O documento descreve estudos sobre os efeitos da cafeína no ciclo celular de células de Cannabis sativa e sobre os efeitos da nicotina no DNA de linfócitos humanos. O documento também descreve como células com cromossomas extras apresentam maior probabilidade de segregação cromossômica anormal durante a divisão celular.

1. Ensino Secundário Disciplina: Biologia e Geologia 11ºano Professora: Paula Lopes Página: 1 / 7
Colégio João de Barros
BIOLOGIA E GEOLOGIA - 11.ºANO
COMPONENTE DA FORMAÇÃO ESPECÍFICA
Ficha de Ampliação- Ciclo celular e diferenciação celular
Domínio: Crescimento, renovação e diferenciação celular
Capítulo: Ciclo celular
Aprendizagem Essencial por domínio: Explicar o ciclo celular e a sequência de acontecimentos que caracterizam mitose e
citocinese em células animais e vegetais e interpretar gráficos da variação do teor de ADN durante o ciclo celular.
GRUPO I
Ciclo celular
Documento I
Para conhecer os efeitos induzidos pela cafeína em células em divisão de ápices radiculares de Cannabis
sativa, foi realizado o estudo seguinte. Sementes de cânhamo (C. sativa) foram expostas a sete
concentrações de cafeína (0,01%, 0,05%, 0,1%, 0,125%, 0,25%, 0,3% e 0,5%) durante um período de 12
horas de tratamento. De seguida, as sementes foram colocadas a germinar em placas de Petri, sobre
papel de filtro humedecido com água destilada. Quando as raízes das novas plantas atingiram o
comprimento entre os 10 e os 12 mm, as suas extremidades foram removidas e preparadas para
observação microscópica das suas células. A partir dessas observações, foram determinados o índice
mitótico bem como a distribuição percentual das fases da divisão celular. Os resultados foram comparados
com o controlo e encontram-se expressos na tabela I.
Tabela I. Índice mitótico e fases mitóticas em células de Cannabis sativa com diferentes concentrações de
cafeína
Concentração
de cafeína
Total
Índice mitótico* Prófase Metáfase Anáfase-telófase
n.° % n.° % n.° % n.° %
Controlo 8790 1602 18,23 878 9,99 373 4,24 251 4,00
0,01% 8020 1616 20,15 988 12,32 233 2,90 395 4,93
0,05% 7907 1909 24,14 1170 14,80 251 3,17 488 6,17
0,1% 6835 1042 15,25 803 11,75 74 1,09 165 2,41
0,125% 7407 1049 14,16 807 10,89 90 1,21 152 2,06
0,25% 8135 824 10,13 598 7,35 68 0,84 158 1,94
0,3% 7324 601 8,20 453 6,18 51 0,70 97 1,32
0,5% 8011 565 7,05 421 5,25 52 0,65 92 1,15
* O índice mitótico corresponde à percentagem de células em mitose.
Baseado em Truta, E., Surdu, S., Olteanu, Z., Zamfirache, M. M., & Oprica, L. (2009).
Cytogenetic effects induced by caffeine in Cannabis sativa (hemp) root meristems. Plant, fungal and habitat diversity
investigation and conservation, 77, 499-503
Documento II
O papel da nicotina do tabaco na biologia tumoral é amplamente discutido, estando bem estabelecido o
seu potencial mutagénico em células dos pulmões. Uma variedade de marcadores e parâmetros de
toxicidade são necessários para caracterizar o potencial genotóxico da nicotina, tais como a formação de
micronúcleos e outras aberrações cromossómicas.

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Os micronúcleos são estruturas constituídas por material cromatídico contido num invólucro nuclear de
menores dimensões que o núcleo principal, em células resultantes de mitose. Estas estruturas resultam,
principalmente, de quebras do DNA e de distúrbios durante a separação dos cromos- somas, constituindo
um dano irreversível no material genético das células
Para estudar alguns destes parâmetros, expuseram-se linfócitos humanos in vitro a concentrações de
nicotina, entre 1 µM e 1 mM, durante 24 horas. Ao fim deste tempo, foram determinados vários
parâmetros, entre outros, a frequência de micronúcleos e a percentagem de metáfases com aberrações
cromossómicas.
Figura 1. Resultados experimentais. Percentagem de células binucleadas com micronúcleo (MN). Percentagem de
cromossomas metafásicos com aberrações (MA) em diferentes tratamentos com nicotina.
Baseado em Ginzkey, C., Friehs, G., Koehler, C., Hackenberg, S., Hagen, R., & Kleinsasser, N. H. (2013). Assessmentof
nicotine-induced DNA damage in a genotoxicological test battery. Mutation Research/Genetic Toxicology and
Environmental Mutagenesis, 751(1), 34-39. DOI: 10.1016/j.mrgentox.2012.11.004
1. Indique como foi feito o controlo usado na experiência referida no Documento I.
2. Construa um gráfico de barras com a variação da percentagem do índice mitótico e do total de células
em interfase em função dos diferentes tratamentos a que se refere o Documento I.
3. Deduza um possível efeito da cafeína sobre as células da raiz de cânhamo, tendo em conta os
resultados experimentais.
4. Indique a variável independente no estudo referido no Documento II.
5. Atendendo aos dados obtidos representados na figura 1, estabeleça uma relação hipotética entre a
formação de micronúcleos e a ocorrência de metáfases aberrantes.
GRUPO II
Anomalias na divisão celular
Por vezes, o processo de separação dos cromossomas, durante a mitose, não funciona correta- mente,
originando-se células com mais ou menos cromossomas. Esta condição é uma das principais causas de
aborto espontâneo e de defeitos congénitos em seres humanos, e também uma característica comum em
células de cancro.
Nas células cancerosas é comum que os cromossomas não sejam corretamente segregados durante a
anáfase, um fenómeno conhecido como instabilidade cromossómica.
Para procurar estabelecer uma relação entre a alteração do número de cromossomas e a segregação
cromossómica anómala durante a divisão de células humanas, uma equipa de investigação utilizou vários
tipos de células, saudáveis e cancerosas, com um número normal de cromossomas ou com um
cromossoma extra, incluindo: células de cancro colorretal DLD1, com um número normal de cromossomas
(2n = 46) e com cromossomas 7 ou 13 extra (DLD1+7 e DLD1+13, respetiva- mente); e fibroblastos fetais
normais (AF) e com trissomia 13 (AF+13), recolhidos do líquido amniótico (fig. 2).
A B

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A B
C
Verificou-se que, quando estas células se dividiam, as células que tinham uma cópia extra do cromossoma
7 ou 13 tinham mais tendência a distribuir os cromossomas de forma desigual, em comparação com as
células com um número normal de cromossomas. Observou-se, também, que as células com um
cromossoma 13 extra eram incapazes de se dividir adequadamente em duas, uma incapacidade atribuída
ao nível anormalmente elevado, nestas células, da proteína espartina, importante para o último estágio da
divisão celular. Nos gráficos da figura 2 apresentam-se dados relativos às várias observações efetuadas.
Figura 2. Divisão celular em fibroblastos normais e com trissomia 13. As setas a branco apontam para cromossomas. O DNA está
corado a verde, e os microtúbulos, a vermelho. Os valores numéricos referem-se ao tempo decorrido em minutos e segundos.
Figura 2. Observações efetuadas. e Valores percentuais de anáfases anómalas em células de cancro colorretal
e em fibroblastos fetais. Distribuição de diferentes estados nucleares em fibroblastos fetais.
Baseado em Nicholson, J. M., Macedo, J. C., Mattingly, A. J., Wangsa, D., Camps, J., Lima, V., …, & E.,
Cimini, D. (2015). Chromosome mis-segregation and cytokinesis failure in trisomic human cells. eLife4, 4, e05068
DOI: 10.7554/eLife.05068
1. Identifique as etapas do ciclo celular nas células AF representadas na figura 1.
2. Compare a percentagem de células com anáfase anómala entre células normais e células com
trissomias.
3. Discuta em que medida os dados apresentados nos gráficos A e B da figura 2 permitem estabelecer
uma relação mais estreita entre a alteração do número de cromossomas e a instabilidade cromossómica
nas células cancerosas a que o texto faz referência.
4. Explique o aparecimento de células com 2n = 46 + (13) e de células com ploidia 4n, com base nos
dados fornecidos na figura 1 e no texto.
5. Indique a percentagem de células 4n observadas entre as células AF com trissomia 13.

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GRUPO III
O taxol e o ciclo celular
O taxol é uma substância utilizada no tratamento de doentes oncológicos, isolada a partir da casca do
teixo, uma árvore da família Taxaceae, que já foi abundante na região da serra da Estrela, como o
sugerem o nome das localidades de Teixeira e Teixoso, localizadas nos concelhos de Seia e da Covilhã,
respetivamente. Hoje ainda é possível encontrar alguns exemplares desta árvore na região, por exemplo,
no vale glaciar do Zêzere, na serra da Estrela.
Para se obter 1 kg de taxol, são necessárias, em média, 3000 árvores. Além disso, o tratamento de um
único paciente requer o corte e processamento de seis árvores de 100 anos. Este problema de
suprimento, combinado com a ameaça a certas espécies animais em extinção, levou os pesquisadores a
desenvolver uma bactéria (Streptomyces coelicolor) que fermenta um componente similar ao taxol.
O taxol é utilizado no tratamento de cancro da mama, do pulmão, do ovário, da garganta, do cérebro e de
mais alguns tipos de cancro. Uma das
características mais comuns das células
cancerígenas é o seu ritmo rápido de divisão
celular. Para que este ritmo acelerado de divisão
possa ocorrer, o citoesqueleto da célula está em
constante reestruturação, o que implica uma certa
flexibilidade.
O taxol atua no ciclo celular, impedindo a mitose
(ver figura), devido à ligação permanente a uma
subunidade da tubulina, proteína que faz parte dos
microtúbulos do fuso acromático. Esta ligação leva
à formação de um composto estável que fixa os
microtúbulos no lugar, retirando-lhes flexibilidade
e, assim, entre outros efeitos, pode impedir a
separação dos cromatídios durante a divisão
celular.
A ação do taxol também induz à morte
programada (apoptose) das células tumorais
através da sua ligação com uma proteína inibidora
da apoptose, o que a impede de exercer a sua
função.
(Imagem baseada em http://content.onlinejacc.org/cgi/content/full/47/4/708/FIG2)
1. Selecione a opção que permite obter uma afirmação correta para cada um dos itens seguintes.
1.1. O taxol pode impedir o ciclo celular atuando, na fase mitótica, essencialmente...
(A) durante a prófase.
(B) no final da anáfase.
(C) em metáfase.
(D) durante a telófase.
1.2. Considerando uma célula submetida à ação do taxol, será de esperar que...
(A) o ponto de controlo em G2 provoque a paragem do ciclo celular.
(B) a célula não passe o ponto de controlo em G1.
(C) a fase S não ocorra.
(D) as alterações resultantes possam ser detetadas no ponto de controlo M.

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1.3. Células tumorais humanas submetidas ao taxol, no momento de bloqueio do ciclo, apresentam...
(A) 23 pares de cromossomas e 23 cromatídios.
(B) 46 cromossomas e 46 moléculas de DNA.
(C) 23 pares de cromossomas e 46 pares de cromatídios.
(D) 23 pares de cromossomas e 92 pares de cromatídios.
1.4. Se o ciclo celular prosseguir, mesmo na presença de taxol, as células-filhas...
(A) poderão morrer, devido a estar inibido o mecanismo bioquímico que evita a apoptose.
(B) poderão morrer, devido à inibição da apoptose.
(C) deverão manter-se em G0 até que os mecanismos de reparação restabeleçam o número de
cromossomas característico.
(D) deverão apresentar uma guarnição cromossómica duplicada.
1.5. Num ciclo celular normal, durante a fase S, a estrutura dos cromossomas sofre alterações...
(A) devido ao aumento da síntese proteica.
(B) devido ao aumento de condensação da cromatina.
(C) passando a ser constituídos por dois cromatídios resultantes da transcrição do DNA.
(D) passando a ser constituídos por dois cromatídios resultantes da replicação semiconservativa do DNA.
1.6. A divisão do citoplasma da célula que permite a individualização das células-filhas denomina-se...
(A) citocinese e ocorre nos animais por estrangulamento do citoplasma.
(B) telófase e ocorre nas plantas a partir de vesículas golgianas alinhadas na zona equatorial.
(C) interfase e ocorre nas plantas por estrangulamento do citoplasma.
(D) fase mitótica e ocorre nos animais a partir de vesículas golgianas alinhadas na zona equatorial.
2. Ordena as letras A a E, de modo a estabelecer a sequência cronológica de acontecimentos que
ocorrem durante o ciclo celular a partir de uma célula em G0.
A. A cromatina sofre compactação e enrolamento, tornando os cromossomas mais curtos e densos, e os
centríolos começam a movimentar-se no sentido dos pólos da célula, com início da formação do fuso
mitótico.
B. Os cromossomas, unidos ao fuso acromático, deslocam-se em direção ao centro da célula, para a placa
equatorial.
C. O núcleo desaparece, a membrana nuclear desintegra-se e os cromossomas ligam-se ao fuso
acromático.
D. A célula aumenta de volume, com síntese de biomoléculas maioritariamente proteínas e a formação de
novos organitos celulares.
E. Ocorre rutura do centrómero, os cromatídeos de cada cromossoma separam-se e os cromossomas
ficam apenas com um cromatídeo.
3. Faça corresponder cada uma das descrições da coluna ao termo da coluna b que identifica a respectiva
fase do ciclo celular
Coluna A Coluna B
(a) Cada cromossoma passa a ser constituído por dois cromatídeos
ligados pelo centrómero.
(b) Caracteriza-se pela atividade de biossíntese de proteínas e
outras biomoléculas e um notório crescimento celular.
(c) Clivagem dos centrómeros e cada cromatídeo passa a constituir
um cromossoma independente.
(d) Os cromossomas atingem o seu máximo encurtamento.
(1) Prófase
(2) Metáfase
(3) Anáfase
(4) Telófase
(5) Fase S
(6) Citocinese
(7) Fase G1
(8) Fase G2

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4. Indique em que momento do ciclo celular ocorre uma redução da quantidade de DNA por lote de
cromossomas
5. Tendo em conta as características das células tumorais e os mecanismos de ação do taxol, explique a
sua aplicação no tratamento de doentes com cancro.
GRUPO IV
Células estaminais e clonagem terapêutica
O potencial terapêutico que resulta da utilização de células estaminais parece ser enorme. A sua utilização
em terapias de combate a doenças cardiovasculares, neurodegenerativas, diabetes, acidentes vasculares
cerebrais, doenças hematológicas, traumas na medula espinal e nefropatias, tem vindo a ser incrementada
com bons resultados, o que tem feito aumentar grandemente o interesse por estas células.
As células estaminais podem ser obtidas por vários processos e, depois de isoladas, pode induzir-se a sua
diferenciação em diferentes tipos de células. Um desses processos é a clonagem terapêutica que, ao
contrário da clonagem reprodutiva, não pretende obter indivíduos, mas apenas células para reparar
tecidos lesados.
A figura seguinte ilustra, de modo simplificado, as principais etapas desta técnica.
1. Selecione a opção que permite obter uma afirmação correta para cada um dos itens seguintes.
1.1. Na clonagem terapêutica não existe risco de rejeição das células, porque estas...
(A) são desenvolvidas a partir de um ovo.
(B) apresentam o DNA do paciente.
(C) são obtidas de um embrião no estádio de blastocisto.
(D) crescem em placas de Petri.
1.2. As células estaminais obtidas por este processo são células...
(A) totipotentes, porque são capazes de originar um indivíduo completo.
(B) pluripotentes, porque são capazes de originar qualquer tipo de célula.
(C) diferenciadas, porque foram obtidas a partir de células adultas.
(D) unipotentes, porque apenas podem originar um único tipo de células.
1.3. Tendo em conta os fundamentos desta técnica, podemos afirmar que o DNA das células adultas do
paciente…
(A) não foi alterado durante o processo que conduziu à especialização
(B) foi alterado durante o processo que conduziu à especialização.
(C) é inativado por fatores químicos existentes no ovo.
(D) é misturado com o DNA retirado do ovo.

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1.4. Na etapa 4 da figura podemos afirmar que o ovo possui todos os fatores químicos capazes de...
(A) provocar a ativação de genes inativados no núcleo da célula somática utilizada.
(B) provocar a desdiferenciação da célula somática utilizada.
(C) programar o DNA para originar um indivíduo geneticamente diferente do dador da célula somática.
(D) alterar o DNA para que este seja igual ao do ovo utilizado.
1.5. Nos métodos de clonagem reprodutiva procede-se como na clonagem terapêutica...
(A) até à fase representada por 4 na figura e depois implanta-se o ovo no útero de uma fêmea.
(B) até à obtenção do blastocisto, que depois é introduzido no útero de uma fêmea.
(C) para a obtenção do núcleo, que é depois introduzido num espermatozoide anucleado.
(D) e as células estaminais isoladas do embrião são utilizadas para obter gâmetas.
1.6. A capacidade de uma célula originar outros tipos de células especializadas é...
(A) tanto maior quanto maior o seu grau de diferenciação.
(B) tanto maior quanto menor o seu grau de diferenciação.
(C) proporcional ao seu tamanho.
(D) independente do seu grau de diferenciação.
2. A regulação da expressão dos genes pode ocorrer em diferentes momentos da expressividade do DNA
envolvendo moléculas do ambiente celular.
Ordene as letras A e E, de modo a colocar por ordem cronológica os momentos em que pode ocorrer o
controlo da expressão dos genes.
A. Controlo ao nível da produção das de proteínas.
B. Controlo ao nível do processamento do mRNA.
C. Controle ao nível da transcrição.
D. Controlo ao nível do transporte do mRNA
E. Controle ao nível da tradução.
3. Faça corresponder cada uma das descrições da coluna A ao termo da coluna B que identifica o
respetivo conceito.
Coluna A Coluna B
(a)Permite obter indivíduos geneticamente iguais ao progenitor
(b)Processo que permite às células somáticas adquirirem
características que lhe semelhantes às células embrionárias.
(c)Capacidade para originar indivíduos completos.
(d)Aquisição de especializações celulares que definem a estrutura e
a função de uma célula.
(e)Capacidade de uma célula se desenvolver/diferenciar num só tipo
de célula/tecido.
(1) Totipotência
(2) Desdiferenciação
(3) Pluripotência
(4) Clonagem
(5) Diferenciação
(6) Unipotência
(7) Multipotência
(8) Embriogénese
4. Explique como duas células idênticas e com o mesmo material genético, como as obtidas pelo
processo de clonagem indicado, se tornam morfológica e funcionalmente diferentes.
5. Explique de que forma técnica de clonagem terapêutica descrita comprova que a diferenciação não
implica a mudança irreversível do genoma.