Conceitos Básicos da Biologia

Ciclo celular

Todos os seres vivos necessitam da divisão celular para formar novos organismos ou novas células, mantendo as características hereditárias.

O ciclo celular corresponde ao conjunto de fenómenos que ocorrem desde a formação de uma célula, até há sua divisão por mitose em duas células filhas.

O tempo de duração do ciclo celular varia entre os diferentes tipos de células e é dividido em três fases: interfase, fase mitótica e finalmente citocinese.

Interfase

A interfase é um período relativamente longo quando comparado com as outras fases podendo demorar horas, anos ou perpetuar-se até à morte da célula, sem que ocorra uma nova divisão.

Nesta fase há uma grande síntese de biomoléculas (proteínas, lípidos, glícidos e ácidos nucleicos), havendo por isso um intenso crescimento celular. No final desta fase a célula encontra-se dividida em duas células filhas.

A esta fase correspondem três períodos: G1, S e G2 (alguns organismos unicelulares, como a levedura não possuem o período G2).

Período G1

A designação desta etapa deriva de ‘gap’ do inglês "intervalo", e inicia-se logo após a formação da célula e termina quando se inicia a replicação do DNA.

Caracteriza-se por uma intensa síntese de glícidos, lípidos e proteínas, havendo por esse mesmo motivo um elevado crescimento da célula.

Período S

É caracterizado pela replicação do DNA e no caso das células animais também há a replicação dos centríolos. Neste período o DNA é condensado em forma de cromossomas, constituídos por dois cromatídeos ligados pelo centrómero.

Período G2

Há a biossíntese de moléculas orgânicas necessárias para a divisão celular, e a analise do material genético replicado por proteínas, confirmando se há ou não erros ( muitas das vezes estas não conseguem detetar mutações uma vez que as mesmas provêm desse mesmo DNA).

*Replicação do DNA

A replicação do DNA é o processo de duplicação da molécula de DNA.

Existem três modelos teóricos para essa replicação:

Replicação semiconservativa: uma das duas cadeias de cada molécula originada provém da molécula original sendo utilizada como “molde” para a nova cadeia complementar.

Replicação conservativa: Uma das duas moléculas de DNA que se forma deriva da molécula original já a outra é sintetizada de novo.

Replicação dispersiva: As duas moléculas são sintetizadas por fragmentos da molécula original e por fragmentos sintetizados de novo.

Depois de alguns estudos concluiu-se que a replicação do DNA é semiconservativa, e as moléculas filhas conservam, cada uma delas, uma cadeia da molécula mãe.

O processo de replicação inicia-se com a separação das duas cadeias antiparalelas com a ajuda da enzima helicase. Esta proteína rompe as ligações por pontes de hidrogénio permitindo assim a separação das cadeias. Assim que separadas as duas cadeias são utilizadas como molde para as novas cadeias sintetizadas com a ajuda da DNA polimerase, uma enzima que promove a ligação dos nucleótidos com a cadeia molde, formando-se assim uma nova molécula de DNA.

A replicação do DNA é um processo de grande importância para a transmissão do material genético, pois quando ocorre a divisão celular, esse material será dividido de forma igual entre as células-filhas fazendo com que estas e a célula mãe tenham o mesmo material genético, se não ocorrerem mutações no mesmo.

Fase Mitótica

Uma das pressuposições fundamentais da biologia celular é que todas as células se originam a partir de células pré-existentes. À exceção do ovo ou zigoto que, nos seres vivos com reprodução sexuada resulta da união de duas células reprodutivas, os gâmetas.

A mitose é um tipo de divisão celular em que uma célula se divide, e forma duas novas células que são geneticamente idênticas à célula pré-existente (exceto se ocorrer alguma mutação genética neste processo). Este processo é muitas vezes utilizado pelos seres de reprodução assexuada como processo de reprodução.

A mitose é então dividida em 4 fases: Prófase, Metáfase, Anáfase, Telófase.

Prófase- Nesta fase o material genético encontra-se já replicado (replicação do DNA*)

É a etapa mais longa da mitose, onde o material replicado em cromatina sofre compactação e enrolamento, tornando-se em cromossomas de dois cromatídeos curtos e grossos.

Nas células animais, os centríolos começam a movimentar-se para os polos da célula, dando inicio à formação do fuso acromático (microtubos proteicos que se agregam a partir dos centríolos e funcionam como centro mitótico)

No final da prófase o nucléolo da célula desaparece, a membrana nuclear desintegra-se e os cromossomas ligam-se ao fuso acromático pelos centrómeros.

Metáfase- Nesta fase os cromossomas atingem o máximo de condensação/compactação e os centrómeros atingem os polos da célula.

Os cromossomas unidos ao fuso acromático, deslocam-se para o centro da célula, formando uma placa equatorial, onde os centrómeros ocupam a região central e os cromatídeos ficam voltados para os polos.

Anáfase- Geralmente é a fase mais curta da mitose.

Aqui ocorre a rutura dos centrómeros e a separação dos cromatídeos devido ao corte das fibrilhas do fuso acromático. De seguida os cromatídeos iniciam a sua ascensão polar ao longo das fibrilhas, sendo que, no final desta fase cada polo da célula contém um conjunto de cromossomas iguais e cada um com um cromatídeo.

Telófase- O fuso acromático degenera-se e os cromossomas começam a desenrolar-se até se tornarem num emaranhado de cromatina.

O involucro nuclear volta a formar-se á volta da cromatina existente em cada polo, individualizando os núcleos.

No final desta fase a célula apresenta 2 núcleos idênticos entre si e ao núcleo que os originou, ao nível de constituição genética, assegurando-se assim a manutenção das características hereditárias ao logo das gerações.

Citocinese

A citocinese ocorre no final da mitose , sendo esta a divisão do citoplasma da célula que permite a individualização das células filhas.

A citocinese nas células animais é diferente das vegetais.

Nas animais: Ocorre geralmente por estrangulamento do citoplasma na zona equatorial, formado pelo anel contráctil de filamentos proteicos.

Nas vegetais: Nestas células não ocorre o estrangulamento, pois estas apresentam uma parede celular rígida. Por este motivo a divisão está associada á formação de uma placa equatorial. Após a mitose, surgem vesículas membranares derivadas do complexo de Golgi que se posicionam mais ou menos no meio da célula. Estas vesículas fundem-se formando uma membrana plasmática e contribuem com os seus produtos para a placa equatorial. Essa placa corresponde ao início de uma nova parede celular para ambas as células.

Juntamente com o citoplasma ocorre a divisão de organitos e das estruturas celulares, mas esta divisão não necessita ser uniforme, visto que a célula tem a capacidade de sintetizar novos organitos e estruturas a partir do seu DNA.

Meiose

É um processo de divisão constituído por duas divisões nucleares: divisão I e divisão II, durante o qual 1 célula diploide forma 4 células haploides. Existe por este motivo uma redução do número de cromossomas para metade.

!Tal como na mitose, antes da meiose ocorre um período de interfase durante o qual há a replicação do material genético e síntese de biomoléculas!

- Divisão I ou reducional

Nesta divisão há a redução para metade do número de cromossomas.

1 célula diploide (2n) ------- 2 célula haploides (n)

Esta divisão é constituída por: prófase l, metáfase l, anáfase l e telófase l.

Prófase l- É a fase mais longa da meiose podendo ocupar 90% dela. Nesta fase ocorre a condensação dos cromossomas, o início da formação do fuso acromático e a degradação do involucro nuclear, tal como ocorre na mitose.

Há depois a união dos cromossomas homólogo pelos pontos de quiasma, sendo depois designados de bivalentes/ díadas cromossómicas/ tétradas cromossómicas. Nos pontos de quiasma podem ocorrer trocas de segmentos entre os cromossomas, havendo assim troca de informação (crossing over).

Metáfase I- Os cromossomas unem-se através dos centrómeros ao fuso acromático formando-se uma placa equatorial com os pontos de quiasma. Os centrómeros dos cromossomas estão nesta fase virados para os polos.

Anáfase I- Há a rutura dos pontos de quiasma e a separação aleatória dos cromossomas homólogos ( esta separação é uma das maiores causas de mutações cromossómicas). Cada cromossomas (constituído por dois cromatídeos) migra depois da separação para um dos polos da célula.

Se tudo correr bem cada conjunto cromossómico é constituído por metade do números de cromossomas inicial com informação genética diferente devido ao crossing over.

Telófase I- Os cromossomas atingem os polos e ocorre a descondensação dos cromossomas.

Em cada polo existe um cromossoma de cada par de homólogos, pelo que as células são haploides.

- Divisão II ou equatorial

Entre as duas divisões não ocorre a replicação do DNA visto que as células filhas da 1ª divisão já têm cromossomas com 2 cromatídeos.

A partir de uma célula haploide formada na divisão I vão se formar duas células filhas com o mesmo número de cromossomas, mas com cromossomas de apenas 1 cromatídeo.

Nesta divisão as fases são iguais à mitose.

Prófase II- O material genético em cromatina sofre compactação e enrolamento, tornando-se em cromossomas de dois cromatídeos curtos e grossos.

Nas células animais, os centríolos começam a movimentar-se para os polos da célula, dando início à formação do fuso acromático (microtubos proteicos que se agregam a partir dos centríolos e funciona como centro mitótico).

No final da prófase ll o nucléolo da célula desaparece, a membrana nuclear desintegra-se e os cromossomas ligam-se ao fuso acromático pelos centrómeros.

Metáfase II- Nesta fase os cromossomas atingem o máximo de condensação/compactação e os centrómeros atingem os polos da célula.

Os cromossomas unidos ao fuso acromático, deslocam-se para o centro da célula, formando uma placa equatorial, onde os centrómeros ocupam a região central e os cromatídeos ficam voltados para os polos.

Anáfase II- Geralmente é a fase mais curta. Aqui ocorre a rutura dos centrómeros e a separação dos cromatídeos devido ao corte das fibrilhas do fuso acromático.

De seguida os cromatídeos iniciam a sua ascensão polar ao longo das fibrilhas, sendo que, no final desta fase cada polo da célula contém um conjunto de cromossomas com um cromatídeo.

Telófase II- O fuso acromático degenera-se e os cromossomas começam a desenrolar-se até se tornarem num emaranhado de cromatina.

O involucro nuclear volta a formar-se á volta da cromatina existente em cada polo, individualizando os núcleos.

No final desta fase a célula apresenta 2 núcleos diferentes entre si e ao núcleo que os originou ao nível de constituição genética.

No final de cada divisão ocorre a citocinese individualizando as células.

Quando a meiose termina existem as novas 4 células haploides diferentes entre si e da original.

Nos mamíferos a meiose é utilizada para a formação de gametas, sendo a fecundação e a meiose fenómenos complementares.

Meiose Fecundação

(2n→n) --------- (n→2n)