Resumos · Biologia e GeologiaPT · Secundário

Crescimento, renovação e diferenciação celular

Estudam-se os processos que asseguram o crescimento e a renovação dos seres vivos. O ciclo celular alterna a interfase (com a replicação do DNA) e a fase mitótica. Descrevem-se a estrutura e a replicação do DNA, as fases da mitose e da citocinese — que originam duas células geneticamente iguais — e a diferenciação celular, base da especialização das células e das células estaminais.

4 secções~11 min de leitura4 competênciasNível Padrão 2 · Aprofundamento 2

T·0888 / 16

Perfil de exame

Descrever as fases do ciclo celularRelacionar a estrutura do DNA com a sua replicaçãoOrdenar e caracterizar as fases da mitose e a citocineseExplicar a diferenciação celular e o conceito de célula estaminal

Operadores:descreverelacionaordenaexplicainterpretaidentifica

nível básico

Reconhecer as fases do ciclo celular e da mitose.

nível avançado

Interpretar gráficos da quantidade de DNA ao longo do ciclo e relacionar mitose com estabilidade genética.

Profundidade

Texto

Conteúdo · 4 secções

Crescimento, renovação e diferenciação celular

O ciclo celular#

PadrãoAE-biologia-e-geologia-11-crescimento-celular

O «ciclo celular» é a sequência de acontecimentos que decorre entre a formação de uma célula e a sua divisão em duas. Compreende dois grandes períodos: a «interfase» (a maior parte do ciclo) e a «fase mitótica» (mitose + citocinese) (ver Fig. 1). Durante a interfase a célula cresce, desempenha as suas funções e prepara-se para a divisão.

O ciclo celular

Fig. 1Fig. 1 — O ciclo celular: interfase (G1, S, G2) e fase mitótica (M).

A interfase divide-se em três subfases. Na «fase G1» a célula cresce e sintetiza proteínas e organelos. Na «fase S» ocorre a «replicação do DNA»: cada molécula de DNA é duplicada, de modo que cada cromossoma passa a ter dois «cromatídeos-irmãos» idênticos, unidos pelo centrómero. Na «fase G2» a célula acaba de crescer e prepara as estruturas necessárias à divisão.

Segue-se a «fase mitótica»: a «mitose» (divisão do núcleo, em que os cromatídeos são repartidos igualmente) e a «citocinese» (divisão do citoplasma), das quais resultam «duas células-filhas geneticamente iguais» entre si e à célula-mãe. É este processo que permite o crescimento dos organismos e a renovação/reparação dos tecidos.

O ciclo é rigorosamente regulado por «pontos de controlo», que verificam se as condições estão reunidas antes de avançar (por exemplo, se o DNA foi corretamente replicado). Quando esta regulação falha, as células podem dividir-se descontroladamente — é o que está na origem do «cancro» (tumores). Algumas células diferenciadas param o ciclo e entram num estado de repouso (G0), deixando de se dividir.

Compreender a sequência do ciclo e, sobretudo, saber que a duplicação do DNA ocorre «na fase S» (antes da mitose) é essencial para interpretar gráficos da quantidade de DNA ao longo do ciclo — um item frequente no Exame.

Exemplo resolvido

Quando se replica o DNA

Indica a fase do ciclo em que o DNA é replicado e justifica por que essa replicação tem de ocorrer antes da mitose.

Identificar a fase
A replicação do DNA ocorre na fase S da interfase.
Consequência da replicação
Cada cromossoma fica com dois cromatídeos idênticos, duplicando a quantidade de DNA.
Relacionar com a mitose
Só com o DNA duplicado é que a mitose pode repartir uma cópia completa para cada célula-filha, garantindo que ambas ficam com a informação genética completa.

Resultado: O DNA replica-se na fase S; tem de anteceder a mitose para que cada célula-filha receba uma cópia completa do material genético.

Erros frequentes

Situar a replicação do DNA na mitose — ocorre antes, na fase S da interfase.
Pensar que a interfase é uma fase de «repouso»: é a fase mais ativa, de crescimento e duplicação.

Revisão ativa

Indica em que fase do ciclo celular ocorre a replicação do DNA e justifica por que ela tem de anteceder a mitose.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 11.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

DNA e replicação#

AprofundamentoAE-biologia-e-geologia-11-crescimento-celular

O «DNA» (ácido desoxirribonucleico) é a molécula que guarda a informação genética. Tem a forma de uma «dupla hélice» — duas cadeias enroladas — constituídas por «nucleótidos». Cada nucleótido tem um grupo fosfato, uma desoxirribose (açúcar) e uma «base azotada»: adenina (A), timina (T), guanina (G) ou citosina (C). As duas cadeias são «antiparalelas» e mantêm-se unidas por pontes de hidrogénio entre as bases.

A união das bases obedece à «complementaridade»: a adenina emparelha sempre com a timina (A–T) e a guanina com a citosina (G–C). Por isso, conhecida a sequência de uma cadeia, fica automaticamente determinada a da outra. Esta complementaridade é a chave da replicação e da transmissão fiel da informação.

Na «fase S», o DNA é «replicado» de forma «semiconservativa»: a dupla hélice abre-se (as pontes de hidrogénio quebram-se) e cada cadeia serve de «molde». Enzimas específicas (as DNA-polimerases) adicionam a cada molde os nucleótidos complementares, formando uma nova cadeia. Cada molécula-filha fica, assim, com uma cadeia antiga (molde) e uma cadeia nova — daí o nome «semiconservativa».

O resultado é a duplicação exata do DNA: obtêm-se duas moléculas idênticas à original, uma para cada futura célula-filha. É esta fidelidade que assegura que a mitose produza células geneticamente iguais. A quantidade de DNA da célula duplica durante a fase S e mantém-se depois até à divisão, quando se reparte pelas células-filhas (ver Fig. 2).

Quantidade de DNA ao longo do ciclo celular

Fig. 2Fig. 2 — A quantidade de DNA duplica na fase S e reparte-se pelas células-filhas na divisão.

A interpretação do gráfico da quantidade de DNA ao longo do ciclo (constante em G1, a duplicar em S, constante em G2/M, a reduzir-se a metade na divisão) é um exercício clássico do Exame, que testa a compreensão conjunta do ciclo celular e da replicação.

Exemplo resolvido

Complementaridade e replicação

Dada a cadeia de DNA A-T-G-C-C-A, escreve a cadeia complementar e explica o que significa a replicação ser semiconservativa.

Aplicar a complementaridade
A↔T e G↔C: para A-T-G-C-C-A a cadeia complementar é T-A-C-G-G-T.
Descrever a replicação
As cadeias separam-se e cada uma serve de molde para uma nova cadeia complementar.
Definir semiconservativa
Cada molécula-filha conserva uma cadeia original (molde) e adquire uma cadeia nova — daí «semiconservativa».

Resultado: Cadeia complementar: T-A-C-G-G-T. A replicação é semiconservativa porque cada molécula resultante mantém uma cadeia antiga e uma nova.

Erros frequentes

Errar o emparelhamento das bases (A com T, G com C — nunca A com G ou C com T).
Dizer que a replicação é conservativa — é semiconservativa (cada molécula-filha tem uma cadeia antiga e uma nova).

Revisão ativa

Uma cadeia de DNA tem a sequência A-T-G-C-C-A. Escreve a sequência da cadeia complementar e explica o significado de replicação semiconservativa.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 11.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Mitose e citocinese#

AprofundamentoAE-biologia-e-geologia-11-crescimento-celular

A «mitose» é a divisão do núcleo que reparte, de forma equitativa, os cromossomas (já duplicados na fase S) pelas duas células-filhas. Divide-se, por comodidade de estudo, em quatro fases contínuas: prófase, metáfase, anáfase e telófase (ver Fig. 3). É um processo contínuo — as fases não têm fronteiras rígidas.

Fases da mitose

Fig. 3Fig. 3 — Sequência das fases da mitose até à citocinese.

Na «prófase», os cromossomas condensam-se e tornam-se visíveis, cada um com dois cromatídeos-irmãos unidos pelo centrómero; o invólucro nuclear desagrega-se e forma-se o «fuso acromático» (mitótico). Na «metáfase», os cromossomas atingem a condensação máxima e alinham-se no plano equatorial da célula (placa equatorial), presos ao fuso pelos centrómeros.

Na «anáfase», os centrómeros dividem-se e os «cromatídeos-irmãos separam-se», migrando cada um para um polo oposto da célula, puxados pelo fuso — passam a ser cromossomas independentes. Na «telófase», os cromossomas chegam aos polos e descondensam-se; reaparece um invólucro nuclear à volta de cada conjunto, formando-se «dois núcleos» idênticos.

Segue-se a «citocinese», a divisão do citoplasma, que difere entre células animais e vegetais (ver Fig. 4). Na célula «animal» forma-se um «anel contráctil» que estrangula a célula a meio (sulco de clivagem), de fora para dentro. Na célula «vegetal», como existe parede celular rígida, forma-se uma «placa celular» (fragmoplasto) no centro, que cresce para fora até dividir a célula.

Citocinese animal vs vegetal

Fig. 4Fig. 4 — A citocinese difere entre células animais e vegetais.

O resultado da mitose e da citocinese são «duas células-filhas geneticamente idênticas» entre si e à célula-mãe (mantendo o número de cromossomas: 2n → 2n). É esta constância que garante a estabilidade genética no crescimento, na renovação e na reprodução assexuada — em contraste com a meiose, que reduz o número de cromossomas e gera variabilidade.

Exemplo resolvido

Ordenar a mitose e o seu resultado

Ordena as fases da mitose e indica o número e o tipo de células que resultam de uma célula 2n.

Ordenar as fases
Prófase → metáfase → anáfase → telófase, seguida da citocinese.
Identificar o acontecimento-chave
Na anáfase, os cromatídeos-irmãos separam-se para polos opostos, garantindo cópias iguais em cada polo.
Resultado
De uma célula 2n resultam duas células-filhas, ambas 2n, geneticamente idênticas entre si e à célula-mãe.

Resultado: Prófase, metáfase, anáfase, telófase (+ citocinese); uma célula 2n origina duas células 2n idênticas.

Erros frequentes

Trocar metáfase (cromossomas alinhados no equador) e anáfase (cromatídeos a separarem-se para os polos).
Confundir a citocinese animal (estrangulamento) com a vegetal (placa celular) — a diferença deve-se à parede celular.

Revisão ativa

Ordena e descreve as quatro fases da mitose e indica quantas células, com que número de cromossomas, resultam de uma célula 2n.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 11.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Diferenciação, células estaminais e clonagem#

PadrãoAE-biologia-e-geologia-11-crescimento-celular

A partir de uma única célula (o zigoto), um organismo pluricelular forma centenas de tipos de células diferentes (neurónios, células musculares, glóbulos vermelhos…). A esta especialização chama-se «diferenciação celular» (ver Fig. 5). O facto notável é que quase todas as células do organismo têm o «mesmo DNA» — a diferença resulta de «expressão génica diferencial»: em cada tipo de célula ativam-se apenas alguns genes, os que definem a sua função.

Da célula estaminal à célula diferenciada

Fig. 5Fig. 5 — Potência das células estaminais e diferenciação em tipos celulares especializados.

As «células estaminais» (ou células-tronco) são células não diferenciadas, capazes de se dividir por mitose e de originar células especializadas. Classificam-se pela sua «potência»: o zigoto é «totipotente» (origina um organismo completo); as células estaminais embrionárias são «pluripotentes» (originam qualquer tipo de célula do corpo); e as células estaminais adultas são «multipotentes» (originam um número limitado de tipos, como as da medula óssea, que renovam as células do sangue).

As células estaminais são a base da renovação e reparação dos tecidos ao longo da vida (por exemplo, a medula óssea produz continuamente células sanguíneas). Têm grande interesse médico na «medicina regenerativa» — a possibilidade de substituir células ou tecidos danificados —, embora o seu uso levante também questões éticas, sobretudo no caso das embrionárias.

A «clonagem» é a produção de indivíduos ou células geneticamente idênticos a partir de uma célula. Baseia-se no facto de o núcleo de uma célula diferenciada conservar toda a informação genética: transferindo-o para um óvulo sem núcleo, pode originar-se um novo organismo idêntico ao dador (como a ovelha Dolly, em 1996). A reprodução assexuada, que se estudará a seguir, é uma forma natural de clonagem.

Compreender que a diferenciação resulta da expressão diferencial dos mesmos genes — e não da perda de genes — é um ponto conceptualmente importante e frequentemente avaliado.

Exemplo resolvido

Mesmo DNA, células diferentes

Explica como um neurónio e uma célula muscular, com o mesmo DNA, podem ter estruturas e funções tão diferentes.

Reconhecer o DNA comum
Ambas provêm do mesmo zigoto por mitose, pelo que têm o mesmo conjunto de genes.
Introduzir a expressão diferencial
Em cada tipo de célula ativam-se apenas alguns genes — os que codificam as proteínas próprias da sua função.
Concluir
A diferença resulta de expressão génica diferencial (genes distintos ativos), não de perda de genes.

Resultado: As duas células têm o mesmo DNA, mas expressam genes diferentes; é a expressão génica diferencial que as torna especializadas.

Erros frequentes

Pensar que as células diferenciadas perdem genes — mantêm todo o DNA; muda é quais os genes ativos.
Confundir totipotência (origina um organismo completo) com pluripotência (origina qualquer tipo de célula, mas não um organismo).

Revisão ativa

Explica como, tendo todas as mesmas informação genética, um neurónio e uma célula muscular podem ser tão diferentes.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 11.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Referências e fontes

Fontes

Direção-Geral da Educação (DGE)

Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 11.º ano

Crescimento, renovação e diferenciação celular

4 secções~11 min de leitura4 competênciasNível Padrão 2 · Aprofundamento 2

Crescimento, renovação e diferenciação celular

Pontos-chave

Quando se replica o DNA

Pontos-chave

Complementaridade e replicação

Pontos-chave

Ordenar a mitose e o seu resultado

Pontos-chave

Mesmo DNA, células diferentes

Fontes

Crescimento, renovação e diferenciação celular

Pontos-chave

Quando se replica o DNA

Pontos-chave

Complementaridade e replicação

Pontos-chave

Ordenar a mitose e o seu resultado

Pontos-chave

Mesmo DNA, células diferentes

Fontes