Prof.Doutor José Cabeda Biologia Celular

Aula Teórica Nº 8

O Ciclo CelularO Ciclo Celular

Os elementos do fuso acromático Microtúbulos astrais (MtA)Microtúbulos astrais (MtA) Microtúbulos polares (MtP)Microtúbulos polares (MtP) Microtúbulos cinetocorianos (MtC)Microtúbulos cinetocorianos (MtC) Microtúbulos interzonais (MtZ)Microtúbulos interzonais (MtZ)

Centríolo (Ce (Cs))Centríolo (Ce (Cs)) Microtúbulos (Mt)Microtúbulos (Mt) Plano (ou placa) equatorial (P Eq)Plano (ou placa) equatorial (P Eq)

Os centrossomas, centríolos e microtubulos

O Centrossoma é constituído por dois O Centrossoma é constituído por dois centríolos orientados perpendicularmente. centríolos orientados perpendicularmente. Funciona como organizador da Funciona como organizador da polimerização dos microtubulos polimerização dos microtubulos

Os centríolos são cilindros compostos por Os centríolos são cilindros compostos por 9 tripletos de microtúbulos de tubulina9 tripletos de microtúbulos de tubulina

A região centrossómica contém ainda A região centrossómica contém ainda centrina, tequetina, ATPases, RNA centrina, tequetina, ATPases, RNA polimerases e outros químicospolimerases e outros químicos

As proteínas motoras

Associados aos microtúbulos encontram-se Associados aos microtúbulos encontram-se as proteínas motoras: dineínas e cinesinasas proteínas motoras: dineínas e cinesinas

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A MITOSE

Os cromossomas mitóticos Dois cromatídeos irmãos (cada um Dois cromatídeos irmãos (cada um

com uma cópia do dsDNA enrolado com uma cópia do dsDNA enrolado em nucleosomas (Ns)em nucleosomas (Ns)

Um centrómero (cm)Um centrómero (cm) Quatro telómeros (Tm)Quatro telómeros (Tm) Dois cinetocoros (cc)Dois cinetocoros (cc)

Estrutura trilamelar estratificada Estrutura trilamelar estratificada onde se ligam os microtúbulos onde se ligam os microtúbulos cinetocorianos (Mtc)cinetocorianos (Mtc)

As fases do ciclo celular mitótico

G0 (Gap 0)G0 (Gap 0) intervalo entre mitosesintervalo entre mitoses

G1 (Gap 1)G1 (Gap 1) Síntese proteicaSíntese proteica

S (Síntese)S (Síntese) G2 (Gap 2)G2 (Gap 2)

Organização dos Organização dos cromossomas diplóidescromossomas diplóides

M (Mitose)M (Mitose) Segregação dos Segregação dos

cromossomascromossomas Interfase (G0+G1+S+G2)Interfase (G0+G1+S+G2)

As fases da mitose ProfaseProfase

Condensação dos cromossomasCondensação dos cromossomas PrometafasePrometafase

Início da desorganização do invólucro nuclearInício da desorganização do invólucro nuclear MetafaseMetafase

Cromossomas no plano equatorial do fusoCromossomas no plano equatorial do fuso AnafaseAnafase

Ascensão polar de cada cromatídeoAscensão polar de cada cromatídeo TelofaseTelofase

Reorganização do invólucro nuclearReorganização do invólucro nuclear

Profase

Aumento do volume nuclearAumento do volume nuclear Aparecimento da cromatina organizada em longos e finos filamentosAparecimento da cromatina organizada em longos e finos filamentos Cromossomas dicromáticos (2 fibras de DNA rigorosamente iguais que se Cromossomas dicromáticos (2 fibras de DNA rigorosamente iguais que se

vão gradualmente tornando mais pequenos, espessos e compactosvão gradualmente tornando mais pequenos, espessos e compactos Nucleolos vão iniciam a sua dissipaçãoNucleolos vão iniciam a sua dissipação Os dois pares de centriolos da região perinuclear começam a deslocar-se em Os dois pares de centriolos da região perinuclear começam a deslocar-se em

direcção aos polos opostos da céluladirecção aos polos opostos da célula

Prometafase

Início da desorganização e dissipação do invólucro nuclearInício da desorganização e dissipação do invólucro nuclear Os cromossomas continuam o seu encurtamento e não têm posição preferencial. Os cromossomas continuam o seu encurtamento e não têm posição preferencial.

Os dois cromatídeos começam a distinguir-se mais fácilmente. Os cinetocoros Os dois cromatídeos começam a distinguir-se mais fácilmente. Os cinetocoros tornam-se visíveis de cada lado do centrómerotornam-se visíveis de cada lado do centrómero

Aparecem os microtúbulos cinetocorianos Aparecem os microtúbulos cinetocorianos Desaparecimento completo do invólucro nuclear Desaparecimento completo do invólucro nuclear

O centrómero liga-se a aos mt por 1 cinetocoroO centrómero liga-se a aos mt por 1 cinetocoro os cromossomas deslocam-se para o plano equatorial (movendo-se em os cromossomas deslocam-se para o plano equatorial (movendo-se em

direcção ao polo oposto)direcção ao polo oposto) O centrómero liga-se aos mt pelos 2 cinetocoros (cada 1 a microtubulos de O centrómero liga-se aos mt pelos 2 cinetocoros (cada 1 a microtubulos de

pólos opostos)pólos opostos)

Metafase

Os cromossomas metafásicos (dicromatídicos) localizam-se no plano Os cromossomas metafásicos (dicromatídicos) localizam-se no plano equatorial do fusoequatorial do fuso

Os cromatídeos tornam-se mais nítidos por afastamento dos braçosOs cromatídeos tornam-se mais nítidos por afastamento dos braços Os cinetocoros e os microtubulos ce«inetocorianos tornam-se bem visiveis Os cinetocoros e os microtubulos ce«inetocorianos tornam-se bem visiveis

e orientados longitudinalmente de polo a poloe orientados longitudinalmente de polo a polo

Anafase A

Ascenção polar de cada cromossoma-filho (cromatídeos irmãos)Ascenção polar de cada cromossoma-filho (cromatídeos irmãos) A organização centromérica desorganiza-se e os microtubulos puxando os A organização centromérica desorganiza-se e os microtubulos puxando os

cinetocoros levam cada cromatídeo em direcção ao respectivo pólocinetocoros levam cada cromatídeo em direcção ao respectivo pólo

Anafase B

Os microtubulos polares e axiais despolimerizam na zona do plano Os microtubulos polares e axiais despolimerizam na zona do plano equatorial, permitindo aos pólos afastarem-se por alongamento da célula.equatorial, permitindo aos pólos afastarem-se por alongamento da célula.

Aumenta portanto a distância entre os centrossomas.Aumenta portanto a distância entre os centrossomas.

Telofase

Reorganização do invólucro nuclearReorganização do invólucro nuclear Os cromossoma gradualmente descondensam tornando-se menos visíveisOs cromossoma gradualmente descondensam tornando-se menos visíveis Ocorre a nucleocinese (formação dos núcleos filhos)Ocorre a nucleocinese (formação dos núcleos filhos) O centrosoma fica localizado na região perinuclear junto ao novo invólucroO centrosoma fica localizado na região perinuclear junto ao novo invólucro Os microtubulos do fuso despolimerizam e desaparecemOs microtubulos do fuso despolimerizam e desaparecem Alteração do citoesqueleto e redistribuição equitativa dos organelos, com Alteração do citoesqueleto e redistribuição equitativa dos organelos, com

fragmentação e migração do RE e do golgi através dos microtubulos fragmentação e migração do RE e do golgi através dos microtubulos provenientes dos centrosomasprovenientes dos centrosomas

Ocorre a citocinese (clivagem do citoplasma). O fuso mitótico determina a Ocorre a citocinese (clivagem do citoplasma). O fuso mitótico determina a posição do anel de contracção que inicia a citocinese na anafase Bposição do anel de contracção que inicia a citocinese na anafase B

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A MEIOSE

As fases da meiose Meiose IMeiose I

Profase IProfase I LeptótenoLeptóteno ZigótenoZigóteno PaquítenoPaquíteno DiplótenoDiplóteno DiacineseDiacinese

Metafase IMetafase I Anafase IAnafase I Telofase ITelofase I IntercineseIntercinese

Meiose IIMeiose II Profase IIProfase II Metafase IIMetafase II Anafase IIAnafase II Telofase IITelofase II CitocineseCitocinese

Profase I - LeptótenoEstado de condensaçãoEstado de condensação

Formação de filamentos Formação de filamentos cromatinicos alongados e finoscromatinicos alongados e finos

Os dois cromatideos irmão Os dois cromatideos irmão estão tão intimamente ligados estão tão intimamente ligados que não são distinguíveisque não são distinguíveis

Os telómeros estão ligados à Os telómeros estão ligados à membrana nuclear internamembrana nuclear interna

Diferenciam-se os cromómerosDiferenciam-se os cromómeros

Profase I - Zigóteno

Estado de emparelhamentoEstado de emparelhamento Cromossmas homólogos iniciam o emparelhamento pelos telómerosCromossmas homólogos iniciam o emparelhamento pelos telómeros Alinhamento efectua-se então cromómero a cromómeroAlinhamento efectua-se então cromómero a cromómero Inicia-se a formação do complexo sinaptonémico unindo os dois Inicia-se a formação do complexo sinaptonémico unindo os dois

cromossomascromossomas Nesta fase os cromossomas são:Nesta fase os cromossomas são:

Tétradas (4 moléculas de DNA)Tétradas (4 moléculas de DNA) Bivalente (os 2 cromosomas homólogos estão em sinapse em cada par)Bivalente (os 2 cromosomas homólogos estão em sinapse em cada par)

Profase I - Paquíteno

Estado de recombinaçãoEstado de recombinação Começa quando o emparelhamento e o complexo sinaptonémico (Cs) estão completosComeça quando o emparelhamento e o complexo sinaptonémico (Cs) estão completos Pode então ocorrer quebra e ligação entre cromatídeos não irmãos (crossing-over)Pode então ocorrer quebra e ligação entre cromatídeos não irmãos (crossing-over) O Cs tem uma estrutura tripartida regular conservada entre as espéciesO Cs tem uma estrutura tripartida regular conservada entre as espécies Distribuído ao longo do elemento central encontra-se o nódulo de recombinaçãoDistribuído ao longo do elemento central encontra-se o nódulo de recombinação O produto de recombinação inclui dois cromossomas parentais e dois recombinadosO produto de recombinação inclui dois cromossomas parentais e dois recombinados As trocas de cromatídeos são visiveis ao MO sob a forma de quiasmasAs trocas de cromatídeos são visiveis ao MO sob a forma de quiasmas

Profase I – Diplóteno (ou dictióteno)

Estado de sínteseEstado de síntese Ocorre a separação entre cromossomas homólogosOcorre a separação entre cromossomas homólogos A separação entre cromatídeos torna-se visível ao MOA separação entre cromatídeos torna-se visível ao MO Ocorre a divisão do centrossomaOcorre a divisão do centrossoma Os cromossomas descondensam-se em zonas localizadas promovendo a síntese de Os cromossomas descondensam-se em zonas localizadas promovendo a síntese de

RNA e proteínas formando os cromossomas “lampbrush”RNA e proteínas formando os cromossomas “lampbrush” Este estado pode manter-se por longos períodos (no homem os oócitos atingem este Este estado pode manter-se por longos períodos (no homem os oócitos atingem este

estado ao 5º dia de gestação e assim permanecem até á puberdade)estado ao 5º dia de gestação e assim permanecem até á puberdade)

Profase I - Diacinese

Estado de recondensaçãoEstado de recondensação Termina a descondensação cromossómica. Termina a descondensação cromossómica. Os cromossomas atingem a sua máxima condensação.Os cromossomas atingem a sua máxima condensação. Dissociação do invólucro nuclear e do nucléoloDissociação do invólucro nuclear e do nucléolo Os centrossomas afastam-se iniciando a diferenciação dos microtubulos astrais (nos Os centrossomas afastam-se iniciando a diferenciação dos microtubulos astrais (nos

animais femininos os centrossomas desagregam-se nos oócitos e o fuso acromático animais femininos os centrossomas desagregam-se nos oócitos e o fuso acromático forma-se sem estes)forma-se sem estes)

Os cromossomas forçam os quiasmas em direcção ao telómero, resolvendo os Os cromossomas forçam os quiasmas em direcção ao telómero, resolvendo os sobrecruzamentos.sobrecruzamentos.

Metafase I

Cada tétrada localiza-se na zona equatorial ligada aos microtubulos pelos Cada tétrada localiza-se na zona equatorial ligada aos microtubulos pelos cinetocoroscinetocoros

Cada tétrada liga-se por quatro cinetocoros, mas os cinetocoros dos cromatídeos Cada tétrada liga-se por quatro cinetocoros, mas os cinetocoros dos cromatídeos irmãos estão fundidos num só conectando-se com o mesmo póloirmãos estão fundidos num só conectando-se com o mesmo pólo

As subunidade de tubulina são adicionadas na zona (+) (junto ao cinetocoro) e As subunidade de tubulina são adicionadas na zona (+) (junto ao cinetocoro) e despolimerizadas na zona (-) junto ao polo, exercendo uma força que puxa o despolimerizadas na zona (-) junto ao polo, exercendo uma força que puxa o cromossoma para cada polo. Estas forças opostas equilibram-secromossoma para cada polo. Estas forças opostas equilibram-se

Anafase I

Ocorre a separação dos pares de homólogos e o inicio do movimento em Ocorre a separação dos pares de homólogos e o inicio do movimento em direcção aos pólos.direcção aos pólos.

Para cada pólo move-se um par de cromatídeos irmãos, separando-se os Para cada pólo move-se um par de cromatídeos irmãos, separando-se os cromossomas paternos e maternos, de forma aleatória, para cada pólo cromossomas paternos e maternos, de forma aleatória, para cada pólo originando no homem 2originando no homem 22323 combinações possíveis. Este número é ainda combinações possíveis. Este número é ainda aumentado pelo crossing-over que ocorreu no paquítenoaumentado pelo crossing-over que ocorreu no paquíteno

Inicia-se a citocinese mediada por um anel contráctil de filamentos de Inicia-se a citocinese mediada por um anel contráctil de filamentos de actina/miosinaactina/miosina

Telofase I

Os cromossomas homólogos chegam aos pólosOs cromossomas homólogos chegam aos pólos Os microtubulos cinetocorianos despolimerizamOs microtubulos cinetocorianos despolimerizam Os microtubulos polares alongamOs microtubulos polares alongam Diferencia-se um novo invólucro nuclear em torno de cada póloDiferencia-se um novo invólucro nuclear em torno de cada pólo A cromatina descondensa-se e os nucléolos reorganizam-seA cromatina descondensa-se e os nucléolos reorganizam-se Completa-se a citocinese Completa-se a citocinese

Intercinese

Nem sempre ocorre a intercinese entre as Nem sempre ocorre a intercinese entre as duas divisões da meioseduas divisões da meiose

Estado transitório entre a 1ª e 2ª divisão Estado transitório entre a 1ª e 2ª divisão meióticameiótica

Nesta fase não há qualquer replicação do Nesta fase não há qualquer replicação do DNADNA

2ª divisão meiótica

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REGULAÇÃO DO CICLO CELULAR

Regulação do ciclo celular Associação de cdk com ciclinas (regulado pela Associação de cdk com ciclinas (regulado pela

síntese de ciclinas)síntese de ciclinas) Activação dos complexos cdk/ciclina por Activação dos complexos cdk/ciclina por

fosforilaçãofosforilação Desfosforilação dos complexos cdk/ciclinaDesfosforilação dos complexos cdk/ciclina Inibidores de cdk (CKI’s) Inibidores de cdk (CKI’s)

ex: p53 estimula o p21 que é um CKIex: p53 estimula o p21 que é um CKIp21 liga-se ao PCNA (subunidade da DNA p21 liga-se ao PCNA (subunidade da DNA

polimerase polimerase

Controlo do ciclo celular Ovócito de Ovócito de X.leavisX.leavis

MPF (maturation MPF (maturation promotion factor)promotion factor)

S.cerevisiaeS.cerevisiaeCdc28Cdc28

Ciclina Ciclina (proteína que se acumula (proteína que se acumula

durante a mitose e desaparece durante a mitose e desaparece abruptamente no fim desta)abruptamente no fim desta)

MPF é composto por cdc2 e ciclina BMPF é composto por cdc2 e ciclina B

S.pombeS.pombecdc2cdc2wee1wee1cdc25cdc25

cdc= cell division cycle

Proteína = p34cdc2

Familia das cdk(cyclin dependent kinases)

Controlo do ciclo celular

a wee1 é uma cinasea wee1 é uma cinase Fosforila a cdc2 em Y15 potenciando a sua actividadeFosforila a cdc2 em Y15 potenciando a sua actividade

A ligação de uma ciclina à cdc2 potencia a sua actividadeA ligação de uma ciclina à cdc2 potencia a sua actividade A cdc25 é uma fosfataseA cdc25 é uma fosfatase

Desfosforila a cdc2 em Y15 permitindo a sua actividadeDesfosforila a cdc2 em Y15 permitindo a sua actividade O MPF promove a proteólise da ciclina B. O MPF promove a proteólise da ciclina B.

CAK=cdk activating kinase

Ubiquitin-mediated degradation of mitotic cyclins promotes exit from mitosis

Figure 13-8

Regulation of APC* activity controls degradation of cyclin B

*APC = anaphase promoting complex

Controlo do ciclo celular

A diminuição da [ciclina B] A diminuição da [ciclina B] durante a anafase inactiva a durante a anafase inactiva a cdc2 cdc2

A desfosforilação da cdc2 A desfosforilação da cdc2 em T161 durante a anafase em T161 durante a anafase inactiva-ainactiva-a

Free cdk2 Cyclin bound cdk2 Cyclin bound phosporilated cdk2

Controlo do ciclo celular O MPFO MPF

FosforilaFosforila as as láminas láminas Despolimeriza as láminasDespolimeriza as láminas Desagrega a membrana Desagrega a membrana

nuclearnuclear

Controlo do ciclo celular O MPFO MPF

FosforilaFosforila as as láminas láminas Despolimeriza as láminasDespolimeriza as láminas Desagrega a membrana Desagrega a membrana

nuclearnuclear Fosforila os filamentos intermédiosFosforila os filamentos intermédios

Reorganiza o citoesqueletoReorganiza o citoesqueleto Fosforila proteínas associadas aos Fosforila proteínas associadas aos

microtubulosmicrotubulos Altera a dinêmica destes Altera a dinêmica destes

formação do fuso acromáticoformação do fuso acromático Fosforila proteínas que participam Fosforila proteínas que participam

na condensação cromossómicana condensação cromossómica Fosforila proteínas do RE e do Fosforila proteínas do RE e do

golgi tornando-os inactivosgolgi tornando-os inactivos Fosforila proteinas envolvidas na Fosforila proteinas envolvidas na

transcrição e tradução inactivando transcrição e tradução inactivando estes processosestes processos

APC controls entry into anaphase and exit from mitosis

APC-dependent unlinking of sister chromatids initiates anaphase

APC – anaphase promoting complex

Controlo do ciclo celular

Cada transição é caracterizada Cada transição é caracterizada por ciclinas diferentespor ciclinas diferentes

A transição G1/S envolve mais A transição G1/S envolve mais cdkcdk

As ciclinas vão-se acumulando As ciclinas vão-se acumulando e sofrem uma diminuição e sofrem uma diminuição brusca da concentraçãobrusca da concentração

Checkpoints in cell cycle regulation

Animação

G1 and G2 arrest in cells with damaged DNA depends on the p53 tumor suppressor

Figure 13-35

The mechanism of p53-induced cell-cycle arrest in response to DNA damage