Introdução

Para permitir o crescimento e reparação do corpo humano, o mais antigo senescent células precisam ser removidos e substituídos com o mais novo, mais eficientes. No centro deste processo está a divisão celular, que é essencial não só para manter o corpo físico, mas também para garantir a herança genética e a diversidade genética.

um estado de fluxo

é um equívoco comum que, uma vez formado, os órgãos do corpo permanecem estáticos, apenas gradualmente desgastando-se à medida que envelhecemos. Na realidade, a maioria dos tecidos que compõem os órgãos estão em um estado permanente de fluxo, como as células mais velhas continuamente passam por apoptose (morte celular programada) antes de ser quebrado e substituído por novos (Elmore, 2007).

no coração deste processo de substituição celular está a divisão celular, que garante um fornecimento contínuo de “células filhas” jovens para substituir os seus “pais” desgastados. Esta substituição de células senescentes garante o funcionamento ideal dos órgãos ao longo das nossas vidas, embora, eventualmente, o processo de envelhecimento comece a ter o seu preço.as células em diferentes partes do corpo são renovadas a taxas diferentes; por exemplo, as células epiteliais e os neutrófilos dividem-se rapidamente, enquanto os hepatócitos e os adipócitos se dividem lentamente. Acredita-se que alguns tipos de células, como alguns neurônios e as células de lentes oculares, durem uma vida inteira. Isto significa que diferentes tecidos e órgãos têm idades diferentes (Caixa 1).caixa 1. Taxas de substituição dos humanos comuns células

• Neutrófilos (glóbulos brancos): 1 a 5 dias
• células Epiteliais do intestino delgado: 2-4 dias
• células Cervicais: 6 dias
• Alveolares, células: 8 dias
• Pele epiderme das células: 10-30 dias
• Eritrócitos (células vermelhas do sangue): 120 dias
• Hepatócitos (células do fígado): 6-12 meses
• Adipócitos (células de gordura): 8 anos
• lente Olho de células e alguns neurônios no sistema nervoso central: atualmente pensado para durar uma vida inteira

Fonte: Biologia Celular pela Números

Interface

A qualquer tempo, a maioria das células do corpo não estão em um estado ativo de divisão, mas na interfase – um estado estável entre as fases de divisão celular. Este é o momento em que as células estão crescendo, amadurecendo e realizando suas funções fisiológicas normais. Uma célula humana típica gasta cerca de 95% do seu tempo em interfase (Cooper e Hausman, 2015).

Durante a interfase, o núcleo de uma célula tem uma aparência granular, devido à presença de cromatina (ver a parte 1 para mais detalhes). Neste momento, o ácido desoxirribonucleico (ADN) é bastante facilmente arranjado, sem cromossomas visíveis no envelope nuclear. Pouco antes da divisão celular, a replicação de DNA ocorre – isto garante uma cópia idêntica do projeto genético (genoma) pode ser transmitida para as futuras células-filhas.

replicação de ADN

o primeiro artigo desta série explorou a combinação base dos nucleótidos e descreveu a natureza complementar das bases purina e pirimidina (Knight and Andrade, 2018). A regra de emparelhamento base complementar do DNA é:

• adenina sempre pares com timina (A-T)
• citosina sempre pares com guanina (C-G)

Esta emparelhação base complementar forma a base de replicação do DNA durante a interfase.a replicação do ADN baseia-se em duas enzimas celulares.:Helicase – isto desenrosca uma pequena porção da dupla hélice de ADN para torná-la de cadeia simples. Este processo é muitas vezes descrito como sendo análogo à anulação de um zip; uma vez que o DNA é de cadeia simples, as bases nucleotídicas da cadeia parental são expostas;

a replicação do ADN é frequentemente referida como “semi-conservadora”, uma vez que cada hélice dupla de ADN filha terá uma cadeia derivada da hélice original e uma nova cadeia Construída a partir dos nucleótidos que foram pontilhados para as suas posições complementares de emparelhamento de base pela ADN polimerase (Fig. 1).

O processo de replicação do DNA é incrivelmente rápido e erros aleatórios que ocorrem com freqüência. DNA polimerases ter uma ‘revisão’ capacidade que lhes permite verificar a nova filha de costas para a exatidão e a corrigir quaisquer erros (Reha-Krantz, 2010); no entanto, os erros são por vezes ignoradas, resultando em mutações genéticas que podem levar a uma variedade de doenças, incluindo tumores malignos.a divisão celular ocorre através da mitose ou meiose. A mitose, muitas vezes referida como a divisão celular “normal”, é essencial para o crescimento e reparação do corpo humano. A maioria das células humanas nucleadas tem 46 cromossomas visíveis durante a divisão celular – isto é chamado de número diplóide (ver parte 1). Durante a mitose, o número diplóide é rigorosamente mantido e, desde que não haja erros de replicação de DNA, todas as células filhas recebem um complemento de DNA idêntico ao de suas células progenitoras.a mitose ocorre em quatro fases: profase, metafase, anafase e telofase (Fig. 2).

Profase

Na profase, o normal transcrição e tradução do DNA necessário para a síntese de proteínas (ver parte 3) pára e o frouxamente organizados de DNA no núcleo, característica da interfase, torna-se enrolada por enzimas, incluindo a polimerase do DNA topoisomerases. Isto resulta na condensação do ADN nos cromossomas (ver parte 1).

o aparecimento de cromossomas no núcleo durante a profase indica divisão celular iminente. Nesta fase, uma vez que o ADN já foi replicado, cada cromossoma consiste em dois cromatídeos irmãos idênticos (cópias exactas do cromossoma replicado) Unidos numa região central, o centrômero.a membrana nuclear decompõe-se gradualmente, deixando os cromossomas livres no citoplasma.as organelas citoplasmáticas chamadas centríolos produzem túbulos contracteis finos que estão ligados a cada cromossoma no seu centrômero, formando um andaime. Os centríolos e os túbulos do fuso manobram cada cromossoma para a região central (equador) da célula.os túbulos do fuso contraiem-se, puxando cada cromatídeo para além da sua irmã idêntica e para pólos opostos da célula.

telofase

os cromatídeos separados estão agora isolados nos dois pólos opostos da célula, onde formam dois conjuntos de 46 cromossomas cada. Novas membranas nucleares começam a formar-se em torno de cada conjunto diplóide de cromossomas. O citoplasma entre os dois novos núcleos começa a se dividir através de um processo chamado citocinese, que eventualmente resulta em separação completa em duas novas células.citocinese garante que cada célula filha recebe uma porção de citoplasma, incluindo as suas organelas essenciais, tais como mitocôndria e retículo endoplasmático. Isto garante que cada nova célula tem os componentes intracelulares para construir suas próprias moléculas e realizar o metabolismo celular, permitindo-lhe crescer, amadurecer e sobreviver independentemente.

gradualmente, os cromossomas em cada núcleo tornam-se menos distintos à medida que des-condensam, resultando em ADN menos densamente arranjado. A aparência granular do nucleoplasma é restaurada, indicando que a célula está retornando à interfase. As sequências genéticas codificadas no ADN livremente arranjado no núcleo podem agora ser livremente transcritas para ácido ribonucleico (RNA) e eventualmente traduzidas para as proteínas que permitem o crescimento celular e conduzir o metabolismo celular (ver parte 3).

o controlo da mitose

a mitose é monitorizada através de uma série de “pontos de controlo” que asseguram a coordenação exacta de cada fase da divisão celular. Infelizmente, mesmo com os rigorosos mecanismos de controlo de qualidade em vigor, o processo de divisão celular pode tornar-se desregulado e descontrolado, o que por vezes resulta em malignidade (British Society for Cell Biology).

meiose

o outro tipo de divisão celular, a meiose, apenas diz respeito às células germinais nos testículos e ovários. É essencial para a formação de gâmetas – espermatozóides e óvulos – e é responsável pela introdução da variabilidade genética por “baralhar” o nosso “conjunto de genes”, garantindo que os genes transportados pelos espermatozóides e óvulos são altamente variáveis.durante a meiose, o número diplóide de cromossomas (46) é reduzido para metade, de modo a garantir que os espermatozóides e os óvulos têm o número haplóide de cromossomas (23), de modo que, durante a fertilização, quando uma espermatozóide haplóide penetra num óvulo haplóide, o número diplóide é restaurado. Também garante que cada descendência recebe cerca de metade dos seus genes da mãe e metade do Pai. Ao contrário do que acontece na mitose, as células filhas não recebem um complemento idêntico de DNA de suas células progenitoras.

meiose ocorre em duas fases, meiose I (Fig. 3) e meiose II (Fig. 4), cada uma das quais engloba quatro fases (profase, metafase, anafase e telofase).

Meiose I

profase I. tal como na mitose, a replicação do ADN ocorre durante a interfase por isso, no início da profase i, cada cromossoma consiste em dois cromatídeos idênticos. Em cada um dos 23 pares de cromossomas presentes nas nossas células, um cromossoma terá vindo da mãe e outro do Pai. Estes cromossomas homólogos formam um par muito próximo, permitindo que segmentos de cromatídeos irmãos adjacentes sejam trocados num processo chamado “cruzamento”. Durante o cruzamento, seções de cromossomos maternos e paternos são cortadas, trocadas e articuladas no lugar, com os novos cromossomos resultantes tendo diferentes sorteios de genes. Este processo garante a variação genética e é em grande parte responsável pela diversidade genética e física na população. Depois de atravessar, o envelope nuclear quebra gradualmente, deixando os cromossomas suspensos no citoplasma.metafase I. Os túbulos do fuso formam-se e ligam-se aos cromossomas nos seus centrómeros. Os cromossomas são manobrados para a região central da célula (Equador).os túbulos do fuso contrai-se, separando cada membro de cada par homólogo de cromossomas para pólos opostos na célula. O arranjo de cromossomos maternos e paternos durante a metafase i, e sua subsequente segregação durante a anáfase I, é completamente aleatório. Este conjunto independente de cromossomas garante que os espermatozóides e os óvulos recebem uma boa mistura de cromossomas maternos e paternos.telofase I. O número de cromossomas em cada pólo da célula foi reduzido para metade de 46 (número diplóide) para 23 (número haplóide). Uma nova membrana nuclear forma-se gradualmente em torno de cada conjunto haplóide de cromossomas, e a citocinese leva à clivagem do citoplasma. Isto eventualmente produz duas novas células haplóides.

Meiosis II

cada nova célula filha haplóide passa agora por uma segunda fase de divisão celular, meiose II (Fig. 4). As fases da meiose II são, na maioria dos aspectos, idênticas às da mitose.:

• Profase II – a membrana nuclear se rompe, deixando os cromossomos suspenso no citoplasma;
• Metafase II – o eixo túbulos formulário, anexar ao centrômero de cada cromossomo e manobra os cromossomos na região equatorial;
• Anafase II – o eixo túbulos contrato, puxando cada chromatid além de sua irmã chromatid para os pólos opostos da célula;
• Telofase II – um novo envelope nuclear se forma ao redor de cada conjunto haplóide de cromossomos, e citocinese resulta na clivagem da célula; isto produz duas novas células haplóides.

formação de Gametas

Em homens, espermatozóides são formados nos túbulos seminíferos dos testículos. As células germinais dos testículos (espermatogonia) dão origem a espermatozóides primários diplóides, que passam então por meiose, resultando em quatro espermatozóides haplóides. Machos adultos produzem um grande número de espermatozóides a uma taxa de 80-300 milhões por dia.o número de óvulos produzidos pelas mulheres durante os seus anos reprodutivos é significativamente inferior. As células germinais dos ovários (oogonia) dão origem a oócitos primários diplóides, que então passam por meiose para formar óvulos haplóides (oócitos). Cerca de dois milhões de óvulos estão presentes no nascimento, mas a maioria degenera progressivamente com a idade. Isto significa que, durante os seus anos férteis, uma mulher só libertará, em média, cerca de 400 óvulos viáveis (Valputte et al, 2017).

não-disjunção

a principal função da meiose é criar gâmetas que tenham o número haplóide de 23 cromossomas. Com a idade, a separação dos cromossomas homólogos que ocorre durante a meiose torna-se menos eficiente, o que significa que cromossomas extras podem ser transportados para os gâmetas. Este fenômeno é chamado de não-disjunção.

A Nãodisjunção resulta frequentemente em que os óvulos de mulheres mais velhas têm uma cópia extra do cromossoma 21. Quando um espermatozóide fertiliza esse óvulo, ele irá entregar sua própria cópia do cromossomo 21, resultando em trissomia 21 e um bebê com síndrome de Down (ver parte 1).

embora a idade da mãe seja frequentemente citada como o principal factor de risco para ter um bebé com uma doença cromossómica, reconhece-se agora que a síndrome de Down e outros exemplos de aneuploidia (cromossomas extra ou em falta) também ocorrem rotineiramente como resultado da não-hidratação durante a formação de espermatozóides.

Apesar de a idade da mãe é comumente citado como o principal fator de risco para ter um bebê com síndrome de Down ou outros tipos de aneuploidy, sabemos agora que a idade do pai é um fator de risco também, como estas condições genéticas, também, ocorrer como resultado de nondisjunction durante a formação dos espermatozóides (US National Down Syndrome Society). A evidência atual indica que cerca de 90% dos casos de trissomia do cromossomo 21, resultado de uma cópia extra do cromossomo 21 no óvulo, cerca de 4% a partir de uma cópia extra do espermatozóide, e os demais casos de erros na divisão celular durante o desenvolvimento pré-natal (Instituto Nacional de Saúde Infantil e Desenvolvimento Humano).

conclusão

os Genes são as Unidades Básicas da herança. O cruzamento de cromossomas durante a meiose e a variedade independente de cromossomas garante que os espermatozóides e os óvulos têm uma combinação aleatória de genes herdados da mãe e do Pai. Isto garante a diversidade genética. Os Genes codificam a informação para construir as proteínas que constroem os nossos corpos e as enzimas que controlam a nossa bioquímica. A parte 3 explorará a tradução de sequências de ADN em proteínas.

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