Fases do Ciclo Celular

Um típico células eucarióticas ciclo é ilustrado por células humanas em cultura, que se dividem aproximadamente a cada 24 horas. Conforme visto no microscópio, o ciclo celular é dividido em duas partes básicas: mitose e interfase. A mitose (divisão nuclear) é o estágio mais dramático do ciclo celular, correspondendo à separação dos cromossomos filhas e geralmente terminando com a divisão celular (citocinese). No entanto, a mitose e a citoquinese duram apenas cerca de uma hora, pelo que cerca de 95% do ciclo celular é gasto em interfase—o período entre mitoses. Durante a interfase, os cromossomas são descondensados e distribuídos por todo o núcleo, de modo que o núcleo parece morfologicamente uniforme. A nível molecular, no entanto, a interfase é o tempo durante o qual o crescimento celular e a replicação do ADN ocorrem de forma ordenada na preparação para a divisão celular.

a célula cresce a uma taxa constante ao longo da interfase, com a maioria das células divisórias dobrando em tamanho entre uma mitose e a seguinte. Em contraste, o DNA é sintetizado durante apenas uma porção da interfase. O momento da síntese do ADN divide assim o ciclo das células eucarióticas em quatro fases distintas (figura 14.1). A fase M do ciclo corresponde à mitose, que é geralmente seguida por citoquinese. Esta fase é seguida pela fase G1 (gap 1), que corresponde ao intervalo (gap) entre a mitose e o início da replicação do DNA. Durante o G1, a célula é metabolicamente ativa e cresce continuamente, mas não Replica seu DNA. O G1 é seguido pela fase S (síntese), durante a qual a replicação do DNA ocorre. A conclusão da síntese de DNA é seguida pela fase G2 (gap 2), durante a qual o crescimento celular continua e as proteínas são sintetizadas em preparação para a mitose.

figura 14.1

fases do ciclo celular. O ciclo de divisão da maioria das células eucarióticas é dividido em quatro fases discretas: M, G1, S e G2. A fase M (mitose) é geralmente seguida por citoquinese. A fase S é o período durante o qual ocorre a replicação do ADN. A célula cresce (mais…)

a duração destas fases do ciclo celular varia consideravelmente em diferentes tipos de células. Para uma célula humana tipicamente proliferando rapidamente com um tempo de ciclo total de 24 horas, a fase G1 pode durar cerca de 11 horas, fase S cerca de 8 horas, G2 cerca de 4 horas, e M cerca de 1 hora. Outros tipos de células, no entanto, podem se dividir muito mais rapidamente. Leveduras em flor, por exemplo, podem progredir através de todas as quatro fases do ciclo celular em apenas cerca de 90 minutos. Mesmo ciclos celulares mais curtos (30 minutos ou menos) ocorrem em células embrionárias precoces logo após a fertilização do óvulo (figura 14.2). Neste caso, porém, o crescimento celular não ocorre. Em vez disso, estes primeiros ciclos de células embrionárias dividem rapidamente o citoplasma do ovo em células menores. Não há fase G1 ou G2, e a replicação de DNA ocorre muito rapidamente nestes primeiros ciclos de células embrionárias, que portanto consistem em fases S muito curtas alternando com fases M.

Em contraste com a rápida proliferação de células embrionárias, algumas células em animais adultos, cessar a divisão completamente (por exemplo, células nervosas) e muitas outras células se dividem apenas ocasionalmente, como necessário para substituir as células que foram perdidos devido a lesões ou a morte da célula. Células deste último tipo incluem fibroblastos da pele, bem como as células de muitos órgãos internos, como o fígado, rim e pulmão. Como discutido mais adiante na seção seguinte, estas células saem do G1 para entrar em uma fase quiescente do ciclo chamado G0, onde elas permanecem metabolicamente ativas, mas não proliferam mais, a menos que chamadas a fazê-lo por sinais extracelulares apropriados.a análise do ciclo celular exige a identificação das células nas diferentes fases acima referidas. Embora as células mitóticas possam ser distinguidas microscopicamente, as células em outras fases do ciclo (G1, S e G2) devem ser identificadas por critérios bioquímicos. As células em fase S podem ser facilmente identificadas porque incorporam timidina radioactiva, que é utilizada exclusivamente para a síntese de ADN (figura 14.3). Por exemplo, se uma população de células humanas em cultura em rápida proliferação for exposta à timidina radioativa por um curto período de tempo (por exemplo, 15 minutos) e então analisada por autoradiografia, cerca de um terço das células será rotulado radioativamente, correspondendo à fração de células em fase S.

variações de tais experimentos de rotulagem celular também podem ser usados para determinar o comprimento de diferentes estágios do ciclo celular. Por exemplo, considere um experimento no qual as células são expostas à timidina radioativa por 15 minutos, após o qual a timidina radioativa é removida e as células são cultivadas por diferentes períodos de tempo antes da autoradiografia. Células interfase radioativamente rotuladas que estavam em fase S durante o tempo de exposição à timidina radioativa serão observadas por várias horas à medida que progridem através do restante de S e G2. Em contraste, as células mitóticas radioativamente rotuladas não serão observadas até 4 horas após o labelo. Este tempo de 4 horas de latência corresponde ao comprimento de G2—o tempo mínimo necessário para que uma célula que incorporou timidina radioactiva no final da fase S entre na mitose.as células

em diferentes fases do ciclo celular também podem ser distinguidas pelo seu teor de ADN (figura 14.4). Por exemplo, as células animais na G1 são diplóides (contendo duas cópias de cada cromossoma), então seu conteúdo de DNA é referido como 2n (n designa o conteúdo de DNA haplóide do genoma). Durante a fase S, A replicação aumenta o conteúdo de ADN da célula de 2n para 4n, pelo que as células em S têm um conteúdo de ADN que varia entre 2n e 4n. o conteúdo de ADN permanece então em 4n para as células em G2 e M, diminuindo para 2n após citoquinese. A título experimental, o teor de ADN celular pode ser determinado por incubação de células com um corante fluorescente que se liga ao ADN, seguido de uma análise da intensidade de fluorescência de cada célula num citómetro de fluxo ou num colector de células activadas por fluorescência, distinguindo assim as células nas fases G1, S e G2/M do ciclo celular.

figura 14.4

determinação do teor de ADN celular. Uma população de células é rotulada com um corante fluorescente que liga o DNA. As células são então passadas através de um citômetro de fluxo, que mede a intensidade de fluorescência de células individuais. Os dados são plotados como célula (mais…)