Visão geral da divisão celular
Retirado de Principles of Biology, Bature Education
As células se reproduzem. Ou seja , uma célula se divide em duas, através de um processo conhecido como divisão celular . Quando uma célula mãe se divide, as duas células filhas são ___________ idênticas ( ou quase) à célula parental . Em organismos multicelulares como os seres humanos, a divisão celular permite o crescimento e a substituição de células _____________ ou danificadas. Por exemplo, as células que revestem o esôfago, o tubo que liga a boca ao estômago , só vivem 2 ou 3 dias antes de serem substituídas. As células podem se dividir para reparar uma lesão, como quando as células da pele crescem sobre uma ferida ou um osso quebrado se reconstroi. Células em divisão em embriões animais , conhecidas como_______________, produzem todas as células especializadas do corpo.
As células se dividem através de um dentre vários métodos . Procariontes se reproduzem por_____________, enquanto que as células eucarióticas se dividem quer através de mitose ou de meiose. Durante a fissão binária, bactérias replicam seu material genético (geralmente uma única estrutura smilar a um______________) e crescem até um certo tamanho antes de se dividir em duas células filhas . A ____________ é o processo em eucariotos para produzir cópias _____________ de cromossomos da célula -mãe e segregá-los em núcleos separados , seguidos pela _________________ para produzir duas células-filhas. Como na fissão binária , as duas células produzidas por mitose contêm as mesmas partes e genomas amplamente idênticos. Em contraste , a meiose produz células __________ que contêm a ____________ do número de cromossomos da célula parental, assim, as células filhas não são _________ exactas . A meiose conduz à formação de __________ que, posteriormente, se fundirão com outro gameta durante a reprodução sexual.
Importante, com a mitose, cada célula filha contém o mesmo número de cromossomas como a célula ______. A maioria dos eucariontes têm vários cromossomos. Os seres humanos têm 23 pares ou 46 cromossomos. Esses cromossomos contêm 3 bilhões de ________ de nucleotídeos que se estenderiam por 2 m se fossem_________, mais de 250 mil vezes o comprimento de uma única célula. Antes da divisão celular, o DNA que está dispersamente organizado é copiada e depois _____________ em cromossomos muito bem empacotados. A divisão celular eucariótica é um processo complexo. Ao contrário de procariotos, uma célula eucariótica contém ___________ envolvidas por membrana, incluindo o núcleo, as quais devem ou ser divididas ou reconstituídas dentro das células filhas.
Em 1882, o anatomista alemão Walther Flemming registrou pela primeira vez o processo de mitose. Flemming foi capaz de visualizar os cromossomos numa única célula utilizando corantes que se ligam fortemente a cromatina, uma técnica usada por cientistas ainda hoje.
O que acontece quando uma célula não está se dividindo ? Usando as técnicas de microscopia de seu tempo, Flemming pôde determinar apenas que entre as divisões as células se tornam maiores. Agora sabemos que a mitose é uma pequena parte do ciclo celular, o ciclo de vida de uma célula a partir do momento em que primeiro se forma até que o tempo em que se divide. Mitose ( fase M ) alterna com ____________- a fase em que a célula cresce e o DNA replica em preparação para a mitose. Interfase contém três subfases : a fase G1 (primeiro intervalo , na qual a célula cresce) , a fase S (síntese , em que os cromossomos são duplicados ) e fase G2 (segundo intervalo, no qual a célula cresce mais e se prepara para começar o processo de mitose). Proteínas , organelas , e citoplasma são produzidos durante as fases de intervalo , mas o DNA é sintetizado apenas durante a fase S . Dado o tamanho da maioria dos genomas eucarióticos , copiar o genoma é uma das principais tarefas do ciclo celular . Em uma célula humana que divide uma vez em 24 horas, a fase S dura 10-12 horas, ou quase metade do ciclo da célula . A mitose leva menos de 1 hora. As células que se dividem raramente passam a maior parte do seu tempo na fase G1 ou em uma fase prolongada dissociada de divisão, chamada fase G0.
Como é que a enorme quantidade de DNA em uma célula eucariótica é organizada? Antes e durante a replicação , o DNA de uma célula é densamente embalado com proteínas histonas formando fibras chamads de cromatina. A replicação começa em centenas ou mesmo milhares de pontos de origem. Durante a replicação , as proteínas especializadas ( helicases ) desenovelam a dupla hélice do DNA e seguram-na no lugar, enquanto outras enzimas ( DNA polimerases ) copiam a sequência de nucleotídeos . As DNA polimerases verificam constantemente a nova fita e corrigem _________ de cópia. Uma vez que as cópias estejam completas, as fibras de cromatina se enrolam e dobram firmemente em cromossomos de maior espessura. As duas cópias do mesmo cromossomo ficam
emparelhados em cromátides irmãs . Sob um microscópio de luz , cada par de cromátides irmãs parece um pequeno X , porque eles estão unidos por um complexo DNA - proteína chamada centrômero.
O envelope nuclear envolve os cromossomos duplicados . O centrossomo celular, uma estrutura que organiza microtúbulos durante a mitose, se duplica durante a interfase em uma célula animal. Os dois centrossomos permanecem juntos perto do núcleo até a célula entrar na fase M.
Como é que a célula se divide?
Para dar sentido aos eventos específicos de divisão celular , foram identificados cinco estágios da mitose , embora na verdade seja um processo contínuo. Estas cinco etapas são chamados prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase.
Durante a prófase, na maioria dos organismos , a cromatina se condensa em cromossomos que são visíveis ao microscópio óptico. Neste momento, os nucléolos e ribossomos desaparecem, e o fuso mitótico começa a tomar forma . O fuso mitótico é uma estrutura complexa, composta por microtúbulos e proteínas associadas, que é
responsável pela organização e separação dos cromossomos. Embora as células de plantas careçam de centrossomos , elas formar fusos mitóticos , que são uma força organizadora crucial para a divisão celular eucariótica. Na prófase , microtúbulos ligados aos centrossomos crescem através da adição de subunidades da proteína tubulina às
extremidades dos microtúbulos , alongando os microtúbulos e começando a afastar os centrossomos.
Durante prometáfase, enquanto os cromossomos se condensam mais, complexos de proteínas de cinetocoro se ligam aos centrômeros que unem cromátides irmãs . O envelope nuclear geralmente se fragmenta durante a prometáfase , permitindo que o fuso mitótico se estenda através da célula e através do espaço nuclear. Alguns dos microtúbulos se ligam com os cinetócoros, ligando , assim, os centrossomos e os cromossomos e preparando o palco para os eventos que ocorrem durante a metáfase.
Durante metáfase, proteínas motoras especializadas movem os cromossomos ao longo dos microtúbulos para o meio da célula. Os centrômeros cromossômicos se organizam no plano imaginário da placa metafásica, que se estende por todo o meio da célula. Os dois cinetócoros, um de cada cromátide irmã, se voltam em direções opostas e são unidos por microtúbulos nos centrossomos opostas.
Durante a anáfase, as proteínas ligadas às cromátides são liberadas, fazendo com que as cromátides irmãs se separem rapidamente. Os cromossomos recém-formados se movem em direção a lados opostos da célula, empurrados e puxados por proteínas motoras ao longo dos microtúbulos.
Na fase final da mitose , telófase, fragmentos da membrana nuclear original e também de outras membranas intracelulares se juntam para formar um novo envelope nuclear em torno de cada conjunto de cromossomos, formando dois núcleos filhos. Os cromossomos se descondesam e endireitar até certo ponto. Os microtúbulos se desintegram, e a mitose termina.
A mitose é o processo para distribuir os cromossomos duplicados da célula de forma igualitária. Como, então, o resto da célula se divide, formando, em última análise, duas células-filhas? Logo após a mitose , o citoplasma termina por se dividir pelo processo de citocinese. Nas células animais, a citocinese começa com um sulco de clivagem, uma
ranhura estreita no meio da célula em divisão, no local onde anteriormente havia a placa metafásica. Filamentos de actina formar um anel em torno do interior da célula , no sulco de ______________. Os filamentos são reunidos, contraindo o anel e levando a membrana celular junto. Essa constrição separa o citoplasma em duas células -filhas idênticas.
Como é a citocinese em plantas? As células vegetais têm paredes celulares. Em vez de formar um sulco de clivagem, o complexo de Golgi gera vesículas que se movem ao longo dos microtúbulos para o centro da célula e se unem para formar uma placa celular. Materiais de parede celular são recolhidos no interior da placa celular, e a placa aumenta, até que se junta com às bordas da membrana plasmática. A placa se separa no meio, produzindo uma nova
membrana e uma parede celular para cada célula filha. Visão geral da regulação do ciclo celular
Em um adulto humano, as células da pele se dividem de forma contínua, enquanto que as células do fígado se dividem apenas em resposta a uma lesão, e células do músculo se reparam, mas não podem se dividir. Células diferem claramente na sua capacidade de se dividir constantemente, ocasionalmente, ou nunca mais de terem sido formadas. Por quê? O que diz a uma célula se para continuar o ciclo celular ou parar?
Na década de 1970, os cientistas investigaram essa questão por fusão de células em cultura que estavam em diferentes estágios do ciclo celular. Se uma célula estava no G1 e outra em S, o núcleo da célula G1 começava a sintetizar DNA, assim como o núcleo da célula em S. Se uma célula estava no G1 e a outra na mitose, o núcleo G1 ia direto para a mitose. O que isso poderia significar? Os cientistas formularam a hipótese de que a sinalização do citoplasma instruía o núcleo sobre o que fazer.
As pesquisas desde então revelaram que, tanto sinalização externa bem como sinais moleculares de dentro da célula podem avançar uma célula para uma fase ______________ do seu ciclo ou causar uma pausa. O sistema que
controla em qual fase uma célula está é chamado de sistema de controle do ciclo celular . Os momentos em que o ciclo pode ser interrompido ou empurrado para a frente são chamados de pontos de checagem (______________). Por padrão, as células animais param no “posto de controle”, do jeito que você iria parar no portão do estádio no caminho para um jogo ou um concerto. Uma vez que os seguranças vêem que você tem um bilhete válido , e que você não é um perigo para o resto da multidão, eles permitem que você entre. Vias de sinalização são os
“seguranças” que interagem com moléculas envolvidas no ciclo celular, tais como componentes da maquinaria de replicação do DNA e microtúbulos, para decidir se uma célula deve ou não deve continuar. Se todos os processos celulares que precisam ser concluídos antes de prosseguir foram concluídos com êxito e o meio ambiente parece favorável, então a célula passa pelo ponto de checagem para a próxima fase.
Nestes pontos de checagem do ciclo celular, as condições existentes são analisadas e a célula decide se é seguro para continuar ou se é melhor parar e não se dividir. Os pontos de checagem estão em G1 (antes que a célula copie seu DNA), G2 (antes de entrar mitose) e M (antes das cromátides irmãs se separarem), entre outros pontos. O ponto de checagem mais importante em mamíferos parece ser o de G1 . Se a célula não recebe aval a esta altura, ele entra em fase G0 e pára de se dividir. A maioria das células altamente diferenciadas no corpo humano, incluindo células musculares maduras e neurônios, permanecem em G0 . Algumas células, como as do fígado, podem deixar G0 e reingressar no ciclo para reparar uma lesão. Se uma célula de passa através do ponto de checagem de G1 , ela geralmente continua até completar a mitose. Crescimento e reparação acontecem conforme forem necessários. Em alguns casos, tal como no fígado, mesmo que metade do órgão seja removida ou danificada, as células restantes se dividem para regenerar o órgão inteiro.
MPF (Fator promotor de maturação) foi o primeiro complexo identificado de controle do ciclo celular
Como os experimentos de fusão de células indicavam, o ciclo celular é regulado principalmente por proteínas no citoplasma da célula. Muitas das proteínas envolvidas na regulação do ciclo celular são cinases dependentes de
ciclina (CDK). A ciclina é uma proteína cuja concentração na célula varia ciclicamente. A cinase é uma enzima que catalisa a adição de um grupo fosfato a uma molécula. Cdks são cinases cujas atividades são controladas através da formação de complexos com ciclinas. Complexos de ciclina - Cdk são formados a partir de uma subunidade de proteína cinase e uma subunidade de ciclina. Quando as duas subunidades se associam, elas formam o que é chamado de holoenzima. Na maioria dos casos, a concentração da subunidade cinase é relativamente constante, enquanto que a concentração da subunidade de ciclina oscila. A cinase é completamente inactiva sem a sua ciclina correspondente, mas além da formação do complexo ciclina - Cdk , a ativação da holoenzima requer a fosforilação de um resíduo chave na subunidade cinase.
O primeiro complexo ciclina-Cdk descoberto - MPF ou fator promotor da maturação - foi encontrado em ovos de rã. A ciclina que é parte do MPF é sintetizada durante as fases S e G2. Durante G2, quando esta ciclina atinge uma concentração crítica, forma um complexo com Cdk, e produz o MPF. MPF dispara a mitose por fosforilação de proteínas, em alguns casos, de ativação de enzimas adicionais. Ela fosforila proteínas do envelope nuclear,
promovendo a desintegração do envelope nuclear durante a prófase. MPF também pode ajudar na condensação dos cromossomos e na formação do fuso mitótico na prófase. Na anáfase, as ações do MPF causam a quebra de seu componente ciclina. A cinase permanece na célula numa forma inativa até que novas moléculas de ciclina são sintetizadas. O complexo ciclina-Cdk então reaparece.
As ciclinas foram classificadas em classes com base em quais fases do ciclo celular regulam. Por exemplo, proteínas do tipo ciclina D regulam a passagem da fase G0 para G1 e são encontradas na fase G1. As ciclinas B1 e B2 fazem parte do MPF que regula a mitose ou atividades da fase M.
Há muitas Ciclinas nas Células
Existe um complexo ciclina-Cdk em células de galinha, que é semelhante ao complexos encontrados em células de anfíbios e de mamíferos, a ciclina B. Os níveis de ciclina B ligada a cinase dependente de ciclina 1 (Cdk1) aumentam durante a intérfase, mas o complexo não é ativado até o final da fase G2. Em seguida, entra no núcleo, onde catalisa a condensação do DNA em cromossomos e a desintegração do envoltório nuclear. A ciclina B é lisada durante a anáfase.
Além da _______________ da carioteca e da condensação de cromossomos, outros processos precisam ser
regulados no início da mitose. Durante a mitose e citocinese, moléculas regulatórias ativadas por fosforilação ajudam a evitar erros de divisão celular, permitem a duplicação do centrossomo, a montagem do fuso mitótico, a separação de cromossomos e a citocinese.
Quais outras etapas da divisão celular podem ter de ser reguladas? No ponto de checagem da fase M, um complexo de proteínas diferente activa a enzima separase, que catalisa a separação das cromátides irmãs. Neste ponto do ciclo celular, é crucial que os cromossomos estejam alinhados na placa metafásica com as cromátides irmãs orientadas em direções opostas, de modo que quando as cromátides se separarem exatamente uma de cada par vai para cada célula filha. No ponto de checagem, a célula verifica se cada cromátide está ligada ao fuso mitótico através de seu cinetócoro. Se alguns dos cinetócoros não estiverem ligados ao fuso, a anáfase não começa. Se eles estiverem todos conectados com segurança, a _______________ é ativada e a anáfase começa.
Também há pontos de checagem durante a fase S, em que ocorre a duplicação do DNA. Por exemplo, se a replicação está funcionando corretamente, o DNA de fita simples é rapidamente transformado na forma de fita dupla mais estável. O DNA de cadeia simples no entanto não é muito estável, e certas proteínas protegem-no durante a
replicação. Uma destas proteínas, a proteína de replicação A , é também um gatilho para um ponto de checagem da fase S. Se uma grande quantidade de proteína de replicação A estiver ligada ao DNA , a célula entende isto como um sinal de que o DNA pode estar danificado (devido ao acúmulo de DNA fita simples). Isto altera várias interações entre
a proteína de replicação A e outras proteínas envolvidas no controle da replicação de DNA. A replicação do DNA é então suspensa enquanto os danos ao DNA são reparados.
Complexos CDK- ciclina também regulam o checkpoint G1. Três proteínas Cdk e várias ciclinas são ativas neste ponto de checagem. Ciclina D1 promove e monitora o crescimento de células durante G1 por fosforilação de moléculas. O gene ciclina D1 é denominado um proto-oncogene (que é um gene que pode levar ao câncer). A ciclina D1 é expressa de forma descontrolada em uma variedade de tumores. Se muita proteína ciclina D1 estiver presente em uma célula, a célula move-se para a fase S sem pausas nos checkpoints de G1 e S. Isto pode conduzir a erros na síntese de DNA e divisão celular , os quais podem iniciar a formação de tumores .
Os mecanismos de controle do ciclo celular respondem a estímulos internos e externos.
Como os pesquisadores que descobriram MPF imaginaram, o ciclo celular responde a muitos sinais internos . O cinetócoro está ligado ao fuso mitótico? Existe muito DNA de fita simples? Mas o ciclo celular também responde a sinais extracelulares. A divisão celular é influenciada pela disponibilidade de nutrientes, fatores de crescimento e espaço para crescer. Se um nutriente essencial se torna escasso, as células páram de se dividir. As células da maior parte dos tipos de organismos também respondem a fatores de crescimento específicos, que são moléculas que estimulam a divisão celular. Por exemplo, fibroblastos, que são células de tecido conjuntivo que produzem o colágeno, irão proliferar se o ambiente contiver o fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF). Como o seu nome sugere, o PDGF é produzido pelas plaquetas, que estão envolvidas na coagulação do sangue. Quando você se corta, as plaquetas não só ajudam o sangue a coagular, mas também liberam um fator de crescimento que faz com que células do tecido conjuntivo cresçam para ajudar a curar a ferida.
Como é que o PDGF estimula os fibroblastos a crescer? O PDGF se liga a __________________ específicos na membrana celular de fibroblastos. Isto provoca no fibroblasto uma via de transdução de sinal, que é uma série de alterações em diferentes moléculas que, em última análise, afeta as funções celulares específicas. Os receptores dos PDGF são um exemplo de receptores tipo tirosina-cinases (TKRs). Tal como outras cinases, catalisam a fosforilação de seu substrato. Cada receptor atravessa a membrana celular, de modo a que pode comunicar o ambiente externo como o interior da célula. Duas moléculas de PDGF que se ligam a dois receptores adjacentes faz com que os receptores se liguem entre si (isto é , os receptores formam um dímero). Cada receptor fosforila seu parceiro no dímero. O receptor PDGF dimérico fosforilado agora ativa uma série de outras proteínas. As proteínas recentemente ativadas disparam vias adicionais, que juntas avançam a célula através do checkpoint G1 para a fase S.
Como as células reagem ao espaço em torno delas? Muitas células páram de se dividir quando o ambiente está muito lotado. Este fenômeno é chamado de inibição dependente de densidade. As células em placas de Petri se dividirão até que uma camada única de células cubra a superfície da placa, e, então, páram de se dividir. Se algumas células forem removidas, as células vão novamente começar a se dividir até que preencham a lacuna. Esta inibição ocorre porque as proteínas sobre as superfícies de células vizinhas se ligam umas às outras. A divisão celular continua enquanto as proteínas de superfície de algumas células permanecerem soltas, mas pára quando todas as células tiverem vizinhos. As células cancerígenas, em contraste , não apresentam inibição dependente de densidade. Eles podem se dividir apesar de estarem se aglomerando, formando várias camadas. A razão para a perda dessa inibição dependente da densidade pode ser porque as células produzem fatores de crescimento externos adicionais, ou as células podem ter vias de transdução de sinal anormal, que ignoram os pontos de checagem de crescimento normais.
Que outras condições causam parada na divisão celular? A maioria das células animais se divide apenas se estiver aderido a uma superfície; no corpo, elas aderem aos tecidos. Este fenômeno é chamado de dependência de
ancoragem. Em células cancerígenas, a dependência de ancoragem pode deixar de funcionar, com o resultado de que as células se dividem sem a necessidade de estarem ancoradas ou fixadas em algo. Outras funções celulares
possuem receptores de vitamina D. Pele exposta à luz solar produz a vitamina D, o que promove a absorção de cálcio necessário para manter os ossos fortes. A expressão do gene do receptor de vitamina D é normalmente dependente de ancoragem.
O que acontece quando os mecanismos reguladores falham?
O câncer é o crescimento descontrolado de células anormais no corpo . Como células cancerosas são diferentes das células normais? Elas podem não parar de se dividir quando estão lotando uma superfície ou quando estão livres em suspensão. Elas podem passar o checkpoint G1 para a fase S sem confirmar que estão prontas para fazê-lo. Se elas páram de se dividir, param em pontos aleatórios do ciclo, não nos pontos habituais de checagem. Uma célula normal em cultura vai se dividir a cerca de 20-50 vezes antes de morrer pelo processo de apoptose , ou morte celular programada . A célula cancerosa pode se dividir mais ou menos indefinidamente, pelo menos até que o organismo morra. Células que foram retiradas do tumor de uma mulher em 1951 ainda estão dividindo em cultura até hoje. Elas são chamadas de linhagem de células HeLa, porque o nome da mulher era Henrietta Lacks.
Embora a falha de qualquer um dos vários controles do ciclo celular possam levar a um crescimento descontrolado, uma única célula que tenha sofrido este tipo de transformação em uma célula cancerosa é geralmente reconhecida e destruída pelo sistema imune. Se o sistema imune não conseguir pegar a célula, ela podem proliferar in situ, no local onde nasceu. Estas massas celulares formam tumores benignos, crescimento anormal de tecido que não se espalhou para outras partes do corpo. Os tumores benignos geralmente não causam sérios problemas de saúde. Se um tumor benigno está causando problemas, pressionando os tecidos normais, por exemplo , pressionando a uretra e
obstruindo o fluxo de urina, geralmente pode ser removido cirurgicamente. As pessoas que têm câncer ativo têm tumores malignos. Os tumores malignos contêm células que podem se espalhar para novos tecidos e proliferar em diferentes partes do corpo. Este processo é chamado de metástase . Múltiplas mutações são necessárias para uma célula apresentar tanto crescimento descontrolado quanto metástase. As mutações muitas vezes se acumulam ao longo do tempo antes que o câncer se desenvolva.
Em comparação com as células normais dos mesmos tecidos, células cancerosas apresentam aparência diferente. Elas são muitas vezes menos diferenciadas e menos organizadas do que as células normais, porque elas têm muitas mutações e avançam pelo ciclo celular sem parar nos pontos de checagem normais.
Câncer não ocorre apenas em animais, as plantas também podem ter o crescimento descontrolado que resulta em tumores cancerígenos. Muitos destes tipos de tumores são induzidos por agentes patogênicos, tais como bactérias, fungos e vírus. Enquanto o desenvolvimento desses tumores vegetais tem muitas semelhanças com os que ocorrem em animais, existem também muitas diferenças. Por exemplo, os tumores de plantas tendem a ser mais restritos e incapazes de se espalhar porque as plantas carecem de mobilidade celular, mantendo tumores localizados, e porque a maioria das células vegetais são capazes de se diferenciar em qualquer tipo de tecido.
Funções celulares específicas que controlam a divisão celular normal estão alteradas ou apagadas no câncer. Que genes e proteínas controlam estas funções? Os genes que causam câncer são chamados oncogenes. As formas normal destes genes são chamadas de proto -oncogenes . Pesquisadores identificaram uma série de proto-oncogenes . A ciclina D1 é uma, outra é ras, abreviação de "sarcoma de rato ", assim chamada devido a sua
descoberta inicial em roedores. O gene ras codifica uma proteína G que transmite um sinal a partir de um factor de crescimento de fora da célula para iniciar uma cascata que termina com a síntese de uma proteína que estimula o ciclo celular . Como na proteína ciclina D1 , uma abundância de proteína ras empurra a célula para proliferação . Cerca de 30% dos cânceres humanos exibem mutações no gene ras.
Os oncogenes como ras levam as células a proliferar porque seus produtos proteicos estimulam a divisão celular. Outros genes envolvidos no câncer inibem a divisão celular. Como isso é possível ? Quando os genes que
trabalho, a divisão celular se torna descontrolada. Estes genes são chamados genes supressores de tumores, não oncogenes. O gene mais frequentemente alterado em câncer humano é um gene supressor de tumor denominado p53, que está mutado em mais de metade dos cânceres humanos. Normalmente, p53 age pausando a progressão do ciclo celular enquanto o DNA é reparado; ou então p53 induz apoptose. Quando não funciona adequadamente, o ciclo celular pode progredir sem supervisão.
Como as funções dos oncogenes e genes supressores tumorais são alteradas? Três eventos principais podem mudar a forma como os genes são expressos: o número de cópias do gene em uma célula muda, alterações de localização do gene , ou uma mutação se desenvolve dentro do gene ou de sua região regulatória e isso não é corrigido. Mais cópias de um gene resultam em maior quantidade de seu produto proteico, enquanto a deleção do gene elimina o seu produto. A mudança de localização pode colocar o gene sob diferentes regulações que podem aumentar ou diminuir a sua transcrição. Elementos de controle transcricional também podem ser alterados por mutações . As mutações no gene podem levar a malformação e função errada de seu produto proteico. Em muitos tumores , os cientistas descobriram que uma cópia da proteína p53 foi suprimida da célula, e a outra cópia tem uma mutação em pelo menos um nucleotídeo , que altera pelo menos um aminoácido no produto proteico.
Perspectivas futuras.
A regulação do ciclo celular, uma vez que se refere ao câncer é uma área ativa de pesquisa. Por que às vezes p53 induz apoptose e outras vezes suspende o ciclo celular? Seria possível corrigir a p53 mutante para que ela funcione de novo? Poderia um vírus ser utilizado para inserir o gene de p53 em células que carecem de p53 funcional? Pesquisadores estão estudando todas estas questões. Você consegue pensar em outras maneiras como o nosso conhecimento sobre p53 poderiam ser usados para projetar novas terapias contra o câncer?
Outro gene que sendo pesquisado atualmente tem o efeito oposto da p53. O gene da survivina inibe a apoptose e é geralmente expresso em tumores, mas não em tecidos normais. Os cânceres que expressam este gene são mais propensos a progredir de forma agressiva, reduzindo a sobrevida do paciente. Investigadores em Copenhagen, Dinamarca, investigaram a possibilidade de gerar uma resposta imunológica sustentada específica para survivina, de modo a criar uma vacina contra o câncer. Em março de 2011, uma equipe de pesquisa no Pesquisa Discovery e Desenvolvimento Farmacêutico no Estado de Washington e da Universidade de Kyoto , no Japão relataram sucesso no uso de interferência de RNA para bloquear a expressão survivina em ratos com câncer de bexiga. Interferência de RNA é um método natural para controlar a expressão de genes, e os pesquisadores aprenderam a usá-lo para atingir genes específicos. Pesquisadores da Universidade de Kinki , em Osaka, no Japão relataram o uso de interferência de RNA para bloquear a expressão de survivina e aumentar a eficácia de uma droga contra o câncer em causar apoptose de células de câncer de mama in vitro.
Os mecanismos subjacentes à regulação do ciclo celular são numerosos e complexos. Uma quantidade incrível vezes, as células se dividem com precisão para criar células-filhas idênticas e param de proliferar quando ocorre dano ou as condições são desfavoráveis para o crescimento. Compreender como os sinais internos e externos regulam a divisão celular pode ajudar-nos a aprender a corrigir o processo quando ele vai errado ou alcançar as células que começaram uma proliferação descontrolada.
O Ciclo de Vida Sexual
Para muitos organismos , o sexo é uma parte fundamental do processo reprodutivo . Neste módulo , vamos examinar os componentes do ciclo de vida sexual e os benefícios de reprodução sexuada a um organismo.
A reprodução sexuada começa com a organização dos cromossomos.
A sequência de fases que um organismo passa através de uma geração para a seguinte é chamado o ciclo de vida do organismo. Vamos começar por analisar os blocos de construção da reprodução. O DNA de uma célula está contido
dentro de estruturas chamadas cromossomos, que são passados aos descendentes através da reprodução sexual ou assexual. Muitas células eucarióticas são diplóides , ou 2n , onde n é o número de diferentes cromossomos de uma célula; 2n indica que a célula contém duas cópias de cada cromossomo. As duas cópias são chamadas cromossomos homólogos, e que têm os mesmos genes no mesmo locus tanto em um como no outro. Estes cromossomos
homólogos contém os genes para as mesmas características , mas cada cromossomo pode ter diferentes versões dos genes , chamados_________. Por exemplo, ambos os cromossomos homólogos podem conter um determinado gene para a cor de pele. No entanto, um cromossomo pode codificar um alelo para pêlo marrom , eo outro pode codificar um alelo para pêlo preto.
A maioria dos animais e plantas se reproduz sexualmente pela fusão de um ovo com um espermatozoide . Em organismos diplóides , óvulos e espermatozóides são haplóides , ou 1n , o que significa que contêm apenas uma cópia de cada cromossomo. É importante que eles só tenham uma cópia porque a fertilização de um óvulo por um espermatozóide produz uma célula diplóide, com cópias materna e paterna de cada cromossomo . Óvulos e espermatozóides são chamados gametas , e são produzidos por um tipo de divisão celular chamado meiose. Ao contrário da mitose , o que produz células geneticamente idênticas à célula parental , meiose produz células com n cromossomos ( isto é , metade do material genético ) a partir de células 2n .
Quais são algumas das maneiras diferentes organismos reproduzem sexualmente ? Quais são algumas das vantagens adaptativas de reprodução sexual? Embora a reprodução sexual seja a forma mais comum de reprodução em animais e plantas , a reprodução assexuada também ocorre em toda a árvore da vida. A reprodução assexuada inclui a divisão binária vista em bactérias e amebas, a propagação das plantas e alguns animais por crescimento clonal, e os casos em que os ovos de alguns animais e plantas são formadas através de mitose , meiose , em vez de , e se desenvolvem em prole que são geneticamente idênticas à sua mãe .
Embora existam muitos custos para a reprodução sexual, a diversidade de organismos que se dedicam a reprodução sexual, ea diversidade de formas que eles fazem isso , sugere que há benefícios que superam os custos . Uma das maiores vantagens da reprodução sexual é que ele permite que os genes dos pais se misturem por recombinação. Juntamente com a mutação a recombinação pode aumentar a variação genética numa _____________ e , assim, possivelmente aumentar a variação de fenótipos da prole dentro dessa população . Porque estes descendentes terão de enfrentar desafios muitas vezes imprevisíveis , antes de poderem reproduzir-se , este aumento do nível de
variação genética dá a um pai mais chances de que pelo menos alguns dos seus descendentes terão características que lhe permitam sobreviver e se reproduzir. Em contraste , a descendência produzida por reprodução assexuada só têm o material genético de um progenitor e, a única variação genética que podem possuir vem das mutações. Em organismos diplóides , a reprodução sexual envolve a fertilização de um óvulo por um espermatozóide haplóide para produzir um zigoto diplóide. Como os gametas haplóides são produzidos por meiose , os dois eventos-chave na reprodução sexual são a meiose ea fecundação . A reprodução sexuada gera indivíduos com DNA de dois pais diferentes, por isso produz indivíduos geneticamente únicos.
Etapas da meiose
Os animais multicelulares e muitas plantas têm dois conjuntos de cromossomos em suas células somáticas. Esses cromossomos herdados pelos pais com os mesmos genes são chamados de cromossomos homólogos . Como os conjuntos de cromossomos dos pais se fundem durante a reprodução sexual? O que impede que o número de cromossomos dobre quando ocorre a____________? Esta duplicação é impedida pela meiose, um tipo especial de divisão celular nas células reprodutivas. A meiose é um processo de duas fases, que divide os cromossomos de uma célula parental em metade , produzindo gametas ou esporos. A meiose também desempenha um papel importante na geração de diversidade genética .
A perspectiva histórica começa com os ovos de ouriço do mar.
Em 1876, o zoólogo alemão Oscar Hertwig descreveu pela primeira vez o processo de meiose , durante seu estudo de ovos de ouriço-do- mar. Sua teoria , que surgiu a partir da observação de dois núcleos em um zigoto, afirmava que esses núcleos provavelmente se desenvolveram devido à integração de substâncias encontradas dentro de um espermatozóide e um óvulo . Walther Flemming e Walter Sutton publicaram desenhos feitos à mão dos
cromossomos durante a mitose (em 1882) e meiose ( em 1902), respectivamente. Juntas, essas observações nos ajudaram a entender o padrão e movimento dos cromossomos durante a meiose e como ela diferia da mitose. A palavra meiose, que foi introduzida por JB Farmer e JS Moore em 1905 , é derivada da palavra grega para "redução". Mitose e meiose têm várias diferenças importantes.
Há diferenças importantes entre mitose e meiose , que decorrem da função de cada tipo de divisão celular. A função da mitose é produzir duas células geneticamente idênticas . A função da meiose é produzir células com metade do número de cromossomas como a célula mãe .
Como é que os números cromossômicos mudar durante a meiose ? O termo "n" ( ou "1n " ) refere-se ao número de cromossomos de uma célula haplóide de uma determinada espécie , e o termo " 2n " é gual ao número de
cromossomos de uma célula diplóide de uma dada espécie . Por exemplo , em seres humanos , 1n = 23 , e 2n = 46 . Os nomes das fases da meiose são semelhantes aos de mitose , mas meiose consiste em dois ciclos de divisão chamado meiose I e meiose II . Meiose I separa cromossomas homólogos e reduz o número de cromossomas para metade . A meiose II separa cromátides irmãs , tanto quanto a mitose faz.
A meiose I é a divisão de redução .
Como mitose , meiose é precedida por fases , durante o qual a célula cresce e ADN e as proteínas são sintetizadas . Imediatamente antes da meiose, cada um dos cromossomos foram copiados , e as cromátides irmãs que foram produzidos são mantidos juntos no centrômero. Cromatídes irmãs são consideradas parte do mesmo cromossomo, quando eles são ligados por um centrômero , de modo que o número total cromossomo é determinado pela
contagem do número de centrômeros . As cromátides irmãs são unidas através de complexos de proteínas chamadas coesinas. Os complexos de coesina existem ao longo de todo o comprimento das cromátides irmãs durante os estágios iniciais de divisão celular. Durante a anáfase I, estas proteínas são degradadas ao longo de todas as cromátides irmãs exceto nos centrômeros .
A primeira divisão da meiose , denominada meiose I, começa com a prófase I. Duas coisas únicas e importantes acontecem nesta fase, o que pode levar dias ou até mais para ser concluído. O envelope nuclear começa a se desmanchar e a cromatina nuclear começa a condensar em cromossomos individuais cada um composto de duas cromátides irmãs. Pares de cromossomos homólogos, em que cada cromossomo é formado por duas cromátides irmãs, se ligam um ao outro em um processo chamado de sinapse. A ________ ocorre através de uma estrutura de proteína chamada do complexo sinaptonêmico . Esses pares de cromossomos homólogos , constituídos de quatro cromátides irmãs , são chamados de uma tétrade ou bivalente . Durante a sinapse , grandes seções de cromossomos são transferidos entre uma cromátide materna e paterna homólogas. Este processo é denominado cruzamento (crossing over), e os locais onde os segmentos de cromossomos são trocados são chamados quiasmas.
Uma vez que sinapse é concluída, os complexos sinaptonêmicos se_______________, e os cromossomos começam a se separar parcialmente. Os quiasmas se tornam visíveis durante a última parte da prófase I e são importantes para a segregação adequada dos cromossomos homólogos durante a meiose I: os quiasmas mantêm os cromossomos homólogos juntos durante a prófase I e metáfase I. Se eles não estiverem presos desta forma , há maior chance de de que ambos os homólogos sejam segregados para a mesma célula filha , causando segregação cromossômica errônea e e aneuploidia ( o número errado de cromossomos ) após a divisão .
Outro passo importante durante a prófase I é a duplicação dos _____________ em animais ou os centros de
organização de microtúbulos ( MTOCs ) em plantas. Estas estruturas são essenciais para garantir que os cromossomos sejam distribuídos de forma adequada para as células -filhas resultantes. Cada centrossomo monta um complexo de microtúbulos que funcionam como faixas para os homólogos de se moverem longitudinalmente. Os icrotúbulos (também conhecidas como fibras do fuso ) conectam-se a cada cromossomo homólogo no cinetócoro. O cinetocoro actua como uma unidade motora e proporciona uma das forças que impulsiona cada cromossomo homólogo através da célula durante a meiose .
Durante a metáfase I, cada tétrade se move ao longo de seus microtúbulos anexos de modo que fique alinhada ao longo da placa metafásica. Um cromossomo homólogo se orienta para um polo da célula , enquanto o outro cromossomo homólogo se volta para o pólo oposto. O alinhamento de cada tétrade ao longo da placa metafásica é totalmente aleatório , em termos de qual cromossomo homólogo se liga a qual pólo, um fenómeno que contribui para a diversidade genética observada nas células filhas resultantes .
Durante a anáfase I, os microtúbulos ligados ao centrômero de cada cromossomo homólogo começam a diminuir, separando os cromossomas homólogos, puxando-os para pólos opostos. As cromátides irmãs de cada cromossomo permanecem fortemente ligadas. Os microtúbulos que não estão ligados aos cinetócoros se tornam mais longos, o que faz com que os centrossomos se afastem, o que também ajuda na condução dos cromossomas homólogos para lados opostos da célula.
Uma vez que os cromossomas homólogos tenham terminado de migrar para pólos opostos da célula, começa telófase I. Um ___________ nuclear se forma em torno dos cromossomos. Cada pólo recebe apenas um membro de cada par homólogo, e de modo que os dois núcleos filhos são considerados haplóides, embora cada cromossomo em conjunto haplóide seja constituído por duas cromatídes irmãs. Agora que os conjuntos haplóides de cromossomas estão localizados em pólos opostos das células, pode começar a citocinese. Citocinese é a divisão do citoplasma da célula em duas células filhas. Quando esse processo for concluído, as células podem entrar em intercinese ou um período de repouso antes de sofrer meiose II. Nenhuma replicação do DNA ocorre durante este tempo. Telófase I e intercinese normalmente não são vistas na maioria das espécies de plantas, porque suas células se movem
diretamente do Anáfase I em Prófase II.
Cromátides irmãs se separam durante a segunda fase da meiose.
Cada célula filha que se formou durante a meiose I agora sofre meiose II, que separa as cromátides irmãs.. A meiose II e mitose são muito semelhantes: ambas separam as cromatídes irmãs, mas não reduzem o número de
cromossomos. Em prófase II, um fuso de microtúbulos se forma. Se o nucléolo e envelope nuclear repareceram durante a intercinese, eles agora desaparecem. As cromátides irmãs não trocam mais_____________.
Na metafase II, os cromossomos se alinham ao longo da placa de metáfase. Como na mitose, o cinetocoro de uma das cromatídes irmãs está ligado às fibras do fuso de um pólo, e o cinetocoro da outra cromatíde irmã está ligado às fibras do fuso do pólo oposto.
Em anáfase II, os _______________ de cromátides irmãs se separam. Isso permite que cada cromátide irmã se desloque para os pólos opostos da célula. Os cinetócoros que estão vinculados aos microtúbulos facilitam este movimento de uma maneira que é mecanicamente como o processo em anáfase I. Especificamente, os microtúbulos ligados ao cinetocoro de cada cromátide irmã começam a___________, separando as cromátides, puxando-os para pólos opostos. Os microtúbulos que não estão conectados à cinetócoros se tornam mais longos, empurrando os centrossomos mais distantes, o que também ajuda na condução das cromátides para lados opostos da célula. Neste ponto, cada cromátide irmã torna-se um cromossomo.
Finalmente, na telofase II, cada cromossomo se desenrola, e o envelope nuclear começa a se formar. Os microtúbulos do fuso também começam a se dissociar e não são mais visíveis. A citocinese então produz duas células filhas que
são geneticamente diferentes uma da outra. No final da meiose II, quatro células filhas se formaram, cada uma contendo um conjunto de cromossomos haplóide.
Como a meiose funciona em seres humanos ? Os homens nascem com células-tronco denominadas ____________ nos testículos : na puberdade , a espermatogênese começa a produzir espermatócitos por divisão meiótica . Por outro lado, a meiose começa muito mais cedo em mulheres, sendo iniciada durante os estágios do desenvolvimento fetal . No feto feminino , as células germinativas primordiais , que tenham terminado a sua migração para o ovário começam imediatamente a sofrer meiose e formar oócitos primários . A meiose é suspensa antes do nascimento na prófase I e não continua até que a menina atinja a puberdade .
Nas mulheres , os produtos da meiose não são_______________. Quando a meiose começa novamente após a puberdade , a cada mês um dos oócitos primários é selecionado para a ovulação. A primeira divisão meiótica produz duas "células", um ovócito secundário , que contém a maior parte do citoplasma e organelas celulares , e uma pequena estrutura chamada corpo polar. O corpo polar tem muito pouco citoplasma , mas contém uma cópia dos cromossomos. O corpo polar é eventualmente _____________ pelo ovário da mulher. O oócito secundária completa meiose II após a fertilização , a produção de um segundo corpo polar e um óvulo maduro .
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