Eukaryotes têm dois tipos principais de divisão celular: mitose e meiose. A mitose é usada para produzir novas células do corpo para crescimento e cura, enquanto a meiose é usada para produzir células sexuais (óvulos e espermatozóides). A meiose será discutida em um capítulo posterior.
O ciclo celular é uma série ordenada de eventos envolvendo crescimento e divisão celular que produz duas novas células filhas através da mitose. A duração do ciclo celular é altamente variável, mesmo dentro das células de um organismo individual. Em humanos, a frequência de rotação celular varia de algumas horas no desenvolvimento embrionário precoce até uma média de dois a cinco dias para células epiteliais, ou até toda uma vida humana passada sem divisão em células especializadas como neurônios corticais ou células musculares cardíacas. Também há variação no tempo que uma célula gasta em cada fase do ciclo celular. Quando as células de mamíferos de divisão rápida são cultivadas em cultura (fora do corpo sob condições ideais de crescimento), a duração do ciclo é de aproximadamente 24 horas. O tempo de eventos no ciclo celular é controlado por mecanismos que são tanto internos quanto externos à célula.
Células no caminho para a divisão celular procedem através de uma série de etapas de crescimento precisamente cronometradas e cuidadosamente reguladas, replicação de DNA, e divisão que produzem duas células geneticamente idênticas. O ciclo celular tem duas fases principais: a fase interfásica e a fase mitótica (Figura 1). Durante a interfase, a célula cresce e o ADN é replicado. Durante a fase mitótica, o DNA replicado e o conteúdo citoplasmático são separados e a célula se divide.
Interfase, a célula passa por processos normais enquanto também se prepara para a divisão celular. Para que uma célula passe da fase interfásica para a fase mitótica, muitas condições internas e externas devem ser satisfeitas. As três fases da interfase são chamadas G1, S, e G2.
Fase G1 (Primeira Lacuna)
A primeira fase da interfase é chamada fase G1 (primeira lacuna) porque, de um aspecto microscópico, pouca mudança é visível. Entretanto, durante o estágio G1, a célula é bastante ativa no nível bioquímico. A célula está acumulando os blocos de construção do DNA cromossômico e as proteínas associadas, bem como acumulando reservas energéticas suficientes para completar a tarefa de replicar cada cromossomo no núcleo.
S Fase (Síntese de DNA)
Atérea interfase, o DNA nuclear permanece em uma configuração de cromatina semi-condensada. Na fase S, a replicação de DNA pode prosseguir através dos mecanismos que resultam na formação de pares idênticos de moléculas de DNA – cromatídeos irmãs – que estão firmemente ligados à região centrromérica (Figura 2).
O centrômero também é duplicado durante a fase S. Os dois centrosomas darão origem ao fuso mitótico, o aparelho que orquestra o movimento dos cromossomas durante a mitose. No centro de cada célula animal, os centrosomas das células animais estão associados a um par de objetos semelhantes a varas, os centríolos, que estão em ângulo reto um com o outro. Os centríolos ajudam a organizar a divisão celular. Os centríolos não estão presentes nos centrosomas de outras espécies eucarióticas, como plantas e a maioria dos fungos.
G2 Fase (Segunda Lacuna)
Na fase G2, a célula reabastece as suas reservas energéticas e sintetiza as proteínas necessárias para a manipulação cromossómica. Algumas organelas celulares são duplicadas, e o citoesqueleto é desmontado para fornecer recursos para a fase mitótica. Pode haver crescimento adicional de células durante o G2. As preparações finais para a fase mitótica devem ser concluídas antes que a célula possa entrar na primeira fase da mitose.
A fase mitótica
Para fazer duas células filhas, o conteúdo do núcleo e do citoplasma deve ser dividido. A fase mitótica é um processo em várias etapas durante o qual os cromossomas duplicados são alinhados, separados e movidos para pólos opostos da célula, e então a célula é dividida em duas novas células filhas idênticas. A primeira porção da fase mitótica, a mitose, é composta de cinco fases, que realizam a divisão nuclear (Figura 5). A segunda porção da fase mitótica, chamada citocinese, é a separação física dos componentes citoplásmicos em duas células filhas. Embora os estágios da mitose sejam semelhantes para a maioria das eucariotas, o processo de citoquinese é bastante diferente para as eucariotas que possuem paredes celulares, como as células vegetais.
Profase
Profase, a “primeira fase”, o envelope nuclear começa a se dissociar em pequenas vesículas, e as organelas membranosas (como o aparelho de Golgi e o retículo endoplasmático), se fragmentam e se dispersam em direção às bordas da célula. O nucléolo desaparece. Os centrosomas começam a mover-se para pólos opostos da célula. Os microtubulos que formarão o fuso mitótico estendem-se entre os centrosomas, empurrando-os para mais longe à medida que as fibras dos microtubulos se alongam. Os cromatídeos irmãos começam a enrolar mais firmemente com a ajuda de proteínas de condensação e tornam-se visíveis sob um microscópio leve.
Prometafase
Durante a prometafase, a “primeira fase de mudança”, muitos processos que foram iniciados na prófase continuam a avançar. Os resquícios do fragmento do envelope nuclear. O fuso mitótico continua a se desenvolver à medida que mais microtubos se montam e se esticam ao longo da extensão da área nuclear anterior. Os cromossomos tornam-se mais condensados e discretos. Cada cromatídeo irmão desenvolve uma estrutura proteica chamada cinetócito na região centromérica.
As proteínas do cinétocoleo atraem e ligam microtúbulos mitóticos do fuso. À medida que os microtubos do fuso se estendem dos centrosomas, alguns destes microtubos entram em contacto e ligam-se firmemente aos cinéto-coretos. Uma vez que uma fibra mitótica se liga a um cromossomo, o cromossomo será orientado até que os cinetos de cromatídeos irmãos enfrentem os pólos opostos. Eventualmente, todos os cromatídeos irmãos serão ligados através de seus cinetos a microtubos de pólos opostos. Os microtubulos de fuso que não atacam os cromossomas são chamados microtubulos polares. Estes microtubulos sobrepõem-se a meio caminho entre os dois pólos e contribuem para o alongamento celular. Os microtubos astrais estão localizados perto dos pólos, ajudam na orientação do fuso e são necessários para a regulação da mitose.
Metafase
Metáfase, a “fase de mudança”, todos os cromossomos estão alinhados num plano chamado metafase, ou plano equatorial, a meio caminho entre os dois pólos da célula. Os cromatídeos irmãos ainda estão fortemente ligados entre si por proteínas de coesina. Neste momento, os cromossomos são condensados ao máximo.
Anáfase
Anáfase, a “fase ascendente”, as proteínas de coesina se degradam, e os cromatídeos irmãos se separam no centrômero. Cada cromatídeo, agora chamado cromossomo, é puxado rapidamente em direção ao centrômero ao qual seu microtubo está ligado. A célula torna-se visivelmente alongada (forma oval) à medida que os microtubos polares deslizam um contra o outro na placa da metáfase onde se sobrepõem.
Telophase
Telophase, a “fase da distância”, os cromossomos atingem os pólos opostos e começam a descondensar (desvendar-se), relaxando numa configuração cromatina. Os fusos mitóticos são despolimerizados em monômeros tubulínicos que serão usados para montar componentes citoesqueléticos para cada célula filha. Envelopes nucleares se formam ao redor dos cromossomos, e os nucleossomos aparecem dentro da área nuclear.
Citoquinese
Citoquinese, ou “movimento celular”, é o segundo estágio principal da fase mitótica durante a qual a divisão celular é completada através da separação física dos componentes citoplasmáticos em duas células filhas. A divisão não é completa até que os componentes celulares tenham sido divididos e completamente separados em duas células filhas. Embora os estágios da mitose sejam semelhantes para a maioria das eucariotas, o processo de citoquinese é bastante diferente para as eucariotas que possuem paredes celulares, como as células vegetais.
Em células como as células animais que não possuem paredes celulares, a citoquinese segue o início da anáfase. Um anel contrátil composto de filamentos de actina forma-se no interior da membrana plasmática da antiga placa da metáfase (Figura 12). Os filamentos de actina puxam o equador da célula para dentro, formando uma fissura. Esta fissura, ou “fenda”, é chamada de sulco de clivagem. O sulco se aprofunda conforme o anel de actina se contrai, e eventualmente a membrana é clivada em dois.
Em células vegetais, uma nova parede celular deve se formar entre as células filhas. Durante a interfase, o aparelho de Golgi acumula enzimas, proteínas estruturais e moléculas de glicose antes de quebrar em vesículas e se dispersar por toda a célula divisora (Figura 12). Durante a telófase, estas vesículas de Golgi são transportadas em microtubos para formar um fragmoplasto (uma estrutura vesicular) na placa da metáfase. Ali, as vesículas se fundem e coalescem do centro em direção às paredes celulares; esta estrutura é chamada de placa celular. Conforme mais vesículas se fundem, a placa celular se expande até se fundir com as paredes celulares na periferia da célula. As enzimas usam a glicose acumulada entre as camadas da membrana para construir uma nova parede celular. As membranas Golgi tornam-se partes da membrana plasmática em ambos os lados da nova parede celular.
Sumário de Mitose e Citocinese
Figure 13 Mitose é dividida em cinco estágios – fase, prometafase, metáfase, anáfase e telófase. As fotos no fundo foram obtidas por microscopia de fluorescência de células coradas artificialmente por corantes fluorescentes: a fluorescência azul indica DNA (cromossomos) e a fluorescência verde indica microtúbulos (aparelho de fuso). (crédito “mitose drawings”: modificação do trabalho de Mariana Ruiz Villareal; crédito “micrographs”: modificação do trabalho de Roy van Heesbeen; crédito “cytokinesis micrograph”: Wadsworth Center/New York State Department of Health; dados da barra de escala de Matt Russell)
G0 Fase
Nem todas as células aderem ao padrão clássico do ciclo celular em que uma célula filha recém-formada entra imediatamente na interfase, seguida de perto pela fase mitótica. As células na fase G0 não estão se preparando ativamente para dividir. A célula está em uma fase quiescente (inativa), tendo saído do ciclo celular. Algumas células entram temporariamente em G0 até que um sinal externo acione o início de G1. Outras células que nunca ou raramente se dividem, tais como células musculares e nervosas maduras, permanecem em G0 permanentemente).