Núcleo e ciclo celular

Em um ciclo mitótico típico, antes de distribuir seu material genético entre células-filhas, a célula precisa copiá-lo. Cópia e distribuição são processos distintos, realizados em momentos diferentes do ciclo celular. Essa separação explica por que o número de moléculas de DNA pode mudar sem alteração imediata no número de cromossomos.

O modelo desta página descreve uma célula eucariótica com núcleo e um ciclo proliferativo típico. Nem toda célula está continuamente se preparando para uma divisão: existem células em estados de quiescência e células especializadas com capacidades de proliferação diferentes.

Núcleo: organização e comunicação

O envoltório nuclear é constituído por duas membranas e separa o conteúdo nuclear do citosol. Complexos de poros participam da passagem regulada de materiais. RNAs produzidos a partir de genes nucleares e proteínas que atuam no núcleo dependem dessa comunicação entre compartimentos.

No interior do núcleo, o DNA está associado a proteínas, formando cromatina. O nucléolo é uma região relacionada à produção e ao processamento de RNA ribossômico e à montagem de subunidades ribossômicas. Ele não é uma pequena organela envolvida por sua própria membrana.

A transcrição de genes nucleares ocorre nesse ambiente, mas a tradução é realizada por ribossomos. Para acompanhar a passagem da informação à proteína, consulte DNA, RNA e síntese proteica.

Cromatina, cromossomos e cromátides

Cromossomos não surgem do nada quando começa a divisão. O material cromossômico já existe na intérfase, geralmente menos condensado. A condensação facilita sua visualização e distribuição em etapas da divisão.

Antes da replicação, cada cromossomo apresenta uma molécula de DNA de dupla fita. Após a replicação, um cromossomo duplicado apresenta duas cromátides-irmãs, cada qual com uma molécula de DNA. As cromátides permanecem associadas até sua separação.

Na convenção usada para as contagens escolares, as cromátides unidas correspondem a um cromossomo duplicado. Quando se separam, cada uma passa a ser contada como um cromossomo independente. Por isso, uma contagem precisa informar o instante e se considera uma célula inteira ou cada futuro núcleo.

G1, S e G2: a intérfase é ativa

A intérfase compreende G1, S e G2 no ciclo típico. Em G1, a célula mantém intensa atividade metabólica e pode crescer. Na fase S, ocorre replicação do DNA. Ela é semiconservativa: cada molécula resultante conserva uma fita anterior e apresenta uma fita recém-sintetizada. Em G2, continuam atividades de preparação e verificação antes da divisão.

Intérfase não é sinônimo de descanso. A célula pode sintetizar RNAs, proteínas e outros componentes enquanto desempenha suas funções. Tampouco a fase S corresponde à mitose: a cópia do DNA antecede a distribuição mitótica.

A duração relativa dessas fases varia entre tipos celulares e condições. Um esquema com setores de mesmo tamanho não prova que todas as etapas durem o mesmo tempo. Gráficos e tabelas precisam ser interpretados com os valores fornecidos, não com a aparência de uma ilustração.

Duas medidas diferentes: conjuntos cromossômicos e DNA

A notação $n$ descreve conjuntos cromossômicos. Uma célula diploide possui dois conjuntos, indicada por $2n$. Para quantidade de DNA, usa-se frequentemente $C$, definido em relação a um conjunto haploide não replicado.

Uma célula diploide em G1 apresenta $2n$ e $2C$. Depois da fase S, em G2, continua $2n$, mas possui $4C$. Não se tornou tetraploide apenas porque replicou o DNA: cada cromossomo passou a ter duas cromátides.

É importante declarar a referência de $C$. Se um exercício definir outra unidade de massa ou quantidade de DNA, a proporção deve ser reconstruída a partir dessa definição. As letras resumem uma contagem; não substituem o entendimento do que está sendo medido.

Exemplo resolvido: uma espécie com 2n = 8

Considere uma célula diploide de uma espécie com oito cromossomos. Em G1, ela possui oito cromossomos e oito moléculas de DNA. Ao concluir a fase S, apresenta oito cromossomos duplicados, 16 cromátides e 16 moléculas de DNA.

Durante a anáfase mitótica, quando as cromátides se separam, a célula ainda não dividida passa a conter 16 cromossomos independentes. Oito deslocam-se para cada polo. Ao terminar a divisão, cada célula-filha recebe oito cromossomos e oito moléculas de DNA, nas condições usuais de distribuição correta.

Assim, a resposta muda se a pergunta disser “na célula inteira em anáfase” ou “em cada célula-filha”. Desenhar uma linha separando os futuros núcleos ajuda a evitar a troca entre o total temporário e a quantidade por produto da divisão.

Controle do ciclo e estados celulares

A progressão do ciclo é regulada por mecanismos que integram sinais e condições internas. Sistemas de controle podem interromper a progressão quando a replicação está incompleta ou a distribuição cromossômica não está adequadamente organizada.

A saída do ciclo pode envolver um estado chamado G0. Em alguns contextos, células quiescentes retornam à proliferação; em outros, a especialização restringe essa possibilidade. Portanto, não convém definir G0 como morte celular nem como retorno obrigatório ao ciclo.

Também é necessário distinguir divisão de diferenciação. A divisão aumenta o número de células; a diferenciação modifica características funcionais por mudanças reguladas na expressão e organização celular. Uma célula-filha não adquire automaticamente uma função nova apenas porque houve mitose.

Como revisar uma contagem

Antes de calcular, registre a ploidia inicial, a ocorrência de replicação e a estrutura que está sendo separada. Depois indique se a medida é por célula, por núcleo ou por polo. Essa sequência resolve a maior parte das ambiguidades de cromossomos e DNA.

Em mitose e meiose, a mesma regra será aplicada a divisões diferentes. A fase S dobra o DNA; o resultado final depende de como os cromossomos são distribuídos depois.