permanecem num estágio denominado G0.
  • As razões para a células passar para o estágio G0 podem ser:
    • São células que não se dividem mais, essas células permaneceram neste estágio até à sua morte, são exemplos os neurônios e as células das fibras musculares.
    • Não haver nutrientes suficientes;
    • A célula não ter atingido o tamanho necessário.
• Na fase G2
  • Antes de se iniciar a mitose existe outro momento de controle, se a replicação do DNA não ocorreu corretamente o ciclo pode ser interrompido e a célula volta a iniciar a fase S.

Mitose

Prófase, Prometafase, Metáfase, Anáfase e Telofase.

É um processo de divisão celular, observável ao M.O. durante o qual ocorre essencialmente a duplicação dos cromossomos e sua distribuição às células-filhas, ou seja, a célula-mãe dá origem a duas células-filhas, recebendo cada uma delas um jogo cromossômico igual ao da célula-mãe, mantendo-se inalterável o número de cromossomos específicos (2n –> 2n cromossomos). O processo de divisão mitótica compreende morfologicamente duas etapas cinéticas. A primeira caracteriza-se pela formação dos núcleos-filhos e tem o nome de nucleocinese. A segunda, quase simultânea com a primeira, origina a separação do citoplasma para formar duas células-filhas, designa-se citocinese.

A duração e viabilidade da mitose varia com o tipo de célula, de organismo e de tecido e é dependente de variações, quando sujeitas ou submetidas a diferentes fatores (ex.: temperatura). Apesar da mitose ser um processo contínuo, geralmente considera-se por uma questão de facilidade, que esta decorre morfológica e cineticamente numa sequência de etapas, subdivididas em cinco fases, designadas por: Prófase, Prometafase, Metáfase, Anáfase e Telofase.

Prófase

• É a etapa mais longa da mitose;
• É visível um aumento do volume nuclear;
• Ocorre a condensação gradual dos longos e finos filamentos de cromatina até à individualização dos cromossomos, já mais encurtados e espessos com forma de bastonete, possibilitando assim o seu visionamento no M.O;
• A membrana nuclear vai desaparecendo gradualmente.
• Os dois pares de centríolos, localizados na região perinuclear, formando cada um, um centrossomo, começam a deslocar-se em sentidos opostos no citoplasma perinuclear, ficando um par de centríolos em cada pólo da célula.
• Quando os centríolos alcançam os pólos da célula o Invólucro nuclear quebra e os nucléolos iniciam a sua dissipação e gradualmente vão desaparecendo no nucleoplasma.
• A carioteca fragmenta-se;
• Inicia-se o aparecimento do fuso acromático (sistema de microtúbulos proteícos que se agrupam e formam fibrilas, unindo os dois pares de centríolos);
• Os cromossomos prendem-se às fibras do fuso;

Prometafase

• Fase intermédia em que ocorre o início da desorganização (ruptura) do invólucro nuclear .
• Os cromossomas prometafásicos continuam o seu encurtamento e espessamento.
• Com o desaparecimento completo do invólucro nuclear e do nucléolo, cada cromossomo inicia o seu processo de orientação e deslocamento para o plano equatorial do fuso.
• Os cromatídeos ligados às fibrilas do fuso através dos centrômeros.

Metáfase

• Os cromossomos atingem a máxima condensação;
• O fuso acromático completa o desenvolvimento e as fibras do fuso mitótico ligam-se aos cinetocoros (centrómero) dos cromossomos (as outras fribrilas ligam os dois centríolos);
• Os cromossomos encontram-se alinhados no plano equatorial do fuso acromático (plano equidistante dos dois pólos da células), por meio dos seus centrômeros, constituindo a Placa equatorial.
• Os cromatídeos tornam-se mais distintos por ligeiro afastamento dos seus braços, ficando apenas aderentes na região do centrómero.

Anáfase

• As fibrilas encurtam-se e começam a afastar-se;
• Clivagem dos centrómeros, com consequente separação dos cromossomos metafásicos;
• Afastamento dos cromatídeos (cromossomas-filhos) para os pólos - ascensão polar - deslocando-se para os centríolos, seguindo a direção dos túbulos do fuso;
• Aumento da distância entre os pólos da célula;
• Consequente alongamento da célula. Ao separarem-se do seu cromossomo, cada um dos dois cromatídeos dum mesmo cromossomo torna-se num cromossomo monocromatídeo constituído apenas por uma molécula de DNA/proteínas.

Telofase

• Aparecimento do invólucro nuclear rodeando os cromossomos de cada pólo da célula, passando a existir dois núcleos com informação genética igual.
• Os cromossomos despiralizam-se gradualmente, tornando-se menos condensados.
• Reaparecem os nucléolos e a cromatina.
• Desaparecem os microtúbulos do fuso mitótico.
• Conclui-se a citocinese, consequente separação das células-filhas.

Citocinese

Este período, corresponde à separação física do citoplasma durante a divisão celular, nomeadamente entre o fim da anafase e na telofase, que resulta na individualização das duas células-filhas; Este processo difere conforme a célula for animal ou vegetal.

Na célula animal a citocinese consiste no estrangulamento do citoplasma. No fim da mitose formam-se, na zona do plano equatorial, um anel contráctil de filamentos proteicos que, na citocinese, contraem-se e puxam a membrana plasmática para dentro até que as duas células-filhas se separam.

Na célula vegetal a parede celular não permite o estrangulamento do citoplasma; em vez disso é formada na região equatorial uma nova parede celular. Para isso vesículas provenientes do complexo de Golgi alinham-se no plano equatorial e formam uma estrutura que é a membrana plasmática das células-filhas. Mais tarde, por deposição de fibrilas de celulose forma-se nessa região a parede celular.

Meiose

Meiose I e Meiose II.

A Meiose (do grego meioun que significa diminuir), em termos gerais, trata-se de um processo que compreende duas divisões celulares consecutivas e complementares/divisões nucleares sucessivas, que ocorre no ciclo dos seres vivos que se reproduzem sexualmente, das quais a 1ª divisão (MEIOSE I) é reducional ou heterotípica por reduzir a metade o número de cromossomos de cada célula (2n →n) e a 2ª divisão (MEIOSE II) é homotípica ou equacional por separar cromatídios e não cromossomos inteiros (n→n). Este processo não é mais do que um processo de diferenciação e maturação dos gametas, com divisão nuclear de tipo especial, que resulta na redução a metade do número de cromossomos de cada indivíduo. Além da redução de cromossomos ao valor haploide, a meiose inclui também processos adicionais como a recombinação ou crossing-over bem como a síntese de RNAs e proteínas que têm grande significado para o desenvolvimento e sobrevivência dos organismos que se reproduzem sexualmente. A reprodução sexual é característica apenas dos organismos eucariótas. Durante a formação dos gametas, o número de cromossomos é reduzido a metade mas retoma o seu valor inicial quando dois gametas se fundem durante a fecundação.

Meiose I

Meiose I (1ª Divisão Meiótica ou Divisão Reducional ou Heterotipica), abrange quatro fases distintas: Prófase I, Metafase I, Anáfase I e Telófase I.

• Prófase I

Apesar de continua, é normalmente dividida em cinco estados consecutivos de acordo com as principais atividades dos cromossomas: condensação da cromatina em cromossomas muito finos de número diplóide (estado Lptóteno), emparelhamento de cromossomas homólogos (morfologia e estrutura semelhante) (estado Zigóteno), recombinação (estado Paquíteno) (em que ocorre o fenómeno de sobrecruzamento ou crossing-over entre os cromossomos homólogos completamente emparelhados, que consiste de trocas físicas entre homólogos através de um processo de fratura e reunião dos segmentos do cromossomo, mais precisamente entre cromatidíos internos não irmãos de cada bivalente/cada tétrada - ocorre nos pontos designados por quiasma) (estado Diplóteno), síntese e recondensação (estado Dictióteno ou Diacinese – período de grande atividade metabólica, em que os homólogos distribuem-se pelo centro da célula e se inicia a diferenciação do fuso acromático, ocorrendo a desintegração do invólucro nuclear e dos nucléolos, bem como um alto grau de condensação dos cromossomas). O número e posição dos quiasmas é variável e representam a prova morfológica da ocorrência do fenómeno de crossing-over. Os cromossomos homólogos tornam-se tão largamente separados uns dos outros que parece que se repelem entre si, exceto onde há quiasmas.

• Metáfase I

Nesta fase as tétradas cromossómicas ligam-se aos microtúbulos do fuso acromático, que entretanto se diferenciou pelos cinetocoros e dispõem-se na placa equatorial. Os cromossomos homólogos de cada par preparam-se para se separar.

• Anáfase I

Ocorre a Nesta fase dá-se a ascensão aleatória para pólos opostos do fuso acromático de metade dos bivalentes (redução cromática). Recebendo casa um dos pólos do fuso um número haplóide de cromossomas, quando a anáfase I se completa. Os diferentes pares de cromossomas separam-se independentemente uns dos outros, de maneira que qualquer combinação de cromossomas de origem materna ou paterna pode encontrar-se num pólo do fuso. Na espécie humana com 23 pares de cromossomas são possíveis vários tipos de combinações de cromossomos maternos e paternos. Dado que cada cromossoma é constituído por dois cromatídios, a quantidade de DNA presente em cada pólo do fuso tem o valor diplóide (2n).

• Telófase I

Terminada a migração dos bivalentes (dois cromatidios) para os pólos do fuso acromático, reconstituem-se dois núcleos-filhos. Muitas vezes esta fase não é muito evidente com a despiralização dos cromossomas, passando-se de imediato para a segunda meiose.

Meiose II

Meiose II (2ª Divisão Meiótica ou Divisão Equacional ou Homotípica), abrange quatro fases distintas: Prófase II, Metafase II, Anáfase II e Telófase II.

• Prófase II

Ocorre após uma breve ou até inexistente interfase (onde não ocorre nenhuma replicação do DNA à semelhança do que acontecia na mitose), e é um período muito rápido caracterizado pela desintegração do invólucro nuclear, pela condensação dos cromossomas e pelo início da diferenciação do fuso da metafase II.

• Metafase II

Esta fase é similar à metáfase I, em que os cromossomas, constituídos cada um por dois cromatídeos que estão bem afastados um do outro, dispõem-se com os cinetocoros no plano equatorial do respectivo fuso acromático.

• Anáfase II

O centrómero de cada cromossoma (constituído por dois cromatídios) que tinha ficado indiviso na 1ª divisão meiótica, divide-se proporcionando a separação dos dois cromatídeos. Estes migram para os pólos opostos do fuso acromático.

• Telófase II

Terminada a migração polar dos cromatídeos, que são cromossomas inteiros, reconstituem-se os respectivos núcleos, pela diferenciação do invólucro nuclear, nucléolos e pelo fenômeno de citodiérese. Como consequência cada núcleo contém a quantidade 1n de DNA (valor haplóide) equivalente a um quarto da quantidade de DNA presente em G2 na célula original ao entrar em meiose. Os quatro núcleos formados têm destinos divergentes nas plantas e nos animais.