Regulação do ciclo celular

Os mecanismos de regulação do ciclo celular actuam fundamentalmente em três pontos :

• Controlo em G1 - nesta étapa as células fazem como que uma avaliação interna relativamente ao prosseguimento do ciclo celular. Se a avaliação é negativa, as células nao se dividem, permanecendo num estádio denominado G0. As células que não voltam a dividir-sr permanecem no estádio g0 semanas ou mesmo anos, até à sua morte.


• Controlo em G2


• Controlo M (fase mitótica)

2001 - O ANO DO CICLO CELULAR

O 100º prémio Nobel para a Fisiologia ou Medicina reconheceu, em 2001,
o trabalho dos investigadores Timothy Hunt, Paul Nurse e Leland
Hartwell, que os conduziu à identificação das moléculas-chave que
regulam o ciclo celular em todos os organismos eucariotas, incluindo
leveduras, plantas e animais.

Leland Hartwell (1939-), actualmente director do Fred Hutchinson Cancer
Research Center, Seattle, foi distinguido pelos trabalhos que conduziram à
identificação de genes com funções-chave na regulação do ciclo celular e pela
definição do conceito e mecanismo de checkpoint celular. Utilizando a levedura
Saccharomyces cerevisae como modelo para a análise genética do ciclo celular
identificou, no início dos anos 70, mutações em mais de 100 genes
especificamente envolvidos no controlo da divisão celular e a que chamou genes
CDC (do inglês Cell division control ), provando assim que o controlo do ciclo
celular era determinado geneticamente. No seguimento deste trabalho, o gene
CDC28 foi identificado como responsável pelo controlo da progressão do ciclo
celular através de G1, e posteriormente denominado “start” quando se estabeleceu
que a sua expressão marca um ponto crucial no ciclo celular em que ocorre a
integração do estado de proliferação celular com os sinais intra- e extra-celulares.

Foi também o responsável pela introdução e definição do conceito de checkpoint
celular, que constituiu um marco fundamental no desenvolvimento dos
conhecimentos sobre a regulação do ciclo celular (Hartwell e Weinert, 1989). As
experiências que conduziram a este conceito pretenderam estudar o efeito da
irradiação de células de levedura sobre a progressão do ciclo celular, tendo
demonstrado que as células que contêm danos no DNA, provocados por
irradiação, sofrem uma paragem do ciclo celular.


Paul Nurse (1949-), Director-Geral do Imperial Cancer Research Fund, Londres,
identificou o gene cdc2 numa outra espécie de levedura – Schizosacharomyces
pombe - e demonstrou que a proteína que codifica é responsável pela transição da
fase G2 para mitose. O gene cdc2 viria posteriormente a ser identificado como
homólogo do gene CDC28 de S. cerevisiae isolado por Hartwell, e como envolvido
na regulação de diferentes fases do ciclo celular. O seu homólogo humano,
conhecido como CDK1, foi identificado por Nurse em 1987 a partir de ensaios de
complementação genética utilizando uma biblioteca de cDNAs humanos para
complementar a mutação do cdc2 em S. pombe (Lee e Nurse, 1987). Nurse
mostrou ainda que a regulação da actividade cinásica das CDK depende do seu
estado de fosforilação.

No início dos anos 80 Timothy (Tim) Hunt (1943-), hoje director do Cell Cycle
Control Laboratory Imperial Cancer Research Fund, Londres, com base em
estudos da divisão celular em embriões de ouriços-do-mar (Arbacia) descreveu
uma nova classe de proteínas cuja abundância varia de forma cíclica ao longo do
ciclo celular e que, por esse motivo, denominou ciclinas (Evans et al., 1983).
Demonstrou ainda que a oscilação do nível de ciclinas é regulada através da sua
degradação periódica em pontos específicos do ciclo celular, mecanismo que tem
uma importância fundamental para o controlo do ciclo celular, uma vez que a
actividade das CDK depende da sua associação com ciclinas.

Em resumo, estes três investigadores premiados com o Nobel, em 2001,
descobriram os produtos e mecanismos moleculares básicos de regulação do ciclo
celular. As suas descobertas abriram caminho a uma importante e fascinante área
de investigação, que inicialmente utilizou como modelo organismos muito mais
simples que o Homem. O facto de se ter vindo a demonstrar que os mecanismos
básicos que regulam a progressão do ciclo celular foram extraordinariamente
conservados ao longo da evolução permitiu um grande avanço no conhecimento
do controlo do ciclo celular nas células humanas.

Por outro lado, o facto de os
mecanismos responsáveis pelo desenvolvimento de processos tumorais
resultarem, em última análise, de alterações a nível do controlo da progressão do
ciclo celular, faz com que todos estes conhecimentos adquiram extrema
importância a nível de implicações terapêuticas.

2001 – O Ano do Ciclo Celular

Estrutura dos cromossomas

Um cromossomo (br.) ou cromossoma (pt.) é uma longa sequência de DNA, que contém vários genes, e outras sequências de nucleótidos (nucleotídeos) com funções específicas nas células dos seres vivos.

Nos cromossomas dos eucariontes, o DNA encontra-se numa forma semi-ordenada dentro do núcleo celular, agregado a proteínas estruturais, as histonas, e toma a designação de cromatina. Os procariontes não possuem histonas nem núcleo. Na sua forma não-condensada, o DNA pode sofrer transcrição, regulação e replicação.
Durante a mitose , os cromossomas encontram-se condensados e têm o nome de cromossomas metafásicos e é a unica ocasião em que se podem observar com um microscópio óptico.

CICLO CELULAR

Em biologia, chama-se ciclo celular o conjunto de processos que se passam numa célula viva entre duas divisões celulares. O ciclo celular consiste na Intérfase e na Fase mitótica, que inclui a mitose e a divisão celular (citocinese).

FASES DO CICLO CELULAR

INTERFASE




A vida de uma célula começa no momento em que a divisão celular que a originou acaba e o momento em que ela mesma se divide ou morre (toda a actividade celular cessa). ~

A intérfase corresponde ao período entre o final de uma divisão celular e o início da segunda.




Geralmente a célula encontra-se nesta fase maior parte da sua vida. Durante esta fase o
DNA não é visível ao microscópio óptico. Período do intensa actividade na célula e duplicação do material genético.

A Intérfase divide-se em 3 fases:

• 
  
  
  Fase G1
  Nesta fase sintetizam-se muitas proteínas, enzimas e RNA, verifica-se também a formação de organitos celulares e, consequentemente, a célula cresce.

• 
  
  
  Fase S
  É nesta fase que ocorre a auto-replicação das moléculas de DNA (diz-se no plural porque para cada cromossomo existe uma molécula de DNA)
  A partir deste momento os cromossomos passam a possuir dois cromatídeos ligados por um centrómero
  
  
  
  

• 
  
  
  Fase G2
  Neste período dá-se a sintese de moléculas necessárias à divisão celular (como os centríolos).
  
  

FASE MITÓTICA

Mitose

Nesta fase ocorre a divisão nuclear (nas

células eucarióticas). É um processo contínuo, no entanto distinguem-se 4 fases:

Prófase
É a etapa mais longa da mitose;
Os filamentos de cromatina enrolam-se, tornando-se cada vez mais curtos, possibilitando assim o seu visionamento no Microscópio óptico;
Os dois pares de centríolos afastam-se em sentidos opostos, entre eles forma-se o fuso acromático (sistema de microtúbulos proteícos que se agrupam e formam fibrilas);
Quando os centríolos alcançam os pólos da célula o Invólucro nuclear quebra e os nucléolos desaparecem.

• Metáfase
  Os Cromossomos atingem a máxima condensação;
  O fuso acromático completa o desenvolvimento e algumas fibrilas ligam-se aos centrómeros (as outras ligam os dois centríolos);
  Os Cromossomos encontram-se alinhados no plano equatorial (plano equidistante dos dois pólos da células) constituindo a Placa equatorial.
  

• Anáfase
  A anáfase começa pela duplicação dos centrômeros, libertando as cromátides-irmãs que passam a ser chamadas de cromossomos-filhos.As fibras do fuso, ligadas aos centrômeros, encurtam, puxando os cromossomos para os pólos da célula.A anáfase é uma fase rápida, caracterizada pela imigração dos cromossomos para os pólos do fuso.
  As fibrilas encurtam-se e começam a afastar-se;
  Dá-se a clivagem dos centrómeros. Os cromatídios que antes pertenciam ao mesmo cromossoma, agora separados, constituem dois cromossomas independentes.

• Telófase
  A membrana nuclear forma-se à volta dos cromossomas de cada pólo da célula, passando a existir assim dois núcleos com informação genética igual;
  Os núcléolos reaparecem;
  O fuso mitótico dissolve-se;
  Os Cromossomos descondensam e tornam-se menos visíveis;

SÍNTESE DAS PROTEÍNAS

Síntese proteíca é um fenómeno relativamente rápido e muito complexo, que ocorre no interior das células. Este processo tem duas fases: transcrição e a tradução.

- Transcrição

Ocorre no interior do núcleo das células e consiste na síntese de uma molécula de mRNA(RNA Mensageiro) a partir da leitura da informação contida numa molécula de DNA.

Este processo inicia-se pela ligação de um complexo enzimático à molécula de DNA, o RNA - polimerase.

Esta enzima desfaz a dupla hélice, destruíndo as pontes de hidrogénio que ligam as bases complementares das duas cadeias, afastando-as.O RNA - polimerase, inicia a síntese de uma molécula de mRNA de acordo com a complementaridade das bases azotadas.

Se, por exemplo, na cadeia do DNA o nucleotídeo for a adenina(A), o RNA - polimerase liga o mRNA ao nucleótido uracila(U). Quando a leitura termina, a molécula mRNA separa-se da cadeia do DNA, e esta restabelece as pontes de hidrogénio e a dupla hélice é reconstituída.

Mas nem todas as sequências da molécula do DNA codificam aminoácidos.

Ao RNA sintetizado sofre um processamento ou maturação antes de abandonar o núcleo. Algumas porções do RNA transcrito, vão ser removidas - íntrões -, e as porções não removidas - exões -, ligam-se entre si, formando assim um mRNA maturado.

O RNA que sofre este processo de exclusão de porções, é designado de RNA pré-mensageiro. No final do processo, o mRNA é constituído apenas pelas sequências que codificam os aminoácidos de uma proteína, podendo assim migrar para o citoplasma, onde vai ocorrer a tradução da mensagem, isto é, a síntese de proteínas.

TRADUÇÃO

Os intervenientes neste processo são : o mRNA; os ribossomas ; o tRNA ; enzimas e o ATP.

O processo da tradução encerra com três etapas: iniciação, alongamento e finalização.

Iniciação: A subunidade menor do ribossoma liga-se à extremidade 5' do mRNA, esta desliza ao longo da molécula do mRNA até encontrar o codão de iniciação (AUG), transportando assim o tRNA o aminoácido metionina, ligando-se assim ao codão de iniciação por complementaridade. A subunidade maior liga-se à subunidade menor do ribossoma.

Alongamento: Um 2º tRNA transporta um aminoácido específico de acordo com o codão. Estabelece-se uma ligação peptídica entre o aminoácido recém-chegado e a metionina. O ribossoma avança três bases ao longo do mRNA no sentido 5' -> 3', repetindo-se sempre o mesmo processo. Os tRNA que já se ligaram inicialmente, vão-se desprendendo do mRNA sucessivamente.

Finalização: O ribossoma encontra o codão de finalização (UAA, UAG ou UGA) terminando o alongamento. O último tRNA abandona o ribossoma, as subunidades do ribossoma separam-se, podendo ser recicladas e por fim, o peptídeo é libertado.

Fluxo de informação genética \ Código genético

O código genético estabelece a relação entre a sequência das bases no DNA (e as transcrições do RNA) e a sequência dos aminoácidos nas proteínas.



Cada aminoácido é codificado por um grupo de 3 bases aminadas, um tripleto.



Cada grupo de três nucleótidos do RNA mensageiro que codifica um determinado a.a ou o inicio ou o fim da sintese de proteínas tem o nome de codão.

Diz-se que o código genético é redundante por existirem vários codões que codificam o mesmo aminoácido. Por exemplo, os codões UCU, UCC,UCA e UCG codificam todos o aminoácido Serina (Ser).

Este fenómeno é também apelidado de degenerescência. Já o contrário não é possível e não existe nenhum codão que possa codificar mais do que um único aminoácido e, logo, nunca é ambíguo.

Com apenas 20 palavras necessárias para os 20 aminoácidos comuns, para que são usadas as outras palavras, se o forem? O trabalho de Crick sugeriu que o código genético é redundante, significando que cada uma das trincas deve ter um significado no código.

Para que seja verdadeiro, alguns aminoácidos devem ser especificado, por pelo menos duas ou mais trincas diferentes

Composição e estrutura do RNA

O ácido ribonucleico (RNA) também é um polímero de nucleótidos e quimicamente muito próximo do DNA.

Ao nível da constituição, cada nucleótido do RNA contém um grupo fosfato, uma pentose, e uma base azotada.

As principais diferenças entre o RNA e o DNA são :

• O RNA só possui uma única cadeia polinucleotidica


• A sua pentose é a ribose


• As bases azotadas são a adenina, a guanina, a citosina, e o uracilo ( é esta que existe no rna e não no dna)


• A quantidade varia de célula para célula e dentro da mesmo célula de acordo com a actividade metabólica.


• É uma molécula quimicamente pouco estável.


• Pode ser uma molécula temporária, existindo por curtos períodos.


• Apresentra três formas básicas : mensageiro, transferência e ribossómico

Rna mensageiro - Funciona como mensageiro entre o DNA e os ribossomas.

Rna transferência - Transfere os aminoácidos para os ribossomas

Rna ribossómico - Um ribossoma é constituido por duas subunidades de tamanhos diferentes em cuja consitituicão entram proteínas e o rna ribossómico.