Biologia Celular II
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Bruno Azevedo
Mrcia Attias
Narcisa Cunha e Silva
Prescilla Emy Nagao
Biologia Celular II
1, 2 e 3Mdulos Volume nico
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Bruno Azevedo
Mrcia Attias
Narcisa Cunha e Silva
Prescilla Emy Nagao
Volume nico - Mdulos 1, 2 e 3
Biologia Celular II
Apoio:
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Material Didtico
ELABORAO DE CONTEDOBruno AzevedoMrcia AttiasNarcisa Cunha e SilvaPrescilla Emy Nagao
COORDENAO DE DESENVOLVIMENTO INSTRUCIONALCristine Costa Barreto
DESENVOLVIMENTO INSTRUCIONAL E REVISOAlexandre Rodrigues AlvesAna Tereza de AndradeJanete Silveira Pinto
COORDENAO DE LINGUAGEMMaria Anglica Alves
REVISO TCNICAMarta Abdala
2009/1 Referncias Bibliogrfi cas e catalogao na fonte, de acordo com as normas da ABNT.
Copyright 2005, Fundao Cecierj / Consrcio Cederj
Nenhuma parte deste material poder ser reproduzida, transmitida e gravada, por qualquer meio eletrnico, mecnico, por fotocpia e outros, sem a prvia autorizao, por escrito, da Fundao.
A994bAzevedo, Bruno.
Biologia celular II. v. nico / Bruno Azevedo et al. Rio de Janeiro : Fundao CECIERJ, 2009.
261p.; 19 x 26,5 cm.
ISBN: 85-7648-134-0
1. Ciclo celular. 2. Ncleo interfsico. 3. Funes celulares. 4. Matriz extracelular. 5. Clula nervosa. 6. Clula muscular. 7. Clulas-tronco. 8. Clula apoptptica. I. Attias, Mrcia. II. Silva, Narcisa Cunha e. III. Nagao, Prescilla Emy. IV. Ttulo.
CDD: 571.6
EDITORATereza Queiroz
COORDENAO EDITORIALJane Castellani
REVISO TIPOGRFICAKtia Ferreira dos Santos
COORDENAO DE PRODUOJorge Moura
PROGRAMAO VISUALRenata BorgesSanny Reis
ILUSTRAOEquipe CEDERJ
CAPAJefferson Caador
PRODUO GRFICAAndra Dias FiesFbio Rapello Alencar
Departamento de Produo
Fundao Cecierj / Consrcio CederjRua Visconde de Niteri, 1364 Mangueira Rio de Janeiro, RJ CEP 20943-001
Tel.: (21) 2334-1569 Fax: (21) 2568-0725
PresidenteMasako Oya Masuda
Vice-presidenteMirian Crapez
Coordenao do Curso de BiologiaUENF - Milton Kanashiro
UFRJ - Ricardo Iglesias RiosUERJ - Cibele Schwanke
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Universidades ConsorciadasUENF - UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY RIBEIROReitor: Almy Junior Cordeiro de Carvalho
UERJ - UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIROReitor: Ricardo Vieiralves
UNIRIO - UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESTADO DO RIO DE JANEIROReitora: Malvina Tania Tuttman
UFRRJ - UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIROReitor: Ricardo Motta Miranda
UFRJ - UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIROReitor: Alosio Teixeira
UFF - UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSEReitor: Roberto de Souza Salles
Governo do Estado do Rio de Janeiro
Secretrio de Estado de Cincia e Tecnologia
Governador
Alexandre Cardoso
Srgio Cabral Filho
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Biologia Celular II
SUMRIO
Volume nico
Mdulo 1
Aula 1 - O ciclo celular _____________________________________________7 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva
Aula 2 - A clula em diviso _______________________________________ 25 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva
Aula 3 - Ncleo interfsico ________________________________________ 41 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva
Aula 4 - Transporte ncleo-citoplasma________________________________ 59 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva
Mdulo 2
Aula 5 - Junes celulares 1: Junes ocludentes _______________________ 77 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva / Prescilla Emy Nagao
Aula 6 - Junes celulares 2: Junes ancoradouras e junes comunicantes ___ 89 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva / Prescilla Emy Nagao
Aula 7 - Matriz extracelular_______________________________________ 107 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva / Prescilla Emy Nagao
Aula 8 - Matriz extracelular: as protenas da matriz _____________________ 119 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva / Prescilla Emy Nagao
Aula 9 - Parede celular __________________________________________ 135 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva
Mdulo 3
Aula 10 - A clula nervosa ________________________________________ 145 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva
Aula 11 - A clula muscular _______________________________________ 163 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva
Aula 12 - As clulas-tronco ________________________________________ 187 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva
Aula 13 - A clula apoptptica _____________________________________ 209 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva / Bruno Azevedo
Aula 14 - A clula cancerosa _______________________________________ 233 Mrcia Attias / Narcisa Cunha e Silva / Bruno Azevedo
Gabarito ____________________________________________247
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Ao final desta aula, voc dever ser capaz de:
Definir o que ciclo celular.
Listar e caracterizar as quatro fases que compem o ciclo celular.
Descrever o mecanismo bsico de controle do ciclo pelas ciclinas e quinases associadas a ciclinas (Cdks).
Conceituar o que so e onde se situam os pontos de checagem.
Relacionar a protena p53 ao surgimento de tumores malignos.
Conceituar G0.
Sinalizao celular (Aulas 13 e 14
de Biologia Celular I)
Pr-requisito
objetiv
os1AULAO ciclo celular
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INTRODUO O ciclo celular, que voc estudar agora do ponto de vista celular, j foi
estudado na disciplina Gentica.
Ao longo de toda a vida de um organismo, mesmo depois de terminado
o perodo de crescimento, vrias de suas clulas continuaro se dividindo,
seja para renovao de tecidos, como o epitlio intestinal e as clulas
sangneas, seja para reparo de leses, como um corte na pele ou a
fratura de um osso.
A etapa de diviso celular, que voc estudar na Aula 2, compreende a
mitose, na qual o DNA dividido em duas cpias idnticas, e a citocinese,
quando a membrana plasmtica se estrangula, dividindo o citoplasma,
suas organelas e estruturas, entre as clulas-filhas. Cada clula-filha entra
ento no perodo de intrfase. O nome intrfase induz idia de que
esse perodo apenas o intervalo entre duas divises celulares. Quando os
perodos do ciclo celular foram denominados, os pesquisadores realmente
consideravam a intrfase apenas como o intervalo entre duas divises,
porque eram as divises celulares que mais chamavam a ateno, eram
mais fceis de observar, por isso mais estudadas. Com o tempo, ficou claro
que durante a intrfase que a clula desempenha todas as suas funes.
Nesse perodo, ocorre a sntese de componentes celulares citoplasmticos
e a duplicao do DNA. Uma diviso sempre precedida de uma intrfase
e aps a intrfase muitas vezes sobrevm uma diviso. Essa , em essncia,
a dinmica do ciclo celular (Figura 1.1).
Figura 1.1: O ciclo celular de uma clula de mamfero
dura, em mdia, 24 horas, e composto por um pero-
do de crescimento e uma diviso. A clula leva cerca
de uma hora para se dividir. O perodo de sntese
inclui uma fase de crescimento (G1) , a duplicao do
DNA (S) e um segundo perodo de crescimento (G2).
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AS FASES DO CICLO CELULAR
A Figura 1.1 sintetiza as principais caractersticas do ciclo celular
de uma clula de mamfero tpica. A fase M, ou de diviso celular, em geral
dura apenas cerca de uma hora, mas muito impactante, pois vemos
ao microscpio ptico, em tempo real, a condensao e movimentao
dos cromossomos, a separao das clulas-filhas etc. (pea ao tutor
para mostrar a voc algumas animaes na Internet). J na intrfase,
que corresponde s restantes 23 horas do ciclo, a simples observao
ao microscpio ptico no d nenhuma indicao da intensa atividade
que ocorre nesse perodo.
A intrfase compreende trs fases: G1, S e G2. As fases G1 e G2
correspondem a intervalos (G de gap, espao em ingls) onde a clula
cresce para recuperar o volume que a clula-me tinha antes da diviso.
Nesse perodo, so sintetizadas membranas para o complexo de Golgi,
o retculo e para incorporao membrana plasmtica. Alm disso,
organelas celulares como mitocndrias crescem e se clivam. Sem esse
acrscimo de volume, a cada diviso, as clulas-filhas seriam menores
(veja a Figura 1.3). Na fase S (de Sntese), o DNA duplicado. Como
voc pode perceber, a mitose s se inicia depois de garantida a herana
que cada clula-filha vai receber. Nisso consiste a beleza do ciclo celular:
cada fase s tem incio depois de cumprida a tarefa anterior. Isso evita
que sejam produzidas clulas onde possa estar faltando alguma parte
do genoma. De forma anloga, a clula no consegue formar membrana
plasmtica, retculo ou Golgi, a no ser pela incorporao de elementos
estrutura preexistente. Assim, cada clula-filha precisa herdar parte do
Golgi, do retculo e tambm mitocndrias da clula-me.
Num organismo adulto, cada tipo celular tem o ciclo com uma
durao diferente, desde algumas horas, at anos. Nesses ciclos, o que tem
durao varivel a fase G1. As fases S e M tm durao aproximadamente
constante em cada organismo. A fase M, especialmente, curta, durando
cerca de uma hora. Veja a comparao da durao do ciclo em diferentes
tipos celulares na Figura 1.2.
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Figura 1.2: Em A, a representao do ciclo celular de uma clula epitelial; em B, de um hepatcito. Embora clulas
epiteliais se dividam a cada 24 horas, aproximadamente, e clulas hepticas apenas uma vez a cada dois anos, o tempo
gasto pelos diferentes tipos celulares nas fases S, G2 e M aproximadamente igual. O que varia a durao de G1.
Multiplicao sem crescimento. Ser que pode?
No incio do desenvolvimento embrionrio, o zigoto, ou clula-
ovo, sofre ciclos sucessivos de mitose em que as clulas-filhas so cada
vez menores. Nessa fase, diz-se que o ovo est sofrendo clivagem e,
embora o nmero de clulas aumente, o volume do embrio quase
igual ao da clula inicial (Figura 1.3). Esta uma situao especial
em que o ciclo celular uma sucesso de fases S e M, sem parar em
G1 e G
2. Isso acontece porque a clula-ovo tem, quando comparada
s clulas do indivduo adulto, um grande volume citoplasmtico,
e nesse citoplasma h um estoque das molculas necessrias, o que
permite que a clula se divida muitas vezes sem precisar esperar
que essas molculas sejam sintetizadas de novo durante a intrfase.
Em conseqncia disso, as divises so rpidas, mas o volume das
clulas-filhas vai diminuindo, embora o do ncleo permanea constante.
Num determinado momento, o estoque citoplasmtico de molculas
acaba ficando abaixo do necessrio para disparar a duplicao do
DNA e a mitose. A partir da, nas etapas seguintes do desenvolvimento,
essas clulas continuaro no apenas a se dividir, mas comearo a se
diferenciar nos diversos folhetos e anexos embrionrios.
Figura 1.3: No incio de seu desenvolvimento, o zigoto sofre sucessivas clivagens, um tipo
de ciclo celular no qual a intrfase curta e no ocorre crescimento das clulas-filhas.
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CONTROLE DO CICLO CELULAR
Mesmo para um leigo, as imagens de uma clula em diviso so
sempre surpreendentes: a sincronia do afastamento dos cromossomos
na anfase, o estrangulamento que separa as clulas-filhas, a
recomposio do envoltrio nuclear, tudo parece orquestrado como
num teatro onde fios invisveis coordenam os movimentos dos bonecos,
no caso, as clulas.
Essa seqncia ordenada de eventos no se restringe mitose,
ela caracterstica de todo o ciclo celular: o DNA s vai se duplicar
aps a fase de sntese e crescimento celular, e a mitose s se inicia se o
DNA estiver duplicado e a clula tiver o tamanho correto. Concluindo:
o disparo de cada etapa do ciclo celular feito durante a etapa anterior.
como o ciclo de uma mquina de lavar: encher lavar enxaguar centrifugar. A mquina possui sensores para medir o nvel de gua,
temporizadores para que cada etapa dure apenas o necessrio... Mas e
na clula? Quais so os sensores que liberam a etapa seguinte?
Esse mistrio comeou a ser elucidado a partir de experimentos
com ovcitos de sapo (Xenopus). Como j comentamos na Figura 1.3,
o zigoto dos animais normalmente uma clula grande, e no caso do
Xenopus (Figura 1.4) mede mais de 1mm!
Figura 1.4: O ovcito de Xenopus mede mais
de 1mm. (Foto de Tony Mills, publicada em
Molecular Biology of the Cell, Garland Pub. Co.)
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CONTROLE INTERNO DO CICLO
A princpio, acreditava-se que o controle do ciclo celular estava
no ncleo das clulas, mas um experimento crucial demonstrou que o
controle exercido por molculas do citoplasma.
O experimento consistia em retirar com uma agulha bem fina
uma poro do citoplasma de um ovcito fecundado (zigoto) e injetar o
contedo em um ovcito no fecundado (Figura 1.5). Pois bem, a clula
que recebia esse extrato citoplasmtico entrava imediatamente em mitose
(embora fosse haplide!). Injetando-se o extrato citoplasmtico de uma
clula na fase G2, no produzia nenhum efeito no ovcito. Concluiu-se,
ento, que no citoplasma do zigoto havia um fator promotor de mitose
ou MPF (de M-phase promoting factor).
Quando o MPF foi purificado, constatou-se que ele
continha uma nica enzima: uma protena quinase (veja o boxe).
Ao fosforilar protenas-chave, eventos caractersticos da mitose como
a condensao dos cromossomos, desagregao do envoltrio nuclear
e outros eram disparados.
Quinases
So enzimas que catalisam uma reao em que uma outra protena fosforilada, isto , um fosfato vindo do ATP liga-se a um de seus aminocidos. Essa reao pode ser rapidamente revertida pela ao de um outro tipo de enzima as fosfatases. A adio ou remoo de grupos fosfato uma das maneiras mais freqentes de ativao e inativao de molculas (Aulas13 e 14 de Biologia Celular I).
Figura 1.5: Demonstrao experimental da presena do fator de promoo de mitose. Apenas
o extrato do citoplasma de clulas na fase M capaz de induzir a diviso de um ovcito no fecundado.
Injeo de extrato
de citoplasma de
zigoto na fase M
Ncleo
Formao de
fuso mittico
Injeo de extrato
de citoplasma de
clula em intrfase
Ovcito inicia mitose Ovcito no se divide
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Um fato intrigante que essas quinases estavam presentes no ovo
de Xenopus em todas as fases do ciclo celular, enquanto a ativao do
MPF era cclica (Figura 1.6). Como poderiam essas quinases estarem
ativadas apenas em determinado momento?
Figura 1.6: Aps injeo do extrato citoplasmtico de Xenopus, a atividade
da MPF aumenta rapidamente, caindo abruptamente ao final da mitose.
Essa pergunta no foi respondida atravs de experimentos feitos
com ovos de Xenopus e sim ovos de mariscos. Nesses organismos, foram
detectadas protenas cuja concentrao ia aumentando gradativamente
durante a fase S, caindo abruptamente quando a clula entrava na fase
M (Figura 1.7). Essas protenas foram batizada de ciclinas.
Figura 1.7: A concentrao citoplasmtica da ciclina disparadora da mitose aumenta gradativa-
mente durante a intrfase, caindo abruptamente ao final da mitose. A concentrao da quinase
promotora da mitose constante ao longo de todo o ciclo celular, apenas sua atividade varia.
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Concluiu-se assim que o MPF , na verdade, um complexo
de protenas: uma ciclina e uma quinase dependente dela, ou Cdk
(cyclin dependent kinase) (Figura 1.8). Aps a descoberta da ciclina e da
Cdk disparadoras da mitose M-ciclina e M-Cdk foram identificadas
outras ciclinas (e respectivas Cdks) disparadoras de outros eventos do
ciclo celular. Assim, embora as Cdks estejam presentes o tempo todo, sua
atividade regulada pela presena, ou no, da ciclina que a ativa.
Figura1.8: Para que determinada fase do ciclo
celular se inicie, necessria a ativao da Cdk
por uma ciclina especfica. A Cdk ativa, por sua
vez, vai fosforilar outras molculas e provocar
mudanas na clula, como a condensao dos
cromossomos, a formao do fuso mittico etc.
Tambm ficou mais clara a dinmica de ativao das Cdks: as
ciclinas da mitose, por exemplo, comeam a ser sintetizadas no incio
da fase G1. Sua concentrao citoplasmtica vai aumentando at atingir
a concentrao reativa. Isso ocorre imediatamente antes de a clula
entrar na fase M. Nesse intervalo, a clula estar cumprindo o roteiro
de atividades das fases G1 (crescimento), S (duplicao do DNA) e
G2 (crescimento), sempre pela ativao de Cdks especficas dessas
etapas, que vo sendo ativadas por ciclinas cuja concentrao reativa
alcanada primeiro.
CONTROLE EXTERNO DO CICLO: A ORDEM DOS FATORES ALTERA O PRODUTO
Um ponto fundamental para o ciclo celular dar certo que cada
evento s seja iniciado quando for concluda a fase anterior (o mesmo
princpio da correta lavagem de roupas: nada de enxaguar antes de
ensaboar). No difcil prever as conseqncias desastrosas de entrar
em mitose antes de concluda a duplicao do DNA, ou da entrada na
fase S sem que a clula tenha crescido o suficiente. Por isso, ao longo
Quinase dependente
de ciclina (Cdk)
Ciclina
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do ciclo celular existem diversos pontos de checagem. Para passar
etapa seguinte, cada item da etapa anterior checado e, se no estiver
cumprido, o ciclo celular no avana. Veja na Figura 1.9 quais so esses
pontos de checagem.
Figura 1.9: Ao longo do ciclo celular existem trs pontos de checagem: em G1, G2 e em M. Em cada um
desses pontos, so checados os itens correspondentes s perguntas contidas nas caixas. Se todos esti-
verem corretos, a clula passa etapa seguinte, cumprindo a ordem inserida na caixa sombreada.
Uma clula pode ficar muito tempo em G1 se no houver nutrientes
suficientes para manter um nmero maior de clulas. Do mesmo modo,
a disponibilidade de espao tambm limita a proliferao celular.
Alm disso, mesmo com nutrientes e espao suficientes, as clulas no
se dividem se no receberem de outras a informao de que devem
se dividir. Esta informao vem na forma de molculas sinalizadoras
chamadas fatores de crescimento, detectadas por receptores de superfcie.
O somatrio de sinais, que engloba os nutrientes, o espao disponvel
e os fatores de crescimento, constitui a resposta para a pergunta
O ambiente favorvel? feita na checagem de G1.
Em G1 a clula precisa crescer para recuperar o volume perdido
ao ter o citoplasma dividido entre as clulas-filhas. Esse crescimento,
naturalmente, depende de um ambiente favorvel para a obteno de
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nutrientes, de temperatura e pH adequados realizao dos processos
metablicos. No se sabe como a clula consegue calcular que o volume
do citoplasma em relao ao ncleo atingiu a proporo correta, mas
quando isso acontece a clula fica liberada para entrar na fase S, de
sntese do DNA.
A deciso de entrar na fase S da intrfase conhecida como
ponto de Start, pois inicia um processo que irreversvel a partir desse
ponto. Depois que uma clula inicia a duplicao do genoma, ter de
se dividir ou morrer.
O segundo ponto de checagem est em G2. A o tamanho e o
ambiente so novamente conferidos. Embora o maior crescimento
ocorra em G1, a clula pode crescer mais um pouco em G
2. Entretanto,
o ponto mais importante a ser conferido se o DNA est total e
corretamente duplicado. Nesse ponto, vrias anomalias genticas, como
mutaes e delees, podem ser detectadas e corrigidas, ou as clulas
defeituosas podem ser eliminadas. Uma falha nesse ponto pode levar ao
desenvolvimento de tumores malignos.
A ltima chance de eliminar uma clula defeituosa no ponto
de checagem que antecede a sada da fase M. Enquanto todos os
cromossomos no estiverem alinhados na placa metafsica, a diviso
celular no prossegue para a anfase e para a citocinese (separao das
clulas-filhas). Isso visa a garantir que cada clula-filha receber uma
cpia exata do genoma da clula-me.
CICLINAS E CDKS: PRECISO ALGO MAIS
J compreendemos que a clula entrar na fase M quando a
M-Cdk formar um complexo com a M-ciclina, cuja concentrao
citoplasmtica aumenta gradativamente a partir de G1. Para garantir
que a M-Cdk no comece a fosforilar as protenas da fase M antes da
hora, o complexo M-ciclina-M-Cdk inicialmente inativo. Para que a
Cdk se torne ativa, precisa ser fosforilada. Duas quinases fosforilam a
M-Cdk. Uma fosforila um stio que inibe a atividade da M-Cdk, a outra
fosforila o stio de ativao da enzima. Assim, o complexo s se tornar
ativo depois de ter um desses fosfatos (o inibidor) removido pela ao
de uma fosfatase. A partir da, o complexo ciclina-Cdk (ou MPF) se
torna ativo e capaz de catalisar inclusive a ativao dos complexos
ainda inativos (Figura 1.10).
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M-Cdk
M-ciclina
MPF inibidoQuinaseinibitria
Fosfatoinibidor
Fosfatoativador
Fosfataseativadora
MPF ativado
V O C U M H O M E M O U U M C O G U M E L O ?
(O pequeno prncipe Antoine de Saint-xupery)
Enquanto o ciclo celular era estudado em ovos de sapos e mariscos, as leveduras,
formas unicelulares de alguns fungos (como o fermento de po), foram escolhidas
como clula eucaritica modelo para estudar os genes que controlam o ciclo celular.
Apesar de serem clulas eucariticas, as leveduras levam quase o mesmo tempo que
uma bactria para se duplicar. Seu ciclo celular todo leva cerca de uma hora. Associado
a isso, foram produzidas muitas formas mutantes de leveduras que interrompiam o
ciclo celular em diferentes pontos, permitindo identifi car que genes estavam envolvidos.
Isso permitiu concluir que, do ponto de vista evolutivo, o ciclo celular
um evento extremamente conservado. Os mesmos genes que
controlam o ciclo em um simples fungo tambm esto presentes em
seres complexos como os mamferos, ou seja, eu, voc e todos ns!
Figura 1.10: O complexo promotor de mitose depende
da fosforilao de um stio e da defosforilao de
outro da Cdk para que o complexo se torne ativo.
Quinaseativadora
M-Cdk
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Afinal, o que as Cdks fosforilam?
As Cdks de cada etapa do ciclo celular catalisam a fosforilao
de diferentes protenas com diferentes resultados. A M-Cdk, por
exemplo, atua, entre outras, sobre as seguintes protenas (que so, claro,
seus substratos):
catalisa a fosforilao das laminas, filamentos intermedirios que formam uma rede que reveste o envoltrio
nuclear (Aula 22 de Biologia Celular I e Aula 3 de Biologia Celular II).
As laminas fosforiladas despolimerizam, provocando a fragmentao da
lmina nuclear e a vesiculao (e desaparecimento) do envoltrio nuclear.
A fosforilao de uma outra protena, a condensina, promover a condensao dos cromossomos observada na mitose (Aula 2).
A fosforilao de protenas associadas aos microtbulos tambm promover sua reorganizao para formar o fuso mittico (Aula 2).
Cada etapa do ciclo depende de ciclinas diferentes
O disparo de cada etapa do ciclo celular depende da ativao de
complexos ciclina-Cdk especficos daquela etapa (Figura 1.11).
Figura 1.11: Cada complexo ciclina-Cdk
capaz defosforilar vrias protenas
(substratos) relativas quela fase.
Cdk Ciclina mittica Cdk Ciclina de G1
MPF Substratos a serem
fosforilados
na mitose
Quinase start Substratos a serem
fosforilados
em START
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Em contrapartida, uma vez encerrada aquela etapa, como
interrompida a atividade dessas quinases? Respondeu certo quem
se lembrou do mecanismo de degradao de protenas em proteassomas,
estudado na Aula 18 de Biologia Celular I. Ao fim de cada etapa
as ciclinas so ubiquitinadas e direcionadas para rpida destruio
nos proteassomas (Figura 1.12).
Os substratos do MPF, como as laminas, as condensinas, as
protenas associadas a microtbulos etc., que tinham sido fosforilados
no incio da fase M, sero defosforilados no final dessa fase por fosfatases
que so ativadas ainda pelo prprio MPF, imediatamente antes da
degradao das ciclinas.
Figura 1.12: Em cada etapa do ciclo celular, diferentes Cdks so ativadas por ciclinas espe-
cficas. Finda a etapa, as ciclinas so destrudas em proteassomas. No esquema, esto
representados apenas a ativao da duplicao do DNA e o disparo da diviso celular.
Iniciar duplicao do DNA
G-Cdk
G- Ciclina degradada em proteassomas
M-Cdk
M- Ciclina degradada em proteassomas
M-ciclina
Disparo da mitose
G-ciclina
M
G2
S G1
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Figura 1.13: Mecanismo de inibio da atividade do complexo ciclina-Cdk provocado por uma leso no DNA.
Desastre vista? O ciclo celular pode ser interrompido
Que o ciclo celular constitudo de etapas (G1, S, G2 e M), voc
j sabe. Que cada uma dessas etapas disparada pela formao de
complexos ciclina-Cdk, voc tambm j sabe. Que cada etapa regulada
pela etapa anterior, onde existem pontos de checagem, tambm j foi
comentado.
Agora, como que o processo pode ser interrompido, caso em
algum ponto de checagem a clula no passe na vistoria?
Em cada ponto de checagem existem freios moleculares capazes de
impedir o prosseguimento do ciclo. Porm, a maioria dessas molculas
pouco conhecida, ou mesmo desconhecida. Uma exceo so as
protenas inibidoras de Cdks, que bloqueiam a formao ou a atividade
de complexos ciclina-Cdk.
No ponto de checagem de G1, danos na estrutura do DNA induzem
o aumento da concentrao e da atividade da p53, protena reguladora
da atividade gnica. Quando ativa, a p53 estimula a transcrio de um
gene que codifica a p21, uma protena inibidora de Cdk. A protena p21
se liga aos complexos ciclina-Cdk
da fase S, responsveis por levar
a clula fase S, bloqueando sua
ao (Figura 1.13). A parada na
fase G1 d oportunidade clula
de reparar seu DNA antes de
replic-lo. Mutaes na p53 so
incapazes de impedir a replicao
de DNA lesado. No portanto
surpreendente que diversos tipos
de clulas tumorais possuam
mutaes no gene que codifica
essa protena, o que evidencia sua
relao com o desenvolvimento
de cncer.
DNA
leso no DNA p53 inativa
p53 ativa
A p53 ativada liga-se regio reguladora do gene p21
Ativaoda p53
Transcrio
Traduop21 (protena inibidora de Cdk)
INATIVOcomplexo ciclina-Cdk
p21 de fase S
ATIVOcomplexo ciclina-Cdk
de fase S
mRNA p21
p21 gene
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Dividir ou no dividir, eis a questo
A partir do estgio de oito clulas, j tm incio os processos
de diferenciao celular de um embrio. Algumas iro constituir os
anexos (placenta, saco amnitico e saco vitelnico), outras faro parte
dos folhetos embrionrios. Nessa etapa, todas as clulas se dividem
intensamente. No indivduo adulto, alguns tecidos, como a pele, o sangue
e os ossos, renovam-se constantemente. Isso implica a permanncia, na
idade adulta, de linhagens de clulas capazes de se dividir e se diferenciar
nos diferentes tipos celulares encontrados nesses tecidos as clulas-
tronco, assunto de uma outra aula nesta disciplina. No epitlio intestinal,
as clulas se dividem a cada 24 horas, aproximadamente. J no fgado,
que tido como um rgo com grande capacidade de regenerao, os
hepatcitos se dividem, em condies de normalidade, apenas uma vez
por ano! Clulas com grau ainda maior de especializao, como os
neurnios e as clulas musculares, em princpio no se dividem. Via de
regra, quanto mais especializada a clula, menor a freqncia com que
ela entra em diviso.
Uma clula que no mais se dividir, como os neurnios e as
clulas musculares, abandona o ciclo celular durante a fase G1 e entra
num estado particular, denominado G0 ou quiescncia.
Uma clula pode permanecer no estado G0 por tempo indefinido.
No caso dos neurnios, para sempre. Nos hepatcitos, o perodo G0
pode atingir dois anos, mas eles continuam podendo voltar G1
e reentrar no ciclo.
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Dividir at quando?
Cada tipo celular que compe um organismo parece j ter uma
programao intrnseca de quantas vezes vai se dividir antes de morrer.
Tomando como exemplo um fibroblasto humano: se ele for retirado
de um embrio e mantido em cultura de clulas em condies ideais
de nutrio e espao, vai se dividir cerca de 80 vezes; j um fibroblasto
humano retirado de um adulto de 40 anos, mantido nas mesmas
condies, vai se dividir cerca de 40 vezes apenas. Essa observao coloca
em evidncia uma possvel relao entre o controle do ciclo celular e o
envelhecimento e a longevidade.
Procurando o mecanismo de controle do nmero de divises que
uma clula capaz de realizar, os achados apontam para a replicao do
genoma. A cada replicao, a ponta do cromossomo, o telmero, precisa
ser restaurada por uma enzima, a telomerase. Nas clulas humanas,
o gene que codifica a telomerase no expresso em clulas somticas do
adulto. Por isso, a cada diviso celular, o telmero fica mais curto, at
que no mais possvel replicar o cromossomo corretamente. Clulas
podem se manter nessa situao, denominada senescncia celular, por
longo tempo realizando perfeitamente suas funes antes de morrer.
A manuteno das propores corporais depende da
entrada e sada, no ciclo celular, de cada clula do organismo
no momento exato.
Alm da velocidade com que as clulas se dividem, outro fator
importante no controle do nmero de clulas de um organismo
a apoptose ou morte celular programada, que ser discutida na
Aula 14 de Biologia Celular II.
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O ciclo celular constitudo por uma intrfase, subdividida em G1, S e G2, e uma fase de diviso, denominada M.
O controle interno do ciclo celular exercido por molculas citoplasmticas: as ciclinas, que vo se acumulando em cada fase do ciclo, e as quinases dependentes
de ciclina (Cdk), presentes em quantidades constantes por todo o ciclo.
Quando as ciclinas atingem concentraes reativas numa fase, elas se combinam com as quinases, promovendo a passagem para a prxima fase.
O complexo formado pela M-Cdk e a M-ciclina se chama MPF e dispara a mitose, fosforilando vrias protenas, dentre elas as que compactam os cromossomos, as
que desmontam o envoltrio nuclear e as que levam os microtbulos a formar
o fuso mittico.
No final de cada fase do ciclo, as ciclinas so degradadas em proteassomas.
O ciclo celular tambm tem um controle externo, dado pela disponibilidade de nutrientes, de espao e de fatores de crescimento.
Em conjunto, os controles interno e externo formam os pontos de checagem: no final de G1, a clula precisa ter o volume suficiente e o ambiente favorvel
para entrar em S. No final de G2, alm do ambiente e do volume favorveis,
preciso que o genoma esteja correta e completamente duplicado. Na metfase,
os cromossomos precisam estar todos alinhados para que a diviso prossiga.
Clulas bastante diferenciadas, como neurnios e msculos, escapam do ciclo celular em G1 e permanecem num estado de quiescncia chamado G0, a partir
do qual podem at voltar ao ciclo em algum momento.
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Biologia Celular II | O ciclo celular
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EXERCCIOS
1. O que e quais so as fases que compem o ciclo celular?
2. O que so ciclinas? Como atuam?
3. O que so Cdks? Como atuam?
4. O que MPF?
5. O que acontece com as ciclinas de uma determinada fase do ciclo quando
a mesma se encerra?
6. Como feito o controle externo do ciclo celular?
7. O que so pontos de checagem?
8. O que G0?
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A clula em diviso
Microtbulos (Aula 23 de Biologia Celular I).
Ao final desta aula, voc dever ser capaz de:
Associar a mitose distribuio do material gentico entre as clulas-filhas.
Caracterizar cada uma das fases da mitose. Explicar os fenmenos de: condensao dos cromossomos;
duplicao dos centrossomos;
formao do fuso mittico;
migrao dos cromossomos para o equador da clula;
formao da placa metafsica;
migrao dos cromossomos para os plos;
desagregao e reorganizao do envoltrio nuclear.
Pr-requisito
obje
tivos
2AULA
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Biologia Celular II | A clula em diviso
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Biologia Celular II | A clula em diviso
Na Aula 1, voc j estudou que todas as clulas obedecem a um ciclo celular,
perodo que compreende uma fase em que a clula cresce e reproduz suas
estruturas internas e uma outra durante a qual ela se divide.
O perodo da intrfase compreende trs etapas (G1, S, G2) e algumas
clulas podem permanecer para sempre em G1, sem passar fase
de diviso, chamada M.
O ciclo celular dura, em mdia, de 12 a 24 horas. A fase M dura cerca de 1
hora. Esse um valor mdio, havendo, naturalmente, muitas variaes. Cada
fase do ciclo celular disparada por Cdks (do ingls ciclyn dependent
kinases, ou seja, quinases dependentes de ciclinas ). As ciclinas, como j
sabemos, so protenas que, uma vez ativadas (pelas Cdks), deflagram
eventos especficos. A diviso celular ou mitose disparada pela M-Cdk.
A mitose um evento bastante complexo, que tem por objetivo distribuir
eqitativamente o material gentico, duplicado na fase S, entre as duas
clulas-filhas.
FASES DA MITOSE
A mitose inclui uma seqncia de eventos que, embora nem
sempre possam ser claramente delimitados, foram divididos em fases.
Provavelmente, esses nomes so seus velhos conhecidos:
1. Prfase
2. Prometfase
3. Metfase
4. Anfase
5. Telfase
A Figura 2.1 mostra o aspecto tpico das principais etapas.
Entender como e por que as estruturas envolvidas mudam de aspecto
ou mesmo desaparecem o tema central desta aula.
Uma clula em diviso bastante diferente de uma clula em
intrfase em, pelo menos, trs caractersticas:
O envoltrio nuclear, presente na clula interfsica, desaparece
durante a diviso.
Os cromossomos, que formam uma massa na clula interfsica,
se condensam e se individualizam durante a diviso.
Durante a diviso, os microtbulos se rearranjam, dando origem
ao fuso acromtico.
INTRODUO
} citocinese
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Figura 2.1: Aspecto do ncleo e centrossomos nas diferentes fases do ciclo celular. A duplicao dos cromossomos e
dos centrolos precede a fase M propriamente dita. Esta tem incio com a prfase, em que os cromossomos comeam a
se condensar, individualizando-se. Na metfase, cada centrossomo ocupa um plo da clula e dele partem microtbu-
los que formam o fuso mittico. Os cromossomos se encontram alinhados no plano mdio da clula, eqidistantes
dos dois plos. Na anfase, o material gentico (cromossomos) dividido igualmente, migrando em sentidos opos-
tos para os dois plos da clula. A ltima fase da mitose a citocinese, ou seja, a separao das duas clulas-filhas.
E A, CLULAS? VAMOS COMEAR A NOS DIVIDIR?
As condies necessrias para que a clula entre na fase M
so providenciadas durante a intrfase. Nesse perodo, erroneamente
chamado descanso, os cromossomos se duplicam, permanecendo unidos
pela regio chamada centrmero (Figura 2.4).
Tambm se duplicam nesta fase os centrossomos. Voc j aprendeu
sobre o centrossomo na aula sobre microtbulos. Eles so o que chamamos
centro organizador de microtbulos, isto , todos os microtbulos de uma
clula partem da. Nas clulas animais, os centrossomos incluem um par
de centrolos, cuja estrutura formada por nove trios de microtbulos
bem caracterstica (Figura 2.2).
Metfase
Citocinese
Prfase
Incio da prfase
S/G2
G1
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Biologia Celular II | A clula em diviso
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Biologia Celular II | A clula em diviso
Figura 2.2: (a) Um par de centrolos observado ao microscpio eletrnico. Note que um centrolo sem-
pre est posicionado a 90 graus em relao ao outro. (b) Esquema da estrutura do centrolo com-
posta por nove trios de microtbulos, designados como A, B e C. Cada centrolo mede cerca de 100nm.
(Foto: M., McGill, D.P., Highfield, T.M., Monahari e B.R. Brinkley, J. Ultrastr. Res. 57: 43-53,1976).
Os centrolos de um par no so idnticos. Um deles dominante e
possui filamentos que o conectam matriz pericentriolar (de onde partem
os microtbulos). Quando os centrolos de um par vo se duplicar,
eles se separam e cada um d origem (nucleia) a um novo centrolo
(Figura 2.3). Os dois pares de centrolos permanecem prximos at
o incio da prfase.
Figura 2.3: Apenas um dos centrolos de um par est ligado matriz pericentriolar. Na fase S, os centrolos de um par se
distanciam e cada um d origem a um novo centrolo. O centrolo mais antigo ser sempre o dominante no novo par.
C
B
A
G1 S G2 M G1
(a) (b)
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Uma vez que os cromossomos e centrossomos estejam duplicados,
a mitose pode ter incio.
PRFASE
Na prfase, o envoltrio nuclear ainda se encontra intacto.
nesta etapa que os cromossomos duplicados se condensam
e assumem sua forma caracterstica de dois bastes, as cromtides-irms,
ligados pelo centrmero (Figura 2.4).
Figura 2.4: Cromossomo na forma condensada e dupli-
cada observado ao microscpio eletrnico de varre-
dura. O estrangulamento que mantm as cromtides
unidas o centrmero (seta). (Foto: Terry Allen)
Voc pode estar curioso para saber como os cromossomos
interfsicos, longos e finos, se enovelam dessa forma. A resposta est numa
protena que possui dois domnios capazes de se ligarem hlice de DNA.
Por ser capaz de promover a condensao dos cromossomos, s custas
da hidrlise de ATP, foi denominada condensina. A condensina funciona
como uma pina em que cada extremidade se liga a um ponto da cadeia
de DNA e se fecha em seguida, aproximando as duas (Figura 2.5).
Na regio do centrmero, uma protena da mesma famlia mantm
as duas cromtides coesas. Seu nome? Coesina. Veja na Figura 2.5.b como
se acredita que essa protena mantenha as cromtides-irms unidas.
1m
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Biologia Celular II | A clula em diviso
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Biologia Celular II | A clula em diviso
Embora o envoltrio nuclear ainda esteja intacto, a migrao
dos centrossomos para os plos opostos tem incio nessa etapa.
medida que migram para plos opostos da clula, os microtbulos
se irradiam a partir dos centrossomos. Por lembrar uma estrela, cada
uma dessas estruturas chamada ster (Figura 2.6). Este o incio da
formao do fuso acromtico, que s estar completamente formado
na etapa seguinte.
Figura 2.6: O ster formado pela distribuio
radial de microtbulos em torno do centros-
somo. Na prfase, os centrossomos, j dupli-
cados, comeam a migrar para plos opostos.
PROMETFASE
Nas descries mais antigas da prometfase, dizia-se que nessa
fase do ciclo celular o envoltrio nuclear desaparecia. Na verdade, o
envoltrio nuclear, o retculo endoplasmtico e o complexo de Golgi no
so visveis nessa fase porque se fragmentam em vesculas, permitindo
que alguns microtbulos do fuso acromtico se liguem ao cinetcoro
dos cromossomos, j totalmente condensados.
O cinetcoro um complexo de protenas que se liga
aos cromossomos na regio do centrmero (Figura 2.7).
Figura 2.5: (a) Tanto as coesinas quanto as condensinas so protenas dimricas, capazes de
ligarem-se s hlices de DNA, aproximando-as. A coesina (b) aproxima as duas cromtides-irms, enquanto
a condensina (c) ajuda na espiralizao da cadeia de DNA, resultando na condensao do cromossomo.
Cromtides-irms Hlice de DNA
ATP ATP
a(a) (b) ( c )
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Figura 2.7: O cinetcoro um complexo de pro-
tenas que se associa ao cromossomo na regio do
centrmero. nessa regio que se ancoram microtbulos
do fuso responsveis por movimentar os cromossomos.
Os cromossomos s se ligam ao fuso pelo cinetcoro. Essa ligao
parece ser feita de modo aleatrio, pelo sistema de tentativa e erro, isto
, os vrios microtbulos, que partem dos centrossomos de acordo com
a instabilidade dinmica que lhes caracterstica, crescem e encolhem
rapidamente. Eventualmente, alguns deles tocam os cromossomos.
Se esse contato acontecer na regio certa, isto , a extremidade do
microtbulo fazendo contato com o cinetcoro, o cromossomo
permanecer ancorado quele microtbulo. Como os cromossomos
esto duplicados, os cinetcoros de cada uma das cromtides-irms
ficar ligado a microtbulos de um plo. Os microtbulos mais longos
so mais fortes, puxando o cromossomo na direo do centrossomo no
qual tm sua origem (Figura 2.8). Estabelece-se, assim, um verdadeiro
Figura 2.8: Na prometfase, os cromossomos so puxados pelos microtbulos do fuso. A maior fora
exercida pelos microtbulos mais longos (cromossomo da parte superior da figura). No plano mdio,
as foras se equilibram (cromossomo da parte inferior da figura) e o cromossomo permanece alinhado.
Cromtide
Cromossomo
condensado
Cinetcoro
Microtbulos
cinetocoriais
Centrmero
Centrossomo
Centrossomo
cabo de guerra entre os dois plos. Essa disputa
termina empatada, com os cromossomos
alinhados no equador da clula. Quando
todos os cromossomos se alinham de forma
eqidistante dos plos, significa que a diviso
celular entrou na metfase.
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Biologia Celular II | A clula em diviso
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Biologia Celular II | A clula em diviso
METFASE
Na metfase, o fuso acromtico j est plenamente desenvolvido e
os cromossomos se alinham no plano equatorial da clula, eqidistantes
dos dois plos. Alm dos microtbulos astrais isto , que compem o
ster , e dos microtbulos cinetocoriais que se ligam ao cinetcoro
dos cromossomos , o fuso possui microtbulos que desempenham uma
terceira funo. Trata-se de microtbulos que partem dos plos opostos
e se interpenetram no plano equatorial da clula. Podemos cham-los
microtbulos interpenetrantes (Figura 2.9). Os trs tipos de microtbulos
so altamente dinmicos, polimerizando-se e despolimerizando-se mais
rapidamente que os microtbulos das clulas interfsicas e formam o
fuso acromtico ou fuso mittico (Figura 2.9). Conforme as foras
exercidas pelos microtbulos cinetocoriais ligados a cada uma das
cromtides-irms se equilibram, encolhendo de um lado e alongando-
se do outro, os cromossomos vo se dispondo na placa equatorial.
Esta a fase mais demorada da mitose e a diviso s prossegue quando todos
os cromossomos se encontram alinhados.
Figura 2.9: Esquema mostrando o fuso acromtico na etapa de metfase e as
diferentes funes desempenhadas pelos microtbulos que o formam.
Centrossomo plo do fuso
Microtbulos astrais Microtbulos
cinetocoriais
Cinetcoro
Microtbulos
interpenetrantes
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ANFASE
Na anfase, as cromtides-irms se separam e cada uma delas
puxada pelos microtbulos cinetocoriais em direo a plos opostos.
Voc pode estar se perguntando: como as cromtides-irms se
separam se elas esto ligadas pela coesina?
Boa pergunta! A resposta bastante simples: a enzima
separase se encarrega de cortar as pontes formadas pela coesina.
Assim, cada cromtide puxada para um plo pelos microtbulos
cinetocoriais respectivos.
A migrao dos cromossomos para plos opostos resulta no
apenas do encolhimento dos microtbulos cinetocoriais. Protenas
motoras associadas aos microtbulos interpenetrantes tambm
contribuem para que haja entre eles um deslizamento que aumenta
a distncia entre os plos (Figura 2.10).
Ainda no foi possvel explicar como subunidades de tubulina
podem se soltar da extremidade do microtbulo voltada para o cinetcoro
sem que a ligao entre a cromtide e o microtbulo se desfaa.
O distanciamento provocado pelo deslizamento entre microtbulos
do fuso o prenncio da ltima fase da diviso celular, a telfase.
Figura 2.10: O afastamento das cromtides resulta de duas foras complementares. (a) Os microtbulos cineto-
coriais se despolimerizam e (b) os microtbulos que se superpem crescem. Alm disso, protenas motoras
promovem o deslizamento entre eles.
O encolhimento dos microtbu-
los cinetocoriais movimenta as
cromtides na direo dos plos
Os microtbulos que partem de
plos opostos deslizam entre si,
aumentando a distncia entre eles
Zona de crescimento
dos microtbulosProtenas motoras
(b)(a)
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Biologia Celular II | A clula em diviso
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Biologia Celular II | A clula em diviso
TELFASE
A telfase corresponde ao final da mitose. Nessa etapa,
os cromossomos j se encontram segregados em plos opostos
da clula e distanciados pelos microtbulos que se superpem
(Figura 2.11). Esse distanciamento fundamental para que ocorra a
distribuio do citoplasma e das organelas entre as duas clulas-filhas.
Esse processo chamado citocinese.
Os microtbulos astrais tambm exercem fora de separao
entre as clulas-filhas deslizando sobre protenas motoras ligadas
membrana plasmtica (Figura 2.12).
Figura 2.11: Na clula esquerda, a sobreposio dos microtbulos maior que na da direita. Isso resulta
em que os cromossomos esto mais afastados na segunda. (Foto: Jeremy D. Pickett-Heaps em Molecular
Biology of the Cell, Garland Publ. Co.,3rd ed.)
Figura 2.12: A interao com protenas motoras leva os microtbulos a se afastarem no plano equato-
rial da clula (a), ou a empurrar a membrana plasmtica por ao de protenas motoras acopladas a ela (b).
Afastamento pelo deslizamento
entre microtbulos superpostos
Afastamento pelo deslizamento
de microtbulos astrais sobre
protenas motoras
(a)
(b)
Regio central de
superposio dos
microtbulosPlo
Microtbulos
do plo
Regio de
superposio
reduzidaPlo 2m
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A separao final entre as clulas-filhas depende de um anel
de constrio (ou anel contrtil) formado por filamentos de actina e
molculas de miosina (Figura 2.13).
Figura 2.13: A separao entre as clulas-filhas se d pelo estrangulamento resul-
tante do deslizamento do anel de constrio, formado por filamentos de actina e
molculas de miosina. (Foto: Mrcia Attias)
COMO SE DIVIDEM AS CLULAS VEGETAIS
A rgida parede de celulose que envolve as clulas vegetais
impede que as duas clulas-filhas resultantes da mitose se separem
por estrangulamento. Neste caso, o ponto de clivagem, onde as
duas clulas sero delimitadas, vesculas contendo precursores da
parede e elementos da prpria membrana sero determinados pela
disposio de microtbulos. O processo pode ser acompanhado
em linhas gerais na Figura 2.14, mas nas disciplinas de Botnica
mais detalhes sero abordados.
Anel contrtil
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Biologia Celular II | A clula em diviso
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Biologia Celular II | A clula em diviso
Microtbulos corticais formam uma
banda que envolve a clula logo abaixo
da membrana plasmtica. Essa banda
prediz onde a nova parede celular
se fundir quando a clula se dividir.
O fragmoplasto formado na telfase
pelos microtbulos sobrepostos. Vescu-
las derivadas do complexo de Golgi car-
reando precursores da parede celular se
associam a esses microtbulos, acumulan-
do-se na regio equatorial e fundindo-se
para formar a placa crivada primordial.
Microtbulos associados ao fragmoplasto
se formam na periferia da placa crivada
primordial. Novas vesculas derivadas do
Golgi so recrutadas para essa regio,
fundindo-se com a borda da parede celular,
estendendo-se para fora. Os microtbu-
los impedem a total fuso dessas mem-
branas, resultando nos plasmodesmas.
A membrana da placa crivada em expan-
so funde-se membrana plasmtica
da clula-me, completando a nova
parede celular. O arranjo cortical de
microtbulos interfsicos resta-
belecido em cada uma das clulas-filhas.
Figura 2.14: As principais etapas da diviso de uma clula vegetal.
Complexo de Golgi Parede celular da clula-me
Banda de microtbulos
Microtbulos do fuso
Microtbulos ligados
ao fragmoplasto
PlasmodesmasMicrotbulos corticais
Placa crivada primordial
Vesculas derivadas do Golgi
Telfase
Citocinese
G1G2
G1
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A DIVISO NOS PROCARIOTOS
Nas bactrias, a diviso celular chamada fisso binria e muito
mais simples (e rpida) que nos eucariontes. O processo se resume na
duplicao do cromossomo nico da bactria. O cromossomo duplicado
translocado para o plo oposto da clula e uma invaginao da
membrana bacteriana separa a bactria em duas. Essa fisso depende
de uma protena, a FtsZ, que possui algumas semelhanas com a tubulina
de eucariotos e forma um anel que se contrai, orientando o crescimento
da parede bacteriana na fenda que se forma, resultando na fisso binria
(Figura 2.15).
Figura 2.15: Principais etapas da diviso de uma clula procarionte.
(1) O DNA se distribui em
um nico cromossomo.
(2) Esse cromossomo
se duplica a partir de
um ponto de origem.
A clula tambm cresce.
(3) Uma vez duplicados,
os pontos de origem
migram para plos opos-
tos na clula bacteriana.
(4) A membrana se inva-
gina e uma nova parede
bacteriana forma-se,
(5) separando as duas
clulas-filhas.
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Biologia Celular II | A clula em diviso
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Biologia Celular II | A clula em diviso
Entre a diviso celular bacteriana e a mitose, na qual um aparelho
mittico sofisticado montado a partir do citoesqueleto, vrias etapas
adaptativas aconteceram. Ainda hoje existem organismos em que a diviso
celular parece representar estgios intermedirios dessa evoluo.
Em alguns dinoflagelados (um tipo de alga), o envoltrio nuclear no se desfaz. Na verdade, nesses organismos a segregao dos
cromossomos depende da adeso membrana interna do ncleo.
Em alguns protozorios, o fuso mittico se forma atravs de um tnel, e o envoltrio nuclear no se desfaz, mas alguns microtbulos
penetram no ncleo, ligando-se aos cromossomos.
Em algumas leveduras (fungos), o fuso se forma dentro do ncleo. Essas formas de diviso esto esquematizadas na Figura 2.16 e
so uma demonstrao clara das muitas tentativas que a natureza faz at
encontrar o sistema mais eficiente para replicao de cada organismo.
Bactrias
Cromossomos-filhos aderidos
membrana plasmtica so separados
pelo crescimento da mesma.
Dinoflagelados tpicos
Vrios feixes de microtbulos passam
atravs de tneis no envelope nuclear
intacto, estabelecendo a polaridade
da diviso. Os cromossomos se movem
associados membrana nuclear interna,
sem aderir aos microtbulos.
Outros protozorios
Um nico feixe de microtbulos forma o
fuso que atravessa o envoltrio nuclear,
formando um tnel. Os cromossomos
se ligam pelos cinetcoros membrana
nuclear e interagem com os plos pelos
microtbulos cinetocoriais.
Cromossomo
Membrana plasmtica
CromossomoEnvoltrio nuclear
intacto
Microtbulos
polares
Microtbulos
cinetocoriais
Centrolos
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Biologia Celular II | A clula em divisoBiologia Celular II | A clula em diviso
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Leveduras e algas diatomceas
O envelope nuclear permanece intacto;
o fuso se forma dentro do ncleo, asso-
ciado ao envelope nuclear. Cada cinet-
coro se liga a um nico microtbulo.
Clulas de animais
O fuso comea a se formar fora do
ncleo. Na prometfase, o envoltrio se
desagrega e os cromossomos podem se
ligar a microtbulos do fuso.
Figura 2.16: Formas de diviso de vrios organismos.
Quando a fase M (mitose) se inicia, os cromossomos e os centrossomos j foram
duplicados, nas fases S e G2.
Na prfase, os dois centrossomos se separam e comeam a se dirigir para
plos opostos da clula. Os cromossomos tambm iniciam o processo de
individualizao.
A prometfase a fase em que o envoltrio nuclear se fragmenta e alguns
microtbulos do fuso capturam os cromossomos.
Os cromossomos duplicados permanecem unidos pelo centrmero. Um complexo
de protenas ao redor do centrmero constitui o cinetcoro. Os cromossomos se
ligam ao fuso sempre pelo cinetcoro.
Foras antagnicas, exercidas pelos microtbulos que partem dos plos, levam os
cromossomos para o plano equatorial da clula, formando a placa metafsica.
A enzima separase corta a ligao entre as cromtides-irms e cada uma delas
se dirige a um dos plos. Essa separao essencial para a anfase.
Na anfase, dois mecanismos levam ao afastamento das cromtides-irms: a
despolimerizao dos cromossomos cinetocoriais e o deslizamento, mediado por
protenas motoras, entre os cromossomos sobrepostos.
Na telfase, novo envoltrio nuclear se forma em torno de cada ncleo-filho e
o citoplasma se contrai no plano equatorial. Os microtbulos do fuso predizem o
local onde o anel contrtil, formado por actina e miosina, se formar, levando
separao das clulas-filhas.
Microtbulos
polaresMicrotbulos cinetocoriais
Microtbulos polares Microtbulos cinetocoriais
Centrolos
Fragmentos do envelope nuclear
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Biologia Celular II | A clula em diviso
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EXERCCIOS
1. Qual o principal objetivo da diviso celular?
2. Quais so as fases tradicionalmente estabelecidas para descrever a diviso
celular?
3. Em que etapa do ciclo celular ocorre:
a) Duplicao dos cromossomos?
b) Condensao dos cromossomos?
c) Duplicao dos centrossomos?
d) Formao do fuso mittico?
e) Migrao dos cromossomos para o equador da clula?
f) Formao da placa metafsica?
g) Migrao dos cromossomos para os plos?
h) Desagregao e reorganizao do envoltrio nuclear?
4. Qual o papel das seguintes protenas que participam da diviso celular?
Coesina:
Condensina:
Separase:
5. Como os microtbulos podem participar da mitose?
6. O que a citocinese?
-
Ncleo interfsico
Ao final desta aula, voc dever ser capaz de:
Discutir a importncia do aparecimento de um ncleo individualizado.
Listar os componentes estruturais do ncleo durante a intrfase.
Enumerar os diversos graus de organizao da cromatina.
Correlacionar aparncia, composio e funo do nuclolo.
Compartimentalizao celular (Aula 15 de Biologia Celular I).Controle do ciclo celular (Aula 1 de Biologia Celular II).
Diviso celular (Aula 2 de Biologia Celular II).
Pr-requisitos
obje
tivos
3AULA
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INTRODUO Durante a intrfase, quase todo o genoma de um eucarioto est dentro de
um compartimento, o ncleo. O ncleo o maior compartimento celular,
ocupando em mdia 10% do volume total da clula. A maioria das clulas
possui apenas um ncleo, com exceo de:
eritrcitos de mamferos, que perdem o ncleo durante a diferenciao;
clulas derivadas da fuso de clulas precursoras, como as clulas musculares
esquelticas, que possuem muitos ncleos;
certos protozorios, como os do gnero Giardia, que so binucleados
(Figura 3.1).
Figura 3.1: (a) Clula muscular multinucleada; (b)
o protozorio Giardia lamblia possui dois ncleos
e quatro pares de flagelos.
O ncleo costuma ter formato arredondado e ocupar posio
central nas clulas, mas pode ficar na periferia, como nas clulas
musculares (Figura 3.1) ou nos adipcitos (reveja a Figura 27.2 em
Biologia Celular I) e no serem redondos, como os ncleos de leuccitos
(Figura 3.2).
IMPORTNCIA EVOLUTIVA
Voc aprendeu em Biologia Celular I (Aula 15) que a compartimenta-
lizao foi um grande avano evolutivo porque permitiu que as diferentes funes
celulares pudessem ser distribudas em diferentes locais, onde as molculas
envolvidas em determinada atividade celular esto prximas. Esse raciocnio
se aplica perfeitamente ao compartimento nuclear, mas h outras vantagens
que tornaram o aparecimento do ncleo evolutivamente to importante.
Ncleos Miofibrila
Ncleos
Flagelos
a b
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Figura 3.2: Micrografias eletrnicas de
glbulos brancos: em A, um neutrfilo;
em B, um basfilo; em C, um eosinfilo;
em D, um moncito. Todos possuem
apenas um ncleo (N), que tem formato
irregular. Como estamos vendo cortes
ultrafinos dessas clulas, nem sempre
todas as partes do ncleo aparecem no
plano de corte. Fotos: Dorothy Bainton.
CADA COISA EM SEU LUGAR
A maior vantagem evolutiva do aparecimento de um
ncleo individualizado foi, sem dvida alguma, a separao entre
a transcrio (sntese de uma fita de RNA a partir do DNA) e
a traduo (sntese de um peptdeo a partir da fita de RNA).
Os dois eventos esto separados em eucariotos porque no
existem ribossomos maduros no compartimento nuclear. Isso
garante que os mRNA produzidos na transcrio tenham de
sair do ncleo para o citoplasma antes de comearem a ser
traduzidos. Qual a vantagem disso? Criar oportunidade de
processar o RNA antes que ele saia do ncleo (Figura 3.3).
Figura 3.3: Em eucariotos, a transcrio e a traduo ocorrem em
compartimentos diferentes. Assim, o RNA sintetizado na transcrio
pode ser processado ainda no ncleo, antes de ser transportado
para o citoplasma, onde ser traduzido pelos ribossomos.
2mm
NcleoDNA
RNA
Processamento
mRNA
Transporte
Transcrio
Traduo
Protena
Citoplasma
Ribossomos
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Para que voc possa avaliar o impacto evolutivo da separao
dos eventos de transcrio e traduo, basta lembrar que a quantidade
de informao contida no genoma de procariotos muito menor que a
contida no genoma dos eucariotos. Essa diferena no se deve apenas
maior massa de DNA presente neles. Nos procariotos, os genes esto
arranjados em seqncia linear. Se toda a diversidade de informao
dos eucariotos tivesse de ser arranjada na forma de genes enfileirados,
seria impossvel acomodar o comprimento de seu genoma numa clula!
Foi a oportunidade de processar o RNA resultante da transcrio que
gerou a possibilidade de sobrepor informaes. Ao ser processada, cada
molcula de RNA ora perde uma parte, ora outra parte, transpe regies
etc., podendo gerar vrios mRNA, cada um resultando numa protena
diferente. Assim, as clulas eucariticas puderam se tornar muito mais
complexas, com uma variedade de protenas muito maior do que
a variedade genmica.
Se voc tinha aprendido que o aparecimento do ncleo foi
evolutivamente importante porque protegeu o DNA, no se preocupe.
Esse conceito no est errado. De fato, envolvido por um envelope to
bem estruturado (voc j vai ver!), o genoma est protegido de todo o
movimento do citoplasma. Mas vamos reconhecer que, se nada mais
tivesse acontecido depois do aparecimento do ncleo, a diferena entre
eucariotos e procariotos seria muito menor!
A ORGANIZAO GERAL DO NCLEO INTERFSICO
O ncleo o compartimento que contm o DNA, organizado na
forma de cromatina, e est separado do citoplasma por um envelope
ou envoltrio nuclear. O envoltrio define um ambiente nuclear, cuja
matriz diferenciada, o nucleoplasma. O nucleoplasma e o citoplasma
se comunicam diretamente atravs de aberturas no envoltrio.
Essas aberturas no so simples buracos, e sim poros muito bem
estruturados, denominados complexos do poro.
Partes diferentes da cromatina tm arranjos especiais, sendo o
nuclolo o mais conhecido deles. O envoltrio nuclear, formado por
duas membranas, est sustentado tanto pelo lado citoplasmtico quanto
pelo lado nuclear, por filamentos do citoesqueleto (Figuras 3.4 e 3.5).
No lado nuclear, filamentos intermedirios formam a lmina nuclear.
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No lado citoplasmtico, outros tipos de filamentos intermedirios,
alm de microtbulos, colaboram com a sustentao. O prprio centro
organizador de microtbulos (centrossomo) se encontra bastante prximo
do envoltrio nuclear.
Vamos dedicar ateno especial a cada uma dessas principais
estruturas nucleares nesta e na prxima aula.
Figura 3.4: Micrografia eletrnica da
regio nuclear. Note que a cromatina
aderida fica excluda da rea sob o
complexo do poro. Foto: Larry Gerace.
Figura 3.5: Esquema ilustrativo da organizao geral do
ncleo. Esse esquema se baseia em informaes obtidas
a partir de micrografias como a mostrada na Figura 3.4.
Envoltrio nuclear
Complexo do poro
Lmina nuclear
Cromatina aderida
Matriz nuclear 1m
Retculo endoplasmtico
Filamentos intermedirios
Poro
Cromatina
Ncleo
Centrossomo
Lmina nuclear
Membrana externa
Membrana interna1m Envoltrio nuclear
Microtbulos
{
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ORGANIZAO DA CROMATINA
Voc est estudando a organizao do DNA e seu metabolismo
em Biologia Molecular, por isso aqui s vamos abordar alguns aspectos
da organizao do DNA de eucariotos, especialmente na intrfase.
Como acabamos de ver, o genoma dos eucariotos muito grande,
e esse tamanho torna difcil sua acomodao dentro do ncleo.
necessrio que as molculas de DNA estejam compactadas.
O grau de compactao do DNA varia no ciclo celular, como j
foi mencionado nas duas ltimas aulas, atingindo seu mximo na fase
M, quando possvel individualizar, contar e classificar as molculas
de DNA, ali chamadas cromossomos. Existem regies do cromossomo
essenciais para a manuteno de sua integridade e para que possa
haver replicao. Essas regies so o centrmero, os telmeros e as
origens de replicao (Figura 3.6). Nos eucariotos, as molculas de
DNA esto compactadas com protenas, formando o arranjo que ns
chamamos cromatina.
Figura 3.6: Regies essenciais dos
cromossomos: cada cromossomo tem
de ter um centrmero, sobre o qual se
alojam as protenas do cinetcoro na
mitose, telmeros nas extremidades
e vrias origens de replicao, que
assumem o aspecto de bolhas na fase S.
As protenas que compactam o DNA so classificadas em histonas
e no-histonas. As histonas so protenas muito adequadas para interagir
com o DNA (cido desoxirribonuclico) porque tm alto teor de
aminocidos carregados positivamente, sendo, portanto, bsicas. Quatro
histonas diferentes (H2A, H2B, H3 e H4), com duas cpias de cada,
formam um octmero ao redor do qual a fita dupla de DNA est enrolada
(Figuras 3.7 e 3.8). Esse arranjo chamado nucleossomo. O segmento
de DNA que fica entre dois nucleossomos chamado DNA de ligao e
pode variar de tamanho. J o segmento que envolve um nucleossomo tem
tamanho bastante regular, de cerca de 200 pares de bases.
Telmero
Origem de replicao
Centrmero
Origem de replicao
Telmero
Bolha de replicao CinetcoroCromossomos duplicados
em clulas
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Figura 3.8: Procedimento para dissociar
os nucleossomos e separ-los das histonas.
Existe ainda uma outra histona compactando
o DNA, a histona H1, que no faz parte do
nucleossomo. Ela fica por fora do arranjo de
nucleossomos, ajudando a torn-lo mais frouxo ou
mais compactado (Figura 3.9).
DNA de ligao
Histonas do nucleossomo
DNA de ligao digerido
por nucleares
200 pares de nucleotdeos
Dissociao com alta
concentrao de sal
Nucleossomos liberados
Octmero de histomas
Dissociao
Duplas hlice de DNA
H2A H2B H3H4
11nm
a bFigura 3.7: Modelo do nucleos-
somo visto de dois ngulos
diferentes, com o DNA represen-
tado pelo tubo helicoidal (A) ou
pelas linhas paralelas (B) ao
redor das histonas. Esquema
de Evangelos Moudrianakis.
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Figura 3.10: Micrografia eletrnica de um
trecho de DNA no estado compactado
natural (a) e depois descompactado (b).
A molcula nativa (A) chamada fibra de
30nm e o DNA no seu estado descompactado
(B) comparado a um colar de contas. Fotos:
(a) de Barbara Hamkalo; (b) Victoria Foe.
Figura 3.11: Nucleossomos enrolados sobre si prprios. Em (a), aspecto
frontal de uma fibra, em (b), o aspecto lateral. Os primeiros seis nucleossomos
esto numerados, para facilitar a compreenso.
A estrutura formada pelos nucleossomos intercalados por DNA
de ligao assemelha-se a um colar de contas (Figura 3.10.b). Quando
assume a configurao nativa, ela se arranja como a fibra de 30nm
(Figura 3.10.a). A fibra de 30nm consiste no colar de nucleossomos
enrolado sobre si prprio, encurtando muito a molcula de DNA
(Figura 3.11).
Figura 3.9: A histona H1 liga-se
por fora dos nucleossomos,
ajudando a mant-los mais
prximos ou mais afastados.
Histona H1
Nucleossomo
Octmero de histomas
30nm
1
2
34
5
6
1
2
3
4
5 6
a
b
a b
50nm
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Mesmo na forma de fibra de 30nm, um cromossomo tpico teria
aproximadamente 1mm de comprimento, ficando impossvel acomod-lo
dentro de uma clula. necessrio, portanto, que o DNA seja ainda mais
compactado. Em contrapartida, se o DNA estiver compactado demais
durante a intrfase, atividades como transcrio e replicao certamente
ficaro muito dificultadas. Assim, fcil supor que o mecanismo de
compactao do DNA tenha de ser dinmico, facilitando o acesso das
enzimas quando necessrio (Figura 3.12). Regies descompactadas do
DNA tambm so alvo fcil para degradao por DNAses.
Figura 3.12: Para que haja transcrio,
necessrio que o DNA esteja descom-
pactado. As regies descompactadas
tambm ficam acessveis degradao.
Talvez voc j tenha ouvido ou lido os termos eucromatina e
heterocromatina. A eucromatina (ou cromatina verdadeira) aquela
que transcreve; portanto, corresponde ao estado descompactado.
J a heterocromatina est no seu estado mais compactado, inacessvel
a enzimas de transcrio ou de degradao. Fica assim mais protegida
e ocupa menos espao (Figura 3.13). Cada regio do genoma ora est
na forma de eucromatina, nos momentos em que transcreve, ora na de
heterocromatina, quando quiescente.
Os vrios nveis de organizao da cromatina, desde o estado mais
compactado o cromossomo metafsico at a molcula de DNA sem
as protenas de compactao esto representados na Figura 3.13.
Gene que ser
transcrito pouco depois
Regies condensadas
da cromatina
RNA
Gene sendo transcrito
Tratamento com DNAse
DNAdegradado
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Se voc reparar nas micrografias eletrnicas de ncleos interfsicos,
sejam irregulares como os da Figura 3.2, ou regulares, como os das
Figuras 3.5 e 3.14, vai perceber que parte da cromatina tem aspecto
bastante eletrondenso.
Figura 3.13: Um cromossomo metafsico
pode ir sendo desenrolado at chegar ao
estado mais simples do DNA, a dupla hlice.
Cromossomo metafsico
inteiro
Segmento de cromossomo
na forma condensada
Segmento de cromossomo
na forma estendida
Colar de contas de
nucleossomos
Pequena regio da dupla
hlice de DNA
1400nm
700nm
300nm
30nm
11nm
2nm
Fibra de 30nm formada por
nucleossomos compactados
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Figura 3.14: Micrografia eletrnica de
um ncleo interfsico tpico de clulas
de mamfero. Foto: Daniel Friend.
O aspecto eletrondenso est, na maior parte das vezes, relacionado
ao estado compactado da cromatina, a heterocromatina (nem sempre,
voc j vai conhecer as excees). Poderamos, assim, correlacionar
as regies eletrondensas do ncleo com regies do genoma que no
esto transcrevendo. Observando bem as fotos, voc vai reparar que
sempre existe heterocromatina na regio mais perifrica do ncleo,
bem juntinho do envoltrio nuclear. A identificao dessa parte da
cromatina veio por acaso: testando o soro de pacientes de DOENAS
AUTO-IMUNES por imunofluorescncia em clulas em mitose e na intrfase,
constatou-se que os anticorpos fluorescentes reconheciam os telmeros
dos cromossomos mitticos e tambm a heterocromatina aderida ao
envoltrio nuclear em clulas interfsicas.
Examinando clulas de outras espcies, nem sempre encontramos
os telmeros aderidos ao envoltrio nuclear durante a intrfase. Mas esse
dado foi importante porque deu incio idia, cada vez mais aceita, de que
durante a intrfase os cromossomos descondensados no esto embolados
dentro do ncleo. Muito ao contrrio, parece haver grande organizao
do genoma. Alguns autores supem que, semelhana do que ocorre
no citoplasma, existe um nucleoesqueleto sustentando essa organizao.
De fato, se aplicarmos a ncleos isolados a mesma metodologia de extrao
do citoesqueleto, usando detergentes no-inicos, um material protico
isolado. Sob certas condies, esse material parece formar filamentos,
mas sua organizao no semelhante dos grupos de filamentos do
citoesqueleto. Nenhuma das protenas conhecidas do citoesqueleto faz
DOENAS AUTO-IMUNES
So causadas por falhas do sistema
imune, que no elimina clulas produtoras de anticorpos que
reconhecem as molculas do prprio
indivduo (self). Os pacientes dessas doenas
possuem na circulao anticorpos que
conhecem e atacam suas prprias clulas.
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parte do nucleoesqueleto. Na verdade, foi recentemente demonstrado
que a actina, que forma microfilamentos no citoplasma, apesar de poder
entrar no ncleo (na prxima aula voc vai ver quem pode entrar no
ncleo), nunca encontrada l, sendo ativamente excluda. Por enquanto,
fica a noo de que o ncleo interfsico organizado. Ainda faltam dados
para estabelecer quem responsvel por essa organizao.
NUCLOLO
Ainda reparando nas micrografias do ncleo interfsico, voc diria
que h outra regio eletrondensa, que, portanto, deve corresponder
heterocromatina: o nuclolo. Nesse caso, no entanto, a correlao no
se aplica. O nuclolo eletrondenso por outro motivo. Na verdade, seria
injusto dizer que o nuclolo heterocromatina. Se heterocromatina o
estado compactado, aquele inacessvel a enzimas, portanto, quiescente,
o nuclolo tudo menos isso! Talvez voc j tenha ouvido antes que o
nuclolo uma fbrica de ribossomos. Como tal, uma das regies do
ncleo que mais trabalha! Na verdade, no nuclolo esto os genes que
codificam para os RNA ribossomais (rRNA) e para as protenas que
fazem parte dos ribossomos. Se o nuclolo fosse mesmo uma fbrica,
ela teria o certificado ISO9001 de qualidade total!
Sabendo que os genes que codificam
para os rRNA esto no nuclolo, voc
poderia pensar que esses genes esto no
mesmo cromossomo. No esto! Na espcie
humana, por exemplo, esto em cinco
cromossomos diferentes: 13, 14, 15, 21
e 22. Mas como eles podem estar na mesma
regio do ncleo? A soluo desse enigma
est na Figura 3.15.
Partes de cromossomos que
contm genes para rRNA
EnvoltrioNuclolo
Rompimento
mecnico
Nuclolo isolado
contendo pedaos
de cromossomos Figura 3.15: Ncleos isolados podem ser usados
para, por rompimento mecnico, isolar nuclolos.
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Durante a intrfase, as regies dos cromossomos que contm genes
que codificam para os RNA se aproximam. Os genes que codificam os
mRNA que vo produzir as protenas ribossomais no citoplasma tambm
se aproximam no nuclolo. Depois de serem produzidas no citoplasma (por
outros ribossomos!), as protenas ribossomais voltam ao ncleo pra comear
a se associar aos rRNA e formar novos ribossomos.
Mas ateno, perigo! Se os ribossomos ficassem prontos, poderiam
iniciar a traduo dos mRNA antes que eles fossem processados! L se ia a
maior vantagem evolutiva dos eucariotos por gua abaixo!
As subunidades ribossomais ficam quase prontas no ncleo, mas
s amadurecem depois de chegar ao citoplasma (Figura 3.16).
Gene de
rRNADNA
Transcrio
rRNA precursor
Nuclolo
Subunidade
maior imatura
Subunidade
menor
Protenas
ribossomais
sintetizadas
no cito-
plasma
Transporte e
maturao ativa
dos ribossomas
RNA e protenas
envolvidas
no processamento
Citoplasma
18S rRNA
40S
5.8S
2.8S
5S
60S
Nuclo
rRNA
Figura 3.16: Esquema geral da
produo de ribossomos pelo nuclolo.
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Figura 3.17: Sub-regies do nuclolo.
Fotos: E. G Jordan e J. McGovern.
Heterocromatina perifrica
Envoltrio
nuclear
Nuclolo
rea
densa
rea
granular
Centro
fibrilar
2m 1m
Todo o processamento dos rRNA a partir do precursor
realizado no nuclolo por um conjunto de RNA e protenas
muito bem organizado. As protenas vm do citoplasma e se
juntam ao nuclolo, facilitando o arranjo ao mesmo tempo em que os RNA
so processados. Para que tudo funcione a contento, o prprio nuclolo
precisa ser muito organizado. Em micrografias de grande aumento possvel
perceber que o nuclolo subcompartimentalizado, com regies densas
e regies fibrilares (Figura 3.17). Com tantos RNA e protenas associados,
no de estranhar que o nuclolo seja eletrondenso, apesar de no ser
formado por heterocromatina!
QUANTOS NUCLOLOS TEM UMA CLULA?
Depende da fase do ciclo celular em que ela se encontra. Durante
a intrfase, o nuclolo um s.
medida que a fase M se aproxima e os cromossomos comeam
a se compactar, os diferentes cromossomos que possuem genes para
rRNA se afastam, mas ainda continuam a transcrever, fazendo parecer
que existem vrios nuclolos. A transcrio dos genes ribossomais s
pra mesmo na prometfase, por isso nessa fase no h nuclolo nenhum.
A diviso celular mal terminou e os genes ribossomais recomeam
sua intensa atividade de transcrio e montagem de ribossomos,
ainda antes que os cromossomos onde se localizam possam se
reaproximar (Figuras 3.18 e 3.19).
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Figura 3.18: Aparncia do nuclolo durante o ciclo celular.
Figura 3.19: Aspecto do nuclolo visto por microscopia ptica de con-
traste de fase. As clulas da esquerda esto em final de diviso celular; a do
meio, no incio de G1; a da direita, em G2. Fotos: E. G Jordan e J. McGovern.
G2 Mitose G1 S
Desassociao Reassociao
NucloloEnvoltrio nuclear
10m
OUTROS SUBCOMPARTIMENTOS NUCLEARES
Nos ltimos anos, vrios subcompartimentos nucleares foram
observados. Assim como o nuclolo, eles no so envoltos por membrana.
Os mais estudados so os corpsculos nucleares, ou corpsculos de
Cajal (aquele mesmo que voc conheceu como um dos descobridores
do complexo de Golgi) e os grnulos de intercromatina, ou speckles
(Figura 3.20). A funo desses compartimentos ainda no est clara,
mas acredita-se que sejam agrupamentos de enzimas e RNA envolvidos
na transcrio e no splicing de RNA, respectivamente.
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Figura 3.20: Imunofluorescncia
usando anticorpos que reconhe-
cem diferentes subcompartimentos
nucleares. As setas apontam os
corpsculos de Cajal. As regies brancas
correspondem a speckles. Os grandes
crculos escuros correspondem ao
nuclolo (essa clula est bem no incio
de G1). O cinza do fundo corresponde
cromatina. Foto: Judith Sleeman.
CONCLUSO
O ambiente nuclear , portanto, altamente organizado, com
compartimentos formados pela associao de macromolculas que se mantm
unidas sem estarem cercadas por uma membrana. Apenas o envoltrio nuclear
formado por duas bicamadas lipdicas, como veremos na prxima aula.
R E S U M O
Nos eucariotos, o genoma fica dentro de um compartimento especfico,
o ncleo.
A maioria das clulas eucariticas possui apenas um ncleo, mas existem
clulas binucleadas, como alguns protozorios; multinucleadas, como as fibras
musculares e clulas anucleadas, como os eritrcitos de mamferos.
A presena do ncleo faz com que os eventos de transcrio e traduo ocorram
em compartimento separados, possibilitando o processamento do RNA.
Nucleossomos so arranjos octamricos de histonas em torno dos quais se
enrola a dupla fita de DNA com cerca de 200 pares de bases. O DNA entre os
nucleossomos chamado DNA de ligao.
A cromatina corresponde ao DNA compactado por protenas e pode estar
alternadamente na forma de eucromatina, em processo de transcrio, ou de
heterocromatina, estado mais compactado em que no h transcrio.
O nuclolo corresponde regio em que esto sendo sintetizados
os ribossomos, por isso apresenta-se mais denso que o resto da eucromatina.
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EXERCCIOS
1. Quais as vantagens evolutivas do aparecimento do ncleo?
2. Construa um esquema com a organizao geral do ncleo interfsico.
3. Qual a importncia da compactao do DNA?
4. O que um nucleossomo?
5. O que DNA de ligao?
6. Qual o papel da histona H1?
7. Diferencie eucromatina de heterocromatina.
8. O que vem a ser a heterocromatina aderida ao envoltrio nuclear de clulas
interfsicas?
9. O nuclolo heterocromatina? Por qu?
10. Podemos dizer que os genes que codificam os ribossomos ficam todos em um
mesmo cromossomo?
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Ao final desta aula, voc dever ser capaz de:
Conhecer a estrutura do envoltrio nuclear.
Correlacionar a estrutura do envoltrio com sua dinmica no ciclo celular.
Conhecer a estrutura do complexo do poro.
Conhecer as principais caractersticas do transporte entre ncleo e citoplasma.
Compartimentalizao celular (Aula 15 de Biologia Celular I).Filamentos Intermedirios (Aula 22 de Biologia Celular I).
Controle do ciclo celular (Aula 1 de Biologia Celular II).Diviso celular (Aula 2 de Biologia Celular II).
Transporte ncleo-citoplasma
Pr-requisitos
objetiv
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INTRODUO Voc aprendeu na ltima aula que o envolt