Como ocorre o ciclo celular

O que realmente é o ciclo celular? Quais fases do ciclo celular existem e como elas funcionam? 

Ciclo celular explicado de forma simples

O ciclo celular descreve todo o processo de divisão celular , ou seja, todas as etapas entre o início de uma divisão celular e o início da próxima divisão celular. Compreende duas fases: a interfase e a fase M (mitose e citocinese). Duas novas células geneticamente idênticas são criadas a partir de uma célula.

Funciona assim: Na fase M , os núcleos são divididos primeiro ( mitose ) e depois também as células inteiras ( citocinese ). Para que as células resultantes possam se dividir, elas devem passar pela interfase . Isso ocorre porque a célula forma componentes ausentes, duplica os cromossomos e cresce até o tamanho da célula mãe original.

Novas células estão sendo formadas quase constantemente em seu corpo. Sempre que seu corpo cresce, suas células chegam ao fim de suas vidas, ou você se recupera de lesões, ocorrem divisões celulares.

Em todo organismo vivo, as células devem se dividir para formar novos tecidos e órgãos (óvulo fertilizado) ou para substituir células mortas. Este processo deve ser rigorosamente controlado. É dividida em interfase e fase mitótica. A interfase dura muito tempo e consiste em três seções:G1-Estágio(Fornecendo os componentes, por exemplo, enzimas para a fase de síntese), fase S (síntese de DNA e outros componentes celulares) e fase G2 (preparação para divisão celular).
Em todas essas três subfases, a célula cresce e produz proteínas. Também multiplica suas organelas celulares. Na fase S, o DNA dos cromossomos é duplicado; isso só acontece em células que podem continuar se dividindo. As células totalmente diferenciadas permanecem na fase G1. Ela, então, também comoG0-Estágio(fase de repouso) referida. Após a fase de síntese, as preparações para a divisão celular no G2-Estágio fechado.

Este processo é seguido pela mitose e, portanto, pela fase de divisão celular. Consiste em pró-, meta-, ana- e telófase, em que os cromossomos do núcleo da célula são divididos entre as duas metades da célula. A célula então se divide e forma o tecido de fechamento ao redor das células filhas recém-formadas (citocinese).
A duração de um ciclo celular varia muito – de 8 minutos para o ovo de Drosophila em desenvolvimento a um ano para uma célula hepática. A mitose, ou fase M, dura cerca de uma hora.

As divisões celulares com a síntese celular resultante e os processos de crescimento são cíclicos. Durante a divisão celular, por um lado os cromossomos têm que ser duplicados, por outro o plasma e, no caso dos procariontes, os plasmídeos. O problema essencial é a coordenação desses processos. O processo cíclico desde o final de uma mitose com formação de células filhas até o final de uma mitose seguinte é chamado de ciclo celular. É característica de todas as células em divisão mitótica e pode ser dividida em várias fases.

Em geral, o ciclo celular é dividido em interfase e fase mitótica. A mais curta delas é a fase M, a mitose.
Embora seja um processo de divisão nuclear e celular uniforme e dinâmico, quatro fases são distinguidas por considerações didáticas: pró-, meta-, ana- e telófase.
No início da mitose, os cromossomos se formam a partir da estrutura da cromatina do núcleo da célula (prófase). Depois que esses dois cromossomos cromátides se organizam no plano equatorial da célula (metáfase), as cromátides são separadas (anáfase) e distribuídas uniformemente entre as duas futuras células filhas (telófase).

Os cromossomos monocromáticos resultantes, cujo número corresponde ao da célula original, são circundados por uma membrana nuclear juntamente com o carioplasma. Duas novas células filhas estão presentes com cromossomos, cada uma consistindo de uma cromátide. Durante a citocinese , a membrana que separa as duas células é retraída. Nas células animais, esse processo ocorre de fora para dentro como um sulco. As células vegetais formam uma placa celular de dentro para fora da célula. A divisão nuclear e celular está completa.

Cada fase da mitose dura um tempo diferente. A mitose inteira leva um período de uma hora a várias horas. As condições ambientais têm uma influência retardadora ou promotora na duração da mitose.
A proporção de células de uma população que estão na fase M em um determinado momento pode ser determinada e representada pelo índice mitótico.

Após esta divisão celular, as células entram na interfaseG1-, G0-, S e G2-Estágioé dividido. Células recém-formadas podem ser liberadas do ciclo celular imediatamente após a mitose e então permanecer na chamadaG0-Estágio(fase de repouso). Eles são diferenciados em células do tecido permanente. Eles não duplicam mais seus cromossomos monocromáticos; nesse ponto, eles precisam ocupar um lugar no organismo e cumprir determinadas funções. Via de regra, eles recebem um sinal externo quando estão prestes a entrar em um novo ciclo. Isso acontece, por exemplo B. ligando um fator de crescimento a receptores na superfície celular.

No entanto, se a célula permanecer pronta para se dividir após o término da mitose, ela entrará na interfase entre duas mitoses. De acordo com uma terminologia introduzida por A. HOWARD e SR PELC em 1951, a interfase pode ser dividida em três seções.

QuandoG1-Estágio(G = engl. gap = gap) descreve o período de tempo em que a célula começa a crescer. Segue-se imediatamente após a mitose e dura até 3 horas. Tanto a biossíntese de proteínas quanto a formação de novas organelas celulares estão funcionando a toda velocidade. No entanto, o crescimento celular não para por aíG1-Estágiolimitada, mas ocorre em toda a interfase. No final da fase G1, a decisão sobre o futuro destino da célula é feita no chamado ponto de restrição (ponto de verificação G1). De acordo com os sinais internos e externos sobre o tamanho da célula e as condições nutricionais, a célula agora entra na fase S (S = síntese) e segue para a próxima mitose. Se o ponto de restrição não for ultrapassado, a célula permanece naG0-Estágioe toma seu lugar temporário no organismo.

Na fase S , o DNA dos cromossomos duplica. Ao mesmo tempo, as histonas associadas ao DNA são sintetizadas. Os cromossomos de uma cromátide tornam-se aqueles com duas cromátides. Esta fase dura cerca de 14 horas.

A fase S é seguida pela segunda fase G – a fase G2. O crescimento celular e com ele a formação e síntese do conteúdo celular continua. Após uma interfase com duração de pelo menos 8 horas em células de mamíferos, inicia-se uma nova divisão celular.

Visão geral do curso do ciclo celularCiclo celular – curso do ciclo celularRenate Diener

Certos genes são responsáveis ​​por controlar o bom andamento desses processos, que produzem proteínas que assumem essa regulação. O sistema de controle da célula é baseado em duas famílias de proteínas. Uma proteína é a proteína quinase dependente de ciclina = Cdk (existem diferentes em mamíferos), a outra família consiste em ciclinas (seu nome vem do fato de serem ritmicamente sujeitas a montagem e quebra no ciclo celular). As ciclinas se ligam e ativam a Cdk. Isso ativa certas proteínas-alvo. Existem duas famílias deles, uma para controlar o ponto de restrição START noG1-Estágioe outro para o ponto de restrição na fase G2. Na fase G2, forma-se um MPF ( fator promotor de mitose ), que é finalmente ativado de forma explosiva.

O checkpoint mais importante no ciclo celular é a entrada na fase de síntese (fase S), na qual o material genético da célula é duplicado. Uma vez superado este ponto, a célula se divide em qualquer caso. Devemos a descoberta deste ponto de partida a LELAND H. HARTWELL (*1939). Ele cunhou o termo ” ponto de controle” para os outros pontos de controle. Em cada um desses pontos de verificação, é verificado se um processo foi concluído antes do início do próximo. Por exemplo, o genoma deve ser duplicado antes que os cromossomos se enrolem (G2-Ponto de verificação). Somente quando isso acontece, o envoltório nuclear se dissolve. O ciclo celular está sujeito ao ritmo estrito das ciclinas, que foram descobertas por TIMOTHY HUNT (*1943).

Por muito tempo não houve explicações satisfatórias para os fatores e sinais que controlam os processos do ciclo celular. No momento, ainda há uma série de questões em aberto. No entanto, agora é certo que as mudanças cíclicas nas proteínas reguladoras servem como um temporizador para entrar na próxima fase do ciclo celular. Para o curso correto do ciclo celularsão fornecidos pelas proteínas quinases dependentes de ciclina, fosfatases e proteínas reguladoras do tipo ciclina descritas acima. As proteínas quinases e fosfatases atuam como “interruptores liga e desliga” para a atividade de outras proteínas. É bem conhecido que as proteínas quinases são sempre ativadas quando as moléculas de ciclina apropriadas se ligam a elas. Nesta forma ativada, eles garantem que o ciclo funcione sem problemas, passo a passo.

Nem todas as células aderem aos mecanismos de controle característicos do ciclo celular. As células tumorais, por exemplo, multiplicam-se inexoravelmente através da divisão mitótica. Como resultado, eles perderam o controle tanto da reprodução (controle de proliferação) quanto de sua posição no organismo (controle de posição). Um exemplo impressionante disso são as poucas células que foram retiradas de um tumor pertencente ao americano HENRIETTA LACKS em 1953. Essas células ainda estão se dividindo hoje – elas formam uma das linhagens celulares mais comuns em laboratórios ao redor do mundo, a linha “HeLa”.

Influenciar o ciclo celular é visto como uma das possibilidades terapêuticas na degeneração das células. Na China, por exemplo, foi recentemente aprovado um medicamento que injeta um vírus terapêutico com um gene de reparo em pacientes. Ao inserir o gene no genoma das células tumorais, o defeito deve ser corrigido e a célula deve ser estimulada a retornar ao seu ciclo normal.

fases do ciclo celular

Quando uma célula se divide, ela passa pelo ciclo celular. Inclui a interfase e a fase M. A interfase consiste em outras fases chamadas fase G1, se necessário uma fase G0, fase S e fase G2. Ele descreve o tempo entre duas divisões celulares.

A fase M descreve a divisão da célula. Consiste na divisão do núcleo (= mitose ) e na subsequente divisão de toda a célula (= citocinese).

Nota: A divisão nuclear que ocorre durante o ciclo celular é uma mitose e não uma meiose .  Se você ainda não sabe qual é a diferença entre as duas divisões principais, assista nosso vídeo sobre isso!

Em um ser humano, o ciclo celular geralmente se completa em cerca de 24 horas. No entanto, o comprimento pode variar muito dependendo do tipo de células e tecidos. 

Interfase

Você pode imaginar a interfase como o período entre duas divisões celulares (fases M). Consiste em 3 fases principais e uma fase de descanso opcional. Nesse caso, a célula aumenta e forma componentes celulares adicionais para se preparar para a divisão celular.

As três fases principais são a fase G1, a fase S e a fase G2. Se as células não continuarem a proliferar por um período de tempo, elas podem ficar dormentes na fase G0 durante a fase G1.

G1-Fase

A interfase começa com a fase G1 , também chamada de fase de intervalo . Segue diretamente a citocinese anterior.

Com ela, a célula se prepara para a divisão celular e cresce rapidamente. As organelas celulares e o plasma celular são formados pelo aumento da biossíntese de proteínas . Além disso, grandes quantidades de RNA e os precursores de DNA chamados trifosfatos de nucleosídeos também são formados. Os cromossomos aqui consistem em apenas uma cromátide (= cromossomo 1-cromátide). Você deve notar, no entanto, que os cromossomos ainda não estão em sua forma clássica aqui, mas são desenrolados.

Fase G0

As células mudam da fase G1 para a fase G0 quando não são mais pretendidas ou capazes de se reproduzir.

Para células como neurônios que nunca devem se dividir novamente, a fase G0 dura para sempre. No entanto, outras células também podem descansar na fase G0 por apenas um certo período de tempo e retornar à fase G1, se necessário. Tal necessidade é atendida, por exemplo, quando as células foram destruídas, por exemplo, como resultado de lesões.

Fase S

Na fase S , abreviação de fase de síntese , ocorre a replicação do DNA . Isso significa que a célula duplica seu material genético (DNA) no núcleo. Os cromossomos de uma cromátide tornam-se 2 cromossomos de cromátides. Os cromossomos de 2 cromátides ainda estão desenrolados aqui.

Além disso, a célula forma as chamadas proteínas histonas, que atingem o núcleo da célula a partir do plasma celular. Você pode pensar neles como proteínas que o DNA pode mais tarde envolver.

Quando cada cromossomo consiste em duas cromátides, a fase S termina.

Fase G2

Na fase G2 , a célula se prepara para a mitose. Aumenta significativamente através da ingestão de líquidos e as proteínas mitóticas são formadas. Além disso, a célula sintetiza, ou seja, forma, RNA e quebra os contatos existentes com outras células.

Agora a célula está pronta para a divisão.

Fase M

A fase M consiste em divisão nuclear ( mitose ) e divisão celular ( citocinese ). De uma célula com dois conjuntos de cromossomos (= diplóide) surgem duas células filhas diplóides. As células resultantes são então geneticamente idênticas.

Mitose

A mitose consiste nas seguintes fases:

• Prófase
• Prometáfase
• Metáfase
• Anáfase
• Telófase

Na prófase , os cromossomos espiralam em sua forma típica. Você pode então olhá-los muito bem ao microscópio .

Com a prometáfase , uma etapa intermediária segue a prófase. Aqui o envoltório nuclear se dissolve e o aparato do fuso se forma.

Na metáfase , os cromossomos se organizam no centro da célula, o chamado plano equatorial. As fibras do fuso se ligam aos centrômeros.

Durante a anáfase , as fibras do fuso encurtam e cada uma puxa uma cromátide para um lado do aparelho do fuso (polo do fuso).

Durante a telófase , um novo envelope nuclear se forma ao redor de cada um dos dois conjuntos de cromossomos.

Citocinese

Como após a telófase haveria apenas uma célula com dois envelopes nucleares, a célula inteira ainda precisa ser separada. Isto é conseguido durante a citocinese , separando o citoplasma. Isso cria duas células filhas idênticas da célula mãe.

Um conjunto diplóide de cromossomos de 1 cromátide está então presente em cada uma das células filhas. Os cromossomos de 1 cromátide podem dobrar novamente na interfase subsequente.

regulação do ciclo celular

O corpo pode regular o ciclo celular através de fatores internos e externos. Os fatores internos garantem que as fases individuais prossigam corretamente. O corpo usa fatores externos para garantir, entre outras coisas, que as células não cresçam demais.

fatores internos

Os fatores internos compõem os chamados pontos de controle em particular . Os checkpoints são mecanismos dentro da célula. Eles garantem que a próxima etapa do ciclo celular só comece quando a anterior for concluída. Entre outras coisas, complexos de proteínas chamados ciclina-CDK estão envolvidos no controle.

Se for detectado um erro no checkpoint, como danos no DNA , a célula pode interromper o ciclo celular ou iniciar a morte celular programada ( apoptose ).

fatores externos

Fatores externos que podem regular o ciclo celular incluem o tamanho da célula ou o suprimento de nutrientes .

Se as células se tornaram relativamente grandes, por exemplo, elas ficam próximas umas das outras. Isso sinaliza para a célula que há apenas um pouco de espaço restante e as células não devem mais se dividir.

Resumo do ciclo celular

O ciclo celular descreve o processo de uma divisão celular para a próxima

Consiste na interfase e na fase M

A interfase consiste em fase G1, fase S, fase G2 e, opcionalmente, fase G0 e prepara a célula para a divisão

A fase M consiste em mitose (divisão do núcleo) e citocinese (divisão celular).