O Ciclo celular e as suas fases

Ciclo celular

O Ciclo celular é definido como o crescimento e a divisão da célula, de forma contínua e repetitiva. Considera-se assim o ciclo celular, como sendo o conjunto de transformações que decorrem desde a formação de uma célula até ao momento em que ela própria, por divisão, origina duas células.
O mecanismo que faz com que as células se multiplicam, dando origem a outras células tem o nome de divisão celular. A célula que se divide é chamada célula original ou mãe e as novas células são as células-filhas. Posteriormente estas células filhas poderão também tornar-se células mães, numa nova geração.

Função da divisão celular

A divisão celular tem como função (através da sua capacidade metabólica) a manutenção da vida enquanto conseguir (uma célula dá origem a uma outra célula).
Através desta divisão as células-filhas terão pelo menos metade ou a mesma quantidade de material genético da mãe onde há uma hereditariedade através da divisão celular normal, tendo como função e como finalidade passar o programa genético de uma geração celular para a geração seguinte (a cromatina da célula mãe, é replicada ou separada recebendo as células filhas uma quantidade do DNA da mãe).
As principais funções resumem-se assim à reconstituição celular, crescimento e desenvolvimento dos seres. No entanto, isto tem variações consoante o ser seja unicelular ou multicelular.

Na maioria dos seres unicelulares, a divisão conduz á reprodução do individuo, dando origem a duas células independentes, que irão constituir dois novos indivíduos.

Nos seres vivos multicelulares, a divisão celular permite a regeneração das células ou parte de órgãos que foram danificados ou a renovação das que envelheceram e morreram.
No caso do Homem o seu crescimento para, mas as divisões celulares continuam, assegurando a regeneração das células sanguíneas e da pele entre outras.

A divisão pode ocorrer com diferentes velocidades e consequentemente tempos diferentes, consoante os tecidos celulares em questão, visto que estes possuem diferentes funções. Factores externos, como a temperatura ou a disponibilidade de nutrientes também afectam a duração do ciclo e respectivas etapas.

Durante a divisão celular, dois aspectos importantes acontecem:

1. divisão do núcleo (cariotomia ou cariocinese)
2. divisão do citoplasma (citocinese ou citodierese)

Estrutura dos cromossomas nas células eucarióticas

Este tema, abordei-o anteriormente no post “ A estrutura do ADN e o modelo da dupla hélice”, porém agora vou rever algumas das noções já referidas e introduzir novos aspectos.

Nos seres eucariontes, as moleculas de DNA encontram-se no núcleo das células, constituindo estruturs filamentosas complexas designadas de cromossomas. Cada porção de DNA associada às histonas (proteínas que estão associadas as moléculas de DNA), constitui um filamento de cromatina.

“As histonas são grupos de proteínas solúveis em água, ricas em aminoácidos básicos que se associam ao DNA dos eucariontes, formando os nucleossomos, unidades formadoras da cromatina.”

O DNA contém a informação genética, enquanto que as protéinas são responsaveis pela forma fisica do cromossoma e pela regulação da actividade do DNA.

Os filamentos de cromatina (que como já sabemos é o conjunto do DNA associado a proteínas) encontram-se na maior parte do tempo, dispersos no núcleo da célula, sendo chamados de cromatina dispersa. Contudo, quando a célula está em divisão, estes filamentos sofrem um processo de condensação, originando filamentos curtos e espessos designados cromossomas ou cromatina condensada. A este processo de condensação chama-se espiralização.

Na fase de condensação, cada cromossoma é constituído por 2 cromatídeos, que resultam sempre de uma duplicação do filamento inicial de cromatina, que ocorreu anteriormente. Assim, cada um dos cromatídeos é formado por uma molécula de DNA e por histonas que lhe estão associadas.
Os cromatídeos de um cromossoma encontram-se unidos por uma estrutura sólida e resistente designada de centrómero, com uma sequencia de DNA específica, à qual se liga um disco proteico.

Fases do Ciclo celular

Depois de uma célula se dividir, é necessário algum tempo para que essa célula esteja pronta para uma nova divisão, reiniciando-se todo o processo. A alternância entre períodos de divisão e períodos de não divisão chama-se Ciclo Celular. Este ciclo por sua vez, é constituído por 2 fases principais:

• Interfase (G1, S, G2) - Consiste no fim de uma divisão celular e no início da seguinte.
• Fase mitótica ou período da divisão celular (Mitose e Citocinese) – Como o nome indica esta fase corresponde ao período em que ocorre a divisão celular.
  
  

  

Interfase

A interfase, ou seja, a fase entre duas divisões mitóticas, já foi considerada a fase de repouso da célula mas tal não é, de todo, verdade. Esta é uma fase em que os cromossomas não são visíveis ao microscópio óptico. A interfase pode ser subdividida em três partes:

• Fase G1 - a designação desta etapa deriva de gap = intervalo, e decorre imediatamente após a mitose. É um período de intensa actividade bioquímica, no qual a célula cresce em volume e o número de organelos aumenta. Para que a célula passe para a fase seguinte do ciclo é necessário que atinja um ponto crítico designado ponto de restrição ou start, momento em que se dão mudanças internas;
• Fase S - esta é a fase de síntese (S) de DNA e, aparentemente, requer um sinal citoplasmático para que se inicie. Cada cromossoma é duplicado longitudinalmente, passando a ser formado por dois cromatídeos (replicação semi-conservativa) . Nesta etapa numerosas proteínas (histonas, por exemplo) são igualmente sintetizadas;
• Fase G2 - esta fase conduz directamente á mitose e permite formar estruturas com ela directamente relacionadas, como as fibras do fuso acromático.
  A afirmação: “a interfase é um período preparatório e indispensável para que a mitose ocorra”, baseia-se no facto de para que a mitose ocorra, é necessário que exista a duplicação quer do material genético, quer dos restantes constituintes celulares para que, a partir da célula-mãe, sejam produzidas 2 células-filhas. A interfase é um período em que esses processos de duplicação, sendo por isso uma fase indispensável para que a divisão celular se faça.

Além disso, e tão importante como a interfase é o estado em que a maior parte das células mais especializadas permanece a maior parte do tempo, corresponde ao período em que elas desempenham suas funções específicas (ficam na fase G1, de crescimento celular).

Fase Mitótica

A fase mitótica embora varie em aspectos mínimos de uns organismos para os outros, a base do seu processo é semelhante na maior parte das células eucarióticas. Nesta fase podem ser consideradas 2 etapas:

• Mitose ou Cariocinese (divisão do núcleo)
• Citocinese (divisão do citoplasma)
  

A mitose é um processo contínuo mas geralmente consideram-se, por uma questão de facilidade, quatro etapas: Profase, Metafase, Anafase e Telofase. No decorrer destas etapas, o material genético sintetizado na fase S do ciclo celular é dividido igualmente por dois núcleos filhos. Este processo está associado à divisão de células somáticas.

A mitose é iniciada apenas em presença de um factor promotor da mitose (MPF) proteico citoplasmático, que provoca a condensação dos cromossomas. As variações de concentração de MPF estão relacionadas com as variações de uma outra proteína conhecida por ciclina. Aparentemente, quando a ciclina atinge uma certa concentração no citoplasma, o MPF é activado. Durante a mitose a ciclina é rapidamente destruída, aumentando novamente durante o ciclo seguinte.

Um dos primeiros sinais do próximo início da mitose é o surgimento de uma faixa relativamente densa de micrótubulos logo abaixo da membrana citoplasmática. Esta faixa envolve o núcleo num plano que corresponderá ao plano equatorial do fuso acromático mitótico. Esta faixa desaparece após a formação do fuso acromático mas corresponderá ao local onde se forma a separação entre as duas células filhas.

A duração da mitose varia com o tipo de célula, de tecido e de organismo. Em células vegetais de raiz de Angiospérmica, os tempos medidos foram os seguintes: Profase 1-2 horas, Metafase 5-15 minutos, Anafase 2-10 minutos e Telofase 10-30 minutos. Ainda neste tipo de célula, a interfase pode durar de 12 a 30 horas.

MITOSE

As etapas da mitose, propriamente dita, decorrem da seguinte forma:

1. Célula vegetal em Profase - o núcleo já não tem contornos muito nítidos pois a membrana está a desaparecer, nucléolo desapareceu. Cromossomas parecem filamentos finos e longo.
   Célula animal em Profase - vista ao M.O.C. a transição entre a fase G2 e a Profase não é nítida. Durante esta etapa, a mais longa de todo o processo mitótico, a cromatina condensa-se gradualmente em cromossomas bem definidos. Durante este processo é visível que cada cromossoma é compostos por dois cromatídeos enrolados um no outro, pois o DNA foi duplicado durante a fase S. No final da Profase os cromatídeos estão visíveis lado a lado, unidos pelo centrómero, uma sequência específica de DNA que ligará a molécula ás fibras do fuso acromático. A presença do centrómero divide cada cromatídeo em dois braços. É durante esta fase que surge em volta do núcleo a chamada zona clara, que contém os microtúbulos. Estes inicialmente estão orientados ao acaso mas no fim da etapa estão alinhados paralelamente á superfície do núcleo, ao longo do eixo do fuso acromático. O nucléolo desintegra-se e, determinando o final da etapa, o invólucro nuclear desaparece.
   
   
2. Célula vegetal em Metafase, cromossomas alinhados ao centro formando a placa equatorial.
   Célula animal em Metafase - esta etapa inicia-se com a formação do fuso acromático, uma estrutura tridimensional larga no centro e afilada nas extremidades, que ocupa a área anteriormente ocupada pelo núcleo. As fibras do fuso são feixes de microtúbulos e vão-se ligar a complexos proteicos especializados - cinetócoros - desenvolvidos nos centrómeros durante a Profase. Estes microtúbulos do cinetócoros estendem-se, juntamente com os microtúbulos polares, para os pólos da célula. Através deles vai ocorrer o alinhamento dos cromossomas no centro do fuso, formando a placa equatorial. Nesta situação os cromatídeos estão em posição de se separarem. O alinhamento das fibras do fuso acromático ocorre a partir dos centros de organização dos microtúbulos. Em animais e protistas esse centro organizador é o centrossoma, uma nuvem de material amorfo que rodeia o par de centríolos. Em células vegetais, que não contêm centrossomas, os organizadores existem e garantem a formação do fuso, mesmo que os pólos sejam pouco definidos.
   
   
3. Célula vegetal em Anafase, com os cromossomas a iniciar a sua ascensão em direcção aos pólos
   
   Célula animal em Anafase - esta etapa, muito breve, começa bruscamente, com a separação simultânea de todos os cromatídeos pelos centrómeros. Cada cromatídeo toma agora para si a designação de cromossoma. À medida que os cinetócoros se deslocam em direcção a pólos opostos os braços dos cromossomas são arrastados, sendo as pontas dos braços mais longos as últimas a serem separadas. Este movimento em direcção aos pólos parece dever-se ao encurtamento dos microtúbulos junto ao cinetócoro, como se este "comesse" o caminho ao longo das fibras. No final da Anafase dois conjuntos idênticos de cromossomas encontram-se em cada pólo.
   
4. Célula vegetal em Telofase, cromossomas separados em dois grupos e iniciando a relaxação, enquanto a citocinese decorre, separando as células filhas.
   
   Célula animal em Telofase - nesta etapa final da mitose, a separação dos dois conjuntos de cromossomas é finalizada pela formação da membrana nuclear, a partir de retículo endoplasmático rugoso. O fuso acromático desaparece e os cromossomas relaxam novamente, tornando-se indistintos. O nucléolo é reconstituído e cada núcleo entra na interfase.

CITOCINESE

Terminada a divisão do núcleo,ou seja, a cariocinese, inicia-se a citocinese, que é a divisão do citoplasma e da célula toda. A rigor, a citocinese normalmente inicia-se na anafase e dura até a telofase onde se dá o estrangulamento do núcleo da célula e também por sua vez de toda a célula. Com a continuidade desse estrangulamento, a célula acaba por se separar completamente, o que caracteriza o fim da citocinese

Citocinese animal e de alguns protistas:
Nas células animais (sem parede celular) forma-se na zona equatorial um anel contráctil de filamentos proteicos que se contraem puxando a membrana para dentro levando de inicio ao aparecimento de um sulco de clivagem que vai estrangulando o citoplasma, até se separem as duas células – filhas.

Citocinese vegetal:
No entanto, em células vegetais a separação ocorre através da formação do fragmoplasto.
Esta estrutura é um sistema de fibras semelhantes às do fuso, formadas por microtúbulos mas organizados perpendicularmente ao eixo do fuso. A esta rede de fibras vem juntar-se vesículas do Golgi contendo substâncias pépticas para formar a lamela média. As suas membranas fundem-se para formar a membrana plasmática em formação, do centro para o exterior, em direcção á parede celular já existente.
Os plasmodesmos formam-se igualmente neste momento, quando túbulos de retículo endoplasmático liso são apanhados no meio desta rede. Por último, cada célula filha deposita a sua parede celular sobre a lamela média assim formada.