Introdução às fases G1 e G2

Neste artigo, discutiremos o que acontece nas fases G1 e G2 do ciclo celular. A divisão celular envolve fazer mais células através da duplicação do conteúdo de uma célula e, em seguida, dividir esta célula em duas células iguais e idênticas. Essas células são idênticas à célula-mãe. É assim que crescemos e substituímos as células danificadas.

A chave para uma divisão celular bem-sucedida é manter as células resultantes idênticas. Isso ocorre porque a manutenção da integridade da célula e do DNA contido nela é fundamental para a sobrevivência das espécies. Muitos organismos morrem devido a mutações letais resultantes do comprometimento da integridade do DNA.

A pista de como a integridade do DNA é importante está no número de células verificadas de qualidade para garantir que possam proliferar com sucesso quando deveriam ou quando não deveriam. As células passam pelo ciclo celular e pelas verificações associadas para garantir que cada célula criada está em perfeitas condições. O ciclo celular tem duas fases principais, a fase mitótica e a interfase.

A interfase é a fase mais longa do ciclo celular. O crescimento celular é fundamental para o ciclo celular e este é o objetivo principal da interfase. No final dessa fase, há o dobro da quantidade de DNA, os centríolos se replicaram e a célula é grande o suficiente para a divisão celular. A interfase é dividida nas fases de primeiro crescimento (G1), Síntese (S) e segundo crescimento (G2) (figura 1). As fases de crescimento são, como você deve ter suspeitado, para o crescimento da célula; durante a fase de síntese, a replicação do DNA ocorre em preparação para a segunda fase de crescimento.

Aqui, daremos uma olhada no Fases G (primeiro e segundo crescimento) da interfase. Veremos o que acontece nessas fases, o que se segue e por que são tão importantes para nossa compreensão da biologia.

O que acontece em G1 do ciclo celular?

Em alguns casos, como a fome ou quando o tecido em geração atingiu seu tamanho desejado, as células sairão do ciclo celular e permanecerão em estase chamada G0 (figura 1). A maioria dessas células é capaz de reentrar no ciclo celular em G1, caso haja necessidade. As células nervosas normalmente não se regeneram; elas permanecem em estase.

Em G1, as células realizam a maior parte de seu crescimento; eles aumentam de tamanho e produzem proteínas e organelas necessárias para as funções normais de síntese de DNA. Aqui, proteínas e RNAs são sintetizados e, mais especialmente, o centrômero e os outros componentes dos centrossomas são produzidos. As células estão totalmente funcionais; além de estarem em uma missão de divisão, eles também podem desempenhar suas funções normais. Em vertebrados e leveduras diplóides, o número de cromossomos é 2n nesta fase, enquanto em leveduras haplóides, o número de cromossomos é 1n.

Em suma, a primeira fase de crescimento é o momento em que logo após o nascimento (na mitose) o a célula está se preparando para a síntese de DNA (na fase S).

O que acontece em G2 do ciclo celular?

Vimos o que acontece na primeira fase de crescimento e o que acontece na fase S está no artigo “O que acontece na fase S”; os detalhes da replicação do DNA são fornecidos em “O que é DNA”. Agora vamos fazer uma viagem rápida pela segunda fase de crescimento, G2.

A segunda fase de crescimento segue a fase S (síntese). Após a fase S, a célula passa por um ponto de controle de qualidade onde (como em todos os pontos de transição do ciclo) a integridade do DNA é verificada. Depois disso, a célula entra na segunda fase de crescimento, onde o envelope nuclear envolve o núcleo. Nesta fase, dois centrossomas se formaram (cortesia da primeira fase de crescimento); nas células animais, esses centrossomas têm dois centríolos.

É importante observar que o DNA replicado na fase S ainda não se condensou nos cromossomos. As organelas necessárias para a divisão celular (na fase M) também são sintetizadas na fase S. Os microtúbulos que serão usados para mobilizar os cromossomos na fase M são montados no G2.

Agora, todas as tarefas realizadas durante o G2 só podem ser realizadas adequadamente se os eventos anteriores ao G2 ocorrerem conforme planejado. Os pit stops chamados de checkpoints estão presentes com o único propósito de garantir que a célula tenha concluído com êxito todas as tarefas que deveria realizar após cada fase.O ciclo celular é composto por três pontos de verificação, a saber, M / G1 (Saída M), G1 / S (Insira S) e G2 / M (Insira M).

Pontos de verificação

O Saia M e entre nos pontos de verificação S

Antes de a célula entrar na fase G1 da interfase, ela passa pelo ponto de verificação de saída M. Aqui, a célula é verificada para garantir que completou a fase de mitose e está pronta para a primeira fase de crescimento. Especificamente, as células são verificadas para ver se completaram a divisão celular e se os cromossomos se alinharam corretamente e para garantir que estão presos a fusos.

Antes de a célula entrar na fase S, ela passa o checkpoint G1 / S, também denominado Enter S, onde são verificados o estado nutricional da célula e a integridade do DNA. Esta é uma etapa especialmente importante para uma célula prestes a entrar na fase S. Na levedura, o tamanho da célula é usado como um substituto para determinar se ela está pronta para passar para a próxima fase.

Quando e como as células progridem no ciclo celular é rigidamente controlado por uma infinidade de proteínas reguladoras . Essas proteínas se dividem em dois grupos chamados ciclinas e quinases dependentes de ciclina (Cdks). A atividade dos Cdks flutua junto com as ciclinas. As ciclinas são proteínas que regulam o tempo do ciclo celular. Seus níveis flutuam no ciclo celular, daí seu nome.

Mais tarde na mitose, Cdc14 (uma fosfatase) é mantida refém no nucléolo; isto evita a ativação do fator de especificidade APC (Cdh1), que é necessário para poliubiquitinar ciclinas a jusante. Isso evita a diminuição necessária na atividade do fator de promoção da maturação (um complexo ciclina / CDK) que interrompe a progressão para a telófase.

A telófase é prolongada por tempo suficiente para verificar se os cromossomos segregaram adequadamente. Assim que isso for confirmado, o Cdc14 será lançado. A cascata a jusante associada leva a níveis reduzidos de MPF, o que indica a progressão da célula para além da telófase, saindo da fase de mitose e indo para G1. Tudo o que acontece na telófase e a citocinese resultante é o que chamamos de saída da mitose.

Após a fase de mitose, a célula entra na fase G1. Após a entrada, os complexos de pré-replicação do DNA se posicionam nas origens, preparando-se para a replicação do DNA na fase S. O G1 ciclina-CDK (ciclina D / CDK2) desativa Cdh1, ativando assim a expressão dos componentes ciclina-CDK da fase S (por exemplo, ciclina E / CDK2). O inibidor do complexo ciclina-CDK da fase S é fosforilado, marcando-o para degradação por 5 SCF / proteassoma. Essa ação deixa o complexo ciclina-CDK livre para iniciar ou mover a célula para a próxima fase do ciclo, a fase S. Esta cascata de sinalização em si é bastante conservada entre os grupos, mas as ciclinas específicas e seus CDKs podem variar.

O ponto de verificação G1 parece ser o determinante para o destino da célula no ciclo celular. Se uma célula recebe a luz verde no ponto de verificação G1, geralmente faz as rondas (completando o ciclo e se dividindo). Caso contrário, ele sai do ciclo completamente, entrando na fase G0.

Insira M e a Regulagem da Fase G2

O ponto de verificação Insira M influencia a saída da fase G2. Em cada transição do ciclo celular, as células são continuamente verificadas quanto à integridade do DNA, onde (no caso da transição S para G2) o DNA duplicado é verificado quanto a mutações e corrigido, se necessário. Uma vez passada essa fase de transição, a célula está pronta para a fase G2. As ciclinas e os complexos de cinases dependentes de ciclina (CDKs) também controlam as transições aqui, bem como em G1.

A atividade das ciclinas e seus CDKs é regulada por fosforilação (por uma cinase ativadora de CDK; CAK) e desfosforilação (por uma fosfatase KAP) de resíduos específicos (geralmente tirosina) do sítio de ligação de ATP dos CDKs.

O controle do ponto de verificação Enter M é principalmente semelhante em eucariotos, com a maioria das ciclinas e seus CDKs com homólogos em diferentes grupos eucarióticos. Aqui, iremos nos concentrar na levedura de fissão (Schizosaccharomycespombe) como um exemplo. Quatro proteínas estão envolvidas na regulação da atividade da proteína quinase do CDK em levedura de fissão no controle da entrada na mitose. Antes de continuarmos, é importante notar que a levedura de fissão tem apenas um CDK, enquanto os vertebrados têm uma família de CDKs.

Na levedura de fissão, a ciclina mitótica, Cdc13, forma um complexo com CDK para formar o fator de promoção da maturação (MPF). A proteína-tirosina quinase chamada Wee1 atua como um inibidor desse complexo por fosforilação da tirosina 15 da subunidade CDK. Em seguida, um CAK fosforila uma treonina 161 de ativação. Esta fosforilação dupla inativa o MPF, atrasando a progressão da célula da fase G2 para a fase M. Uma fosfatase, Cdc25, surge e desfosforila a tirosina, ativando assim o MPF. O MPF altamente ativo agora pode liberar a célula e movê-la para a fase mitótica.

Mais uma vez, a célula entra em mitose, mergulhando e depois indo para G1.Aqui, a mesma pergunta é feita novamente, “a célula está destinada a outra viagem do ciclo celular ou deveria sair?” Assim que a decisão é tomada, a célula passa ou sai.

Qual é a diferença entre G1 e G2?

Esperamos que você já tenha medido isso nas seções acima. Aqui está a essência disso, toda a interfase engloba o crescimento e a divisão celular, isso nós sabemos. Uma diferença significativa entre as fases de crescimento é que a primeira fase de crescimento é sobre o crescimento celular, enquanto G2 é sobre a divisão celular. É importante compreender totalmente as funções de essas lacunas (descritas acima).

Por que as fases G1 e G2 da interfase são tão importantes em nossa compreensão da biologia?

O objetivo principal do ciclo celular é a divisão celular. Se as fases de crescimento não cumprirem suas funções, a célula seria reduzida à metade a cada divisão celular até que não houvesse mais nada para se dividir. Isso ocorre porque a replicação do DNA não seria alcançada com sucesso sem as proteínas e organelas necessárias sintetizadas na primeira fase de crescimento.

Para enfatizar a importância dessas fases, daremos uma olhada no que aconteceu ns se eles derem errado. Um exemplo famoso de ciclo celular que deu errado é o câncer. Simplificando, o câncer é o crescimento celular não controlado. No câncer, as células perdem a capacidade de dizer quando estão danificadas e devem sair do ciclo e, preferencialmente, passar por apoptose (morte celular programada).

O câncer resulta de defeitos no controle do ciclo celular (tumor supressores e proto-oncogenes). Se os supressores de tumor não retardarem o ciclo celular para verificações de integridade celular, a célula pode prosseguir na síntese de DNA antes de estar pronta, resultando em replicação de DNA defeituosa.

Para uma célula passar pela replicação de DNA antes está pronto seria desastroso. Como assim, você pergunta? As proteínas que controlam o tempo do ciclo celular são codificadas pelo DNA. Assim, se algo der errado na replicação, é provável que os erros se acumulem e afetem potencialmente muitas outras regiões de codificação, entre as quais outras regiões que codificam para ainda mais reguladores. Isso faria com que o ciclo celular ficasse completamente fora de ordem, levando à proliferação de células tumorais. Se essas células danificadas invadirem outros órgãos ou tecidos, podem resultar na morte do indivíduo afetado.

Agora que passamos por toda a escuridão e desgraça, vamos nos concentrar em um problema específico – o fracasso de G1. Primeiro, o G1 decide quando uma célula pode se dividir com base nas condições ambientais, saúde e tamanho da célula. Se essa decisão for tomada, a saúde da célula não será verificada e, mais uma vez, as células danificadas passarão para a fase S antes de estarem prontas.

Suponhamos que a célula prossiga para a primeira fase de crescimento apenas bem, mas esbarra em um obstáculo no G2. Isso significaria que os microtúbulos, por exemplo, não se montam aqui, o que significa que os cromossomos não são mobilizados. Isso provavelmente levaria à não disjunção e, portanto, a células com um número desigual de cromossomos.

As lacunas (1 e 2) são essenciais para salvaguardar a replicação do DNA e a mitose. Como assim, você pergunta? Voltemos à replicação do DNA que deu errado se o DNA replicante se condensar antes de estar pronto para quebrar. Além disso, se a replicação ocorrer imediatamente antes da mitose, você terá uma separação desigual do material genético. Portanto, é importante manter a replicação e a mitose separadas pelas fases G para preparar as células. A replicação do DNA e a mitose são eventos tão importantes que ter a chance de fases G e pontos de verificação) para verificar a integridade da célula antes que esses eventos aconteçam é uma precaução necessária.

Entender o que acontece nessas fases é fundamental para nossa compreensão do que está errado no câncer.

Conclusão

Esta é uma visão geral introdutória da Biologia das fases G do ciclo celular; não é de forma alguma uma cobertura exaustiva desse assunto complexo. O ciclo celular é uma parte vital da existência de todos os eucariotos. Como tal, é importante que seja rigidamente controlado (por supressores de tumor e proto-oncogenes).

As fases de crescimento são, talvez, as fases mais críticas do ciclo celular. O que acontece em G1 do ciclo celular? O G1 prepara as células recém-saídas da mitose para outra rodada de replicação do DNA, produzindo as proteínas e organelas necessárias. G1 e G2, embora ambos sejam fases de crescimento, são diferentes. Então, o que acontece em G2 do ciclo celular? A segunda fase de crescimento começa a preparar as células com DNA recém-replicado para a entrada na fase de mitose, colocando no lugar as organelas necessárias para a mitose.

O ciclo celular é uma parte vital da persistência contínua de todos os eucariotos e procariontes.

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