Biologia Celular II

Bruno Azevedo

Mrcia Attias

Narcisa Cunha e Silva

Prescilla Emy Nagao

Biologia Celular II

1, 2 e 3Mdulos Volume nico

Bruno Azevedo

Mrcia Attias

Narcisa Cunha e Silva

Prescilla Emy Nagao

Volume nico - Mdulos 1, 2 e 3

Biologia Celular II

Apoio:

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

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Universidades ConsorciadasUENF - UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY RIBEIROReitor: Almy Junior Cordeiro de Carvalho

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UNIRIO - UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESTADO DO RIO DE JANEIROReitora: Malvina Tania Tuttman

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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

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

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

Biologia Celular II | O 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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C E D E R J 23

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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R E S U M O

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.


24 C E D E R J

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?

A clula em diviso

Microtbulos (Aula 23 de Biologia Celular I).


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

Biologia Celular II | A clula em diviso

26 C E D E R J


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

Biologia Celular II | A clula em divisoBiologia Celular II | A clula em diviso

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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


28 C E D E R J


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


30 C E D E R J


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.


32 C E D E R J


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)


34 C E D E R J


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


36 C E D E R J


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.


38 C E D E R J


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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R E S U M O

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


40 C E D E R J

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


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

Biologia Celular II | Ncleo interfsico

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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.

5m


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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?


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

os4AULA

Biologia Celular II | Transporte ncleo-citoplasma

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Biologia Celular II | Transporte ncleo-citoplasma

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INTRODUO Voc aprendeu na ltima aula que o envolt

Biologia Celular II

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