Ciclo celular: definição, fases, regulação e fatos

Divisão celular é vital para o crescimento e saúde de um organismo. Quase todas as células participam da divisão celular; alguns fazem isso várias vezes durante a vida. Um organismo em crescimento, como um embrião humano, usa a divisão celular para aumentar o tamanho e a especialização de órgãos individuais. Mesmo organismos maduros, como um ser humano adulto aposentado, usam a divisão celular para manter e reparar o tecido corporal. O ciclo celular descreve o processo pelo qual as células realizam suas funções designadas, crescem e se dividem, e então começam o processo novamente com as duas células-filhas resultantes. No século 19, os avanços tecnológicos na microscopia permitiram aos cientistas determinar que todas as células surgem de outras células por meio do processo de divisão celular. Isso finalmente refutou a crença anteriormente difundida de que as células geravam espontaneamente a partir da matéria disponível. O ciclo celular é responsável por toda a vida em curso. Independentemente de acontecer nas células de algas agarradas a uma rocha em uma caverna ou nas células da pele de seu braço, os passos são os mesmos.

TL; DR (muito longo; Não li)

A divisão celular é vital para o crescimento e a saúde de um organismo. O ciclo celular é o ritmo repetitivo de crescimento e divisão celular. Consiste nas fases interfase e mitose, bem como suas subfases, e o processo de citocinese. O ciclo celular é estritamente regulado por produtos químicos em pontos de verificação ao longo de cada etapa para garantir que mutações não ocorrem e que o crescimento celular não acontece mais rápido do que o que é saudável para o ambiente lenço de papel.

O ciclo celular consiste essencialmente em duas fases. A primeira fase é a interfase. Durante a interfase, a célula está se preparando para a divisão celular em três subfases chamadas G₁ Estágio, Fase S e G₂ Estágio. Ao final da interfase, os cromossomos no núcleo da célula foram todos duplicados. Em todos esses estágios, a célula também continua realizando suas funções diárias, sejam elas quais forem. A interfase pode durar dias, semanas, anos - e, em alguns casos, por toda a vida do organismo. A maioria das células nervosas nunca deixa o G₁ estágio de interfase, então os cientistas designaram um estágio especial para células como elas, chamado G₀. Este estágio é para células nervosas e outras células que não entrarão em um processo de divisão celular. Às vezes, isso ocorre porque eles simplesmente não estão prontos ou não foram designados para, como células nervosas ou células musculares, e isso é chamado de estado de quiescência. Outras vezes, eles são muito velhos ou danificados, e isso é chamado de estado de senescência. Uma vez que as células nervosas são separadas do ciclo celular, os danos a elas são principalmente irreparáveis, ao contrário de um osso quebrado, e esta é a razão pela qual pessoas com lesões na coluna ou no cérebro costumam ter lesões permanentes deficiências.

A segunda fase do ciclo celular é chamada mitose, ou fase M. Durante a mitose, o núcleo se divide em dois, enviando uma cópia de cada cromossomo duplicado para cada um dos dois núcleos. Existem quatro estágios de mitose, e estes são prófase, metáfase, anáfase e telófase. Aproximadamente ao mesmo tempo em que a mitose está acontecendo, outro processo ocorre, denominado citocinese, que é quase sua própria fase. Este é o processo pelo qual o citoplasma da célula, e tudo o mais nele, se divide. Dessa forma, quando o núcleo se divide em dois, há dois de tudo na célula circundante para ir com cada núcleo. Uma vez que a divisão esteja completa, a membrana plasmática se fecha em torno de cada nova célula e se forma, separando as duas novas células idênticas uma da outra completamente. Imediatamente, ambas as células estão no primeiro estágio de interfase novamente: G₁.

G₁ significa Gap phase 1. O termo “lacuna” vem de uma época em que os cientistas estavam descobrindo a divisão celular ao microscópio e consideravam o estágio mitótico muito interessante e importante. Eles observaram a divisão do núcleo e o processo citocinético que o acompanha, como prova de que todas as células provinham de outras células. O estágios de interfase, no entanto, parecia estático e inativo. Portanto, eles pensaram neles como períodos de descanso ou lacunas na atividade. A verdade, porém, é que G₁ - e G₂ no final da interfase - são períodos de crescimento agitados para a célula, nos quais a célula cresce em tamanho e contribui para o bem-estar do organismo de qualquer maneira para a qual “nasceu”. Além de suas funções celulares regulares, a célula constrói moléculas como proteínas e ácido ribonucléico (RNA).

Se o DNA da célula não estiver danificado e a célula tiver crescido o suficiente, ela segue para o segundo estágio da interfase, chamado Fase S. É a abreviação de fase de síntese. Durante essa fase, como o nome sugere, a célula dedica uma boa quantidade de energia para sintetizar moléculas. Especificamente, a célula replica seu DNA, duplicando seus cromossomos. Os humanos têm 46 cromossomos em suas células somáticas, que são todas células que não são reprodutivas (espermatozoides e óvulos). Os 46 cromossomos são organizados em 23 pares homólogos que são unidos. Cada cromossomo em um par homólogo é chamado de homólogo do outro. Quando os cromossomos são duplicados durante a fase S, eles são enrolados fortemente em torno da proteína histona fitas chamadas cromatina, o que torna o processo de duplicação menos sujeito a erros de replicação de DNA, ou mutação. Os dois novos cromossomos idênticos são agora chamados de cromátides. Fios de histonas unem as duas cromátides idênticas, de modo que formem uma espécie de formato de X. O ponto onde eles estão ligados é chamado de centrômero. Além disso, as cromátides ainda estão unidas a seu homólogo, que agora também é um par de cromátides em forma de X. Cada par de cromátides é chamado de cromossomo; a regra é que nunca há mais de um cromossomo ligado a um centrômero.

O último estágio da interfase é G₂, ou Gap fase 2. Esta fase recebeu este nome pelos mesmos motivos que G₁. Assim como durante o G₁ e fase S, a célula permanece ocupada com suas tarefas típicas ao longo do estágio, mesmo quando termina o trabalho de interfase e se prepara para a mitose. Para se preparar para a mitose, a célula divide suas mitocôndrias, bem como seus cloroplastos (se houver). Ele começa a sintetizar os precursores das fibras do fuso, que são chamados de microtúbulos. Ele os faz replicando e empilhando os centrômeros dos pares de cromátides em seu núcleo. As fibras do fuso serão cruciais para o processo de divisão nuclear durante a mitose, quando os cromossomos terão que ser separados em dois núcleos de separação; certificar-se de que os cromossomos corretos cheguem ao núcleo correto e permaneçam pareados com o homólogo correto é crucial para prevenir mutações genéticas.

Os marcadores de divisão entre as fases do ciclo celular e as subfases de interfase e mitose são artifícios que os cientistas usam para descrever o processo de divisão celular. Na natureza, o processo é fluido e sem fim. A primeira fase da mitose é chamada prófase. Ele começa com os cromossomos no estado em que estavam no final do G₂ estágio de interfase, replicado com cromátides irmãs unidas por centrômeros. Durante a prófase, a cadeia de cromatina se condensa, o que permite que os cromossomos (ou seja, cada par de cromátides irmãs) se tornem visíveis à microscopia de luz. Os centrômeros continuam a crescer em microtúbulos, que formam as fibras do fuso. No final da prófase, a membrana nuclear se quebra e as fibras do fuso se conectam para formar uma rede estrutural em todo o citoplasma da célula. Como os cromossomos agora estão flutuando livremente no citoplasma, as fibras do fuso são o único suporte que os impede de flutuar.

A célula entra em metáfase assim que a membrana nuclear se dissolve. As fibras do fuso movem os cromossomos para o equador da célula. Este plano é conhecido como equador do fuso ou placa metafásica. Não há nada tangível lá; é simplesmente um plano onde todos os cromossomos se alinham e que corta a célula horizontalmente ou verticalmente, dependendo de como você está vendo ou imaginando a célula (para uma representação visual disso, veja Recursos). Em humanos, existem 46 centrômeros, e cada um está ligado a um par de irmãs cromátides. O número de centrômeros depende do organismo. Cada centrômero está conectado a duas fibras do fuso. As duas fibras do fuso divergem quando saem do centrômero, de modo que se conectam a estruturas em pólos opostos da célula.

A célula muda para anáfase, que é a mais breve das quatro fases da mitose. As fibras do fuso que conectam os cromossomos aos pólos da célula encurtam e se afastam em direção a seus respectivos pólos. Ao fazer isso, eles separam os cromossomos aos quais estão ligados. Os centrômeros também se dividem em dois, pois a metade viaja com cada irmã cromátide em direção a um pólo oposto. Como cada cromátide agora tem seu próprio centrômero, ele é chamado de cromossomo novamente. Enquanto isso, diferentes fibras do fuso ligadas a ambos os pólos se alongam, fazendo com que a distância entre os dois pólos da célula aumente, de modo que a célula se achata e se alonga. O processo de anáfase acontece de forma que, ao final, cada lado da célula contenha uma cópia de cada cromossomo.

Telófase é o quarto e último estágio da mitose. Nesse estágio, os cromossomos extremamente compactados - que foram condensados ​​para aumentar a precisão da replicação - se desenrolam. As fibras do fuso se dissolvem e uma organela celular chamada de retículo endoplasmático sintetiza novas membranas nucleares em torno de cada conjunto de cromossomos. Isso significa que a célula agora tem dois núcleos, cada um com um genoma completo. A mitose está completa.

Agora que o núcleo foi dividido, o resto da célula também precisa se dividir para que as duas células possam se separar. Este processo é conhecido como citocinese. É um processo separado da mitose, embora muitas vezes ocorra simultaneamente com a mitose. Acontece de forma diferente nas células animais e vegetais, porque onde as células animais têm apenas uma membrana de células plasmáticas, as células vegetais têm uma parede celular rígida. Em ambos os tipos de células, agora existem dois núcleos distintos em uma célula. Nas células animais, um anel contrátil se forma no ponto médio da célula. Este é um anel de microfilamentos que envolve a célula, apertando a membrana plasmática no centro como um espartilho até criar o que é conhecido como sulco de clivagem. Em outras palavras, o anel contrátil faz com que a célula adquira uma forma de ampulheta que se torna cada vez mais pronunciada, até que a célula se forma totalmente em duas células separadas. Nas células vegetais, uma organela chamada complexo de Golgi cria vesículas, que são bolsas de líquido ligadas à membrana ao longo do eixo que divide a célula entre os dois núcleos. Essas vesículas contêm polissacarídeos que são necessários para formar a placa celular, e a placa celular eventualmente funde-se e torna-se parte da parede celular que outrora albergava a única célula original, mas agora é o lar de duas células.

O ciclo celular requer muita regulação para garantir que não prossiga sem que certas condições sejam atendidas dentro e fora da célula. Sem essa regulamentação, haveria mutações genéticas não verificadas, crescimento celular fora de controle (câncer) e outros problemas. O ciclo celular tem vários pontos de verificação para garantir que as coisas estejam ocorrendo corretamente. Se não forem, os reparos são feitos ou a morte celular programada é iniciada. Um dos principais reguladores químicos do ciclo celular é a quinase dependente de ciclina (CDK). Existem diferentes formas dessa molécula que operam em diferentes pontos do ciclo celular. Por exemplo, a proteína p53 é produzida por DNA danificado na célula, e que irá desativar o complexo CDK no nível G₁/ S checkpoint, interrompendo assim o progresso da célula.