Divisão Celular

O que é divisão celular?

A divisão celular é o processo pelo qual um pai célula divide-se em duas ou mais células filhas.

A divisão celular geralmente ocorre como parte de um maior ciclo celular

As células podem se dividir por vários motivos, e existem dois tipos de divisão celular, dependendo da finalidade.

A divisão celular associada à reprodução sexual é um tipo, chamado meiose.

O outro tipo, a divisão celular associada ao crescimento e à substituição ou reparo celular, é chamado de mitose.

Em ambos os tipos de divisão celular, o núcleo se divide e o DNA é replicado.

Uma célula se dividindo em duas células-filhas

A divisão celular chamada mitose produz células-filhas que possuem todo o material genético da célula-mãe – um conjunto completo de cromossomos.

No entanto, os cromossomos não são o único material que precisa ser dividido e transferido para as células-filhas: também há o citoplasma e a membrana celular para se dividir. Citocinese é o processo de divisão do citoplasma e da membrana celular, podendo ocorrer imediatamente após a mitose ou isoladamente, dependendo do organismo envolvido. Juntos, esses dois processos constituem as fases mitóticas do ciclo celular.

As fases da divisão celular são prófase, metáfase, anáfase e telófase, e ocorrem tanto na mitose quanto na meiose. Uma quinta fase chamada prometáfase que ocorre entre a prófase e a metáfase é designada por algumas, mas não por todas as fontes. A interfase, que não faz parte da mitose, é um estágio preparatório durante o qual a célula-mãe faz uma cópia de seu material genético para que cada célula filha possa ter um conjunto completo. Portanto, a mitose é um processo contínuo e repetitivo, alternando-se com a interfase.

A meiose, por outro lado, reduz o número de cromossomos pela metade, de forma que, por exemplo, óvulos e espermatozoides humanos, chamados gametas, cada um tem 23 cromossomos e podem se juntar para produzir um zigoto com 46. Ele tem duas fases de divisão, enquanto a mitose tem apenas um. A meiose em animais é denominada gametogênese, especificamente espermatogênese, produção de espermatozoides, nos machos, e oogênese, produção de óvulos ou óvulos, nas fêmeas. No estado não fundido, o óvulo e o espermatozóide são chamados de células haplóides – tendo apenas um único conjunto de cromossomos, e eles se tornam diplóides – tendo um par de cada tipo de cromossomo – novamente quando se unem durante a fertilização.

A meiose trabalha especificamente para combinar o material genético de dois indivíduos. Quando há apenas um pai no ciclo reprodutivo – por exemplo, nas samambaias, que se reproduzem por meio de esporos – a célula-filha deve ter todo o material genético – todos os cromossomos – da célula-mãe. Portanto, no caso da criação de esporos – esporogênese – a reprodução é realizada sem meiose.

Divisão Celular – Célula

A divisão celular é a separação de uma célula em suas células-filhas.

Em células eucarióticas, a divisão celular consiste da divisão do núcleo (mitose) seguida imediatamente pela divisão do citoplasma.

Mitose

É a divisão do núcleo de uma célula eucariótica, envolvendo a condensação do DNA em cromossomos visíveis e a separação dos cromossomos duplicados para formar dois conjuntos idênticos de cromossomos.

Na fase M do ciclo celular, em que ocorre a mitose, é dividida em seis etapas: prófase, prometáfase, metáfase, anáfase, telófase e citocinese.

Prófase: os cromossomos replicados se condensam. No citoplasma, o fuso mitótico é formado entre os dois centrossomos, que foram replicados e separados.
Prometáfase: começa abruptamente com o rompimento do envelope nuclear. Os cromossomos podem ligar-se aos microtúbulos do fuso por meio de seus cinetócoros e sofrem movimentos ativos.
Metáfase: os cromossomos estão alinhados na região equatorial do fuso mitótico, a meio caminho entre os pólos do fuso.
Anáfase: as cromátides irmãs se separam sincronizadamente para formar dois cromossomos-filhos, e cada um é lentamente puxado em direção ao fuso polar para o qual está voltado.
Telófase: os dois conjuntos de cromátides-irmã chegam aos pólos do fuso mitótico e se descondensam. Um novo envoltório nuclear é constituído ao redor de cada grupo de cromossomos-filho, completando a formação de dois núcleos e marcando o termino da mitose.
Citocinese: o citoplasma é dividido em dois por um anel contrátil de actina e de miosina, formando duas células filhas, cada um com seu núcleo.

Meiose

É um tipo especial de divisão celular onde os óvulos e espermatozóides são produzidos. Compreende duas divisões nucleares sucessivas, com apenas uma etapa de replicação o de DNA, este processo produz quatro células-filhas haplóides a partir de uma célula diplóide inicial.

Como as células se dividem?

Existem dois tipos de divisão celular: mitose e meiose.

Na maioria das vezes, quando as pessoas se referem a “divisão celular”, querem dizer a mitose, o processo de fazer novas células do corpo. A meiose é o tipo de divisão celular que gera óvulos e espermatozóides.

A mitose é um processo fundamental para a vida. Durante a mitose, uma célula duplica todo o seu conteúdo, incluindo seus cromossomos, e se divide para formar duas células-filhas idênticas.

Porque este processo é tão crítica, os passos de mitose são cuidadosamente controladas por um certo número de genes.

Quando a mitose não é regulada corretamente, problemas de saúde, como câncer pode resultar.

O outro tipo de divisão celular, a meiose, assegura que os seres humanos têm o mesmo número de cromossomas em cada geração. É um processo de duas etapas, que reduz o número de cromossomas por meio 46-23, para formar o esperma e óvulo. Quando o esperma e óvulos se unem no momento da concepção, cada um contribui com 23 cromossomos para que o embrião resultante terá o habitual 46.

Meiose também permite que a variação genética por meio de um processo de embaralhamento de DNA, enquanto as células estão se dividindo.

Divisão celular – Mitose e Meiose

A divisão celular envolve a distribuição de material genético idêntico, o DNA, a duas células filhas.

O que é mais notável é a fidelidade com que o DNA é repassada, sem diluição, ou erro, de uma geração para a seguinte.

Conceitos Básicos:

Todos os organismos são constituídos por células e que decorrem de células pré-existentes:

A mitose é o processo pelo qual as novas células são geradas.
A meiose é o processo pelo qual os gâmetas são gerados para a reprodução.

O ciclo celular representa todas as fases da vida de um celular

A replicação do ADN (fase S) deve preceder a mitose, de modo que todas as células filhas recebam o mesmo complemento de cromossomas como a célula mã
As fases de hiato separar da fase S da mitose. Este é o momento em que os sinais moleculares mediar o interruptor na atividade celular.
Mitose envolve a separação dos cromossomas copiadas em células separadas

Ciclo Celular e Divisão Celular (Mitose e Meiose)

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

Célula encaminhada à progressão no ciclo por mecanismos de regulação relacionados a crescimento, multiplicação, diferenciação celular e condição de latência.Falhas nos mecanismos > célula pode ser encaminhada para apoptose (morte celular programada)
Desenvolvimento tumoral

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

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)

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)

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

Intérfas

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)

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)

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
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

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

Intérfas

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

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

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

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

CKI p27

Atua ao término de G1 e bloqueia a atividade de quinase do complexo ciclinaE/Cdk2, causando parada no 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.

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

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

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

Fase

Prófase
Prometáfase
Metáfase
Anáfase
Telófase

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

Prófase

Início da Prófase

Final da Prófase

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

Prometáfase

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

Metáfase

Metáfase

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

Anáfase

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

Telófase

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

Citocinese

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

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

Prófase I

Os cromossomos condensam-se continuamente Subfases:

Leptóteno
Zigóteno
Paquíteno
Diplóteno
Diacines

Prófase I

Prófase I

Leptóteno

grau de compactação da cromatina
Nucléolo vai desaparecendo
Cromossomos formados por 2 cromátidesirmãs (2 moléculas de DNA idênticas)

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
Formação de estruturas fundamentais para a continuidade da meiose – COMPLEXO SINAPTONÊMICO e NÓDULOS DE RECOMBINAÇÃO, importantes para a próxima fase da 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 crossingover
Crossing-over > formação dos QUIASMAS = locais de troca física de material genético

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 mantêmse unidos apenas nos quiasmas (que deslizam para as extremidades devido à repulsão dos cromossomos)

Diacinese

Cromossomos atingem condensação máxima
Aumenta a separação dos homólogos e a compactação da cromatina.

Metáfase I

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

Metáfase 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)

Anáfase 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

Telófase 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

Intérfase

Fase breve
Sem fase S ( = não há duplicação do DNA)

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)

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

Prófase II

Metáfase II

Os 23 cromossomos com 2 cromátides cada se alinham na placa metafásica

Metáfase II

Anáfase II

Separação centromérica
Cromátides-irmãs se movem para os pólos opostos

Anáfase II

Telófase II

Migração das cromátides-irmãs para os pólos opostos
Reorganização do núcleo

Telófase II

Citocinese

4 células com número de cromossomos e conteúdo de DNA haplóide (23 cromossomos e 1C de DNA)

Citocinese

Fonte: www.ufmt.br/www.wisegeek.com/www.marista.edu.br