O ciclo celular
O ciclo celular é a sequência de eventos pela qual uma célula copia o seu genoma, fabrica as outras partes e se divide em duas células-filhas. A cópia do DNA acontece só numa fase, mas o crescimento da célula continua o tempo todo. Uma célula humana típica em cultura se divide cerca de uma vez a cada 24 horas; a levedura leva cerca de 90 minutos.
Duas fases principais
- Interfase (cerca de 95% do tempo) – a célula se prepara. Não é uma fase de descanso.
- G1 (intervalo 1): a célula está ativa e cresce, mas não copia o DNA.
- S (síntese): o DNA é copiado. Se o DNA inicial é 2C, ele passa a 4C, mas o número de cromossomos não muda (2n continua 2n). Nas células animais o centríolo também se duplica.
- G2 (intervalo 2): são produzidas as proteínas da mitose e o crescimento continua.
- Fase M (mitose, cerca de 1 hora numa célula humana) – cariocinese (o núcleo se divide) seguida de citocinese (o citoplasma se divide).
G0 – a fase quiescente
Algumas células deixam de se dividir (por exemplo, as células do coração de adultos) e saem de G1 para entrar em G0. Elas continuam vivas e trabalhando, mas não se dividem a menos que seja preciso. Nos animais, a mitose acontece só em células do corpo (somáticas) diploides, mas nas plantas ela pode ocorrer tanto em células haploides quanto diploides.
Mitose: a divisão equacional
Na mitose o número de cromossomos das células-filhas é igual ao da célula-mãe, por isso ela se chama divisão equacional. Etapas:
- Prófase: a cromatina se condensa em cromossomos, cada um com duas cromátides unidas no centrômero. O centrossomo, copiado na interfase, vai para polos opostos e emite fibras do fuso (ásteres). No fim, o Golgi, o RE, o nucléolo e o envelope nuclear deixam de ser visíveis.
- Metáfase: o envelope nuclear já sumiu; os cromossomos estão totalmente condensados – a melhor etapa para estudar a sua forma. As fibras do fuso se ligam aos cinetócoros (pequenos discos no centrômero). Todos os cromossomos se alinham no equador: a placa metafásica.
- Anáfase: os centrômeros se dividem, as cromátides se separam e vão para polos opostos, com o centrômero na frente e os braços atrás.
- Telófase: os cromossomos chegam aos polos e se afrouxam em cromatina. O envelope nuclear, o nucléolo, o Golgi e o RE se formam de novo.
Citocinese
Nas células animais aparece um sulco na membrana que se aprofunda até a célula se estrangular em duas. Nas células vegetais a parede não consegue se estrangular, então se forma uma placa celular no centro, que cresce para as paredes laterais; ela vira a lamela média. Organelas como mitocôndrias e plastos são repartidas entre as duas células. Quando a cariocinese não é seguida de citocinese, forma-se uma célula com vários núcleos – um sincício, por exemplo o endosperma líquido do coco.
Meiose: a divisão reducional
A meiose acontece em células diploides que vão formar gametas (ou esporos nas plantas). Ela tem duas divisões (meiose I e II), mas só uma rodada de cópia do DNA. Resultado: quatro células haploides (n).
Meiose I
- Prófase I (longa e complexa, cinco subfases):
- Leptóteno – os cromossomos ficam visíveis como fios.
- Zigóteno – os cromossomos homólogos se emparelham (sinapse) com a ajuda do complexo sinaptonêmico. Um par é um bivalente ou tétrade (4 cromátides).
- Paquíteno – crossing-over: cromátides não irmãs de cromossomos homólogos trocam pedaços nos nódulos de recombinação. A enzima recombinase ajuda. Isso dá a recombinação dos genes.
- Diplóteno – o complexo sinaptonêmico se dissolve e os homólogos começam a se separar, menos nos pontos em forma de X chamados quiasmas. Nos oócitos de alguns vertebrados, o diplóteno pode durar meses ou anos.
- Diacinese – os quiasmas terminalizam (vão para as pontas); o fuso se forma; o nucléolo e o envelope nuclear desaparecem.
- Metáfase I: os bivalentes se alinham no equador.
- Anáfase I: os cromossomos homólogos se separam e vão para polos opostos, enquanto as cromátides-irmãs ficam juntas no centrômero.
- Telófase I: os núcleos podem se reformar; a citocinese dá uma díade de células. O curto intervalo antes da meiose II é a intercinese – sem cópia de DNA.
Meiose II
Muito parecida com a mitose: prófase II, metáfase II (cromossomos no equador), anáfase II (os centrômeros se dividem, as cromátides-irmãs se separam), telófase II. Resultado: uma tétrade de quatro células haploides.
Mitose x meiose
| Mitose | Meiose |
|---|---|
| Uma divisão | Duas divisões |
| 2 células-filhas | 4 células-filhas |
| 2n → 2n (equacional) | 2n → n (reducional na meiose I) |
| Sem emparelhamento, sem crossing-over | Sinapse e crossing-over na prófase I |
| Filhas idênticas à mãe | Filhas diferentes (variação) |
| Células do corpo (somáticas) | Células que formam gametas/esporos |
Cromossomos e DNA ao longo do ciclo
Regra: número de cromossomos = número de centrômeros. "C" é a quantidade de DNA de um conjunto haploide antes da cópia.
| Etapa | Cromossomos | DNA |
|---|---|---|
| G1 | 2n | 2C |
| Depois de S, G2, prófase, metáfase | 2n (cada um com 2 cromátides) | 4C |
| Anáfase da mitose (célula inteira) | 4n (as cromátides agora estão separadas) | 4C |
| Cada filha depois da mitose | 2n | 2C |
| Cada célula depois da meiose I | n (cada um com 2 cromátides) | 2C |
| Cada célula depois da meiose II | n | C |
Importância da mitose e da meiose
Mitose
- Mantém o número de cromossomos igual, de modo que todas as células do corpo têm os mesmos genes.
- Crescimento dos organismos multicelulares.
- Reparo de feridas e reposição de células, por exemplo a camada superior da pele, o revestimento do intestino e as células do sangue.
- Restaura a proporção entre núcleo e citoplasma quando a célula fica grande demais.
- Nas plantas, a mitose nos meristemas (ápice e câmbio lateral) dá crescimento contínuo.
- Reprodução assexuada em muitos organismos.
Meiose
- Mantém constante o número de cromossomos de uma geração para a outra: n (óvulo) + n (espermatozoide) = 2n (zigoto).
- Cria variação genética por meio do crossing-over e da separação ao acaso dos pares de cromossomos – a matéria-prima da evolução.
Experimente: conte cromossomos como um biólogo
Pegue 4 pedaços longos e 4 curtos de lã ou limpador de cachimbo – de duas cores, uma para a "mãe" e outra para o "pai". Cada par (um longo vermelho + um longo azul) é um par de homólogos, então 2n = 4. Represente a mitose: cole uma cópia ao lado de cada pedaço (fase S), alinhe tudo, separe as cópias – conte 4 em cada nova "célula". Agora represente a meiose: junte longo com longo e curto com curto, troque um pedacinho de lã (crossing-over), separe os pares inteiros e depois divida de novo – conte 2 em cada uma das 4 células. Confira a resposta com o controle deslizante do passo 6 do 3D.
Fórmulas e definições principais
- Ciclo celular: G1 → S → G2 → M (interfase = G1 + S + G2)
- Fase S: DNA 2C → 4C; número de cromossomos continua 2n
- Mitose: PMAT – prófase, metáfase, anáfase, telófase; 1 célula → 2 células, 2n → 2n
- Meiose: 1 célula → 4 células, 2n → n; uma cópia de DNA, duas divisões
- Prófase I: leptóteno → zigóteno → paquíteno → diplóteno → diacinese
- Cromossomos = número de centrômeros; cromátides = 2 × cromossomos depois de S (até a anáfase)
- Bivalente (tétrade) = 1 par de homólogos = 2 cromossomos = 4 cromátides
- Divisões para obter N células por mitose a partir de 1 célula: N = 2^k após k rodadas
Exemplos resolvidos
1. Uma célula vegetal tem 2n = 16 em G1. Dê o número de cromossomos e a quantidade de DNA (considere DNA em G1 = 2C) em (a) G2, (b) cada filha depois da mitose.
(a) G2: o DNA foi copiado, então 4C; os cromossomos continuam 16 (cada um com 2 cromátides). (b) Cada filha: 16 cromossomos, 2C.
2. Uma célula com 2n = 24 faz meiose. Quantos cromossomos há em cada célula depois da meiose I e depois da meiose II?
A meiose I reduz o número à metade: 12 (cada um com 2 cromátides). A meiose II separa as cromátides, mas mantém o número: 12 em cada uma das 4 células.
3. Quantos bivalentes se formam na prófase I de uma célula humana (2n = 46)? Quantas cromátides isso dá?
Bivalentes = n = 23. Cada um tem 4 cromátides, então 23 × 4 = 92 cromátides.
4. Uma célula se divide por mitose 5 vezes seguidas (todas as filhas se dividem a cada vez). Quantas células resultam?
Cada rodada dobra o número: 2⁵ = 32 células.
5. Quantas divisões meióticas são necessárias para formar 100 grãos de pólen? (Cada meiose dá 4.)
100 ÷ 4 = 25 divisões meióticas (25 meiócitos).
6. Um ciclo celular dura 24 horas. Numa lâmina com 100 células em divisão, 4 estão na fase M. Estime quanto dura a fase M.
A proporção de células numa fase ≈ a proporção do tempo gasto nela: 4/100 × 24 h = 0.96 h ≈ 1 hora.
Erros comuns
- Chamar a interfase de "fase de repouso". A célula está ocupada crescendo e copiando o DNA; ela só parece quieta no microscópio.
- Achar que a fase S dobra o número de cromossomos. Ela dobra o DNA (2C → 4C); os cromossomos continuam 2n porque o número de centrômeros não muda.
- Dizer que as cromátides-irmãs se separam na anáfase I. Na anáfase I os cromossomos homólogos se separam; as cromátides-irmãs se separam na anáfase II (e na anáfase da mitose).
- Colocar o crossing-over no zigóteno ou no diplóteno. O emparelhamento é no zigóteno, o crossing-over no paquíteno, e os quiasmas aparecem no diplóteno.