Os gametas, também chamados de células sexuais ou células germinativas, são únicos entre os muitos tipos de células do seu corpo por terem apenas 23 cromossomos, metade do número que suas outras células possuem. As células cotidianas dos tecidos do corpo têm duas cópias de cada cromossomo, uma de cada um de seus pais. Os cromossomos humanos são numerados de 1 a 22, e o cromossomo restante, um cromossomo sexual, recebe uma letra em vez de um número - "X" ou "Y". Cópias correspondentes de cromossomos - ou seja, cromossomos com o mesmo número atribuído, como o cromossomo 11 ou o cromossomo 18 - são chamadas de cromossomos homólogos e têm a mesma aparência no microscópio, mesmo que sejam diferentes no nível de sua composição precisa de DNA. Ou seja, a cópia do cromossomo 9 que você recebeu de sua mãe se parece com a cópia do cromossomo 9 que você recebeu de seu pai, e assim por diante nos outros cromossomos.

Como você deve ter adivinhado ou aprendido em pesquisas anteriores , suas células do cotidiano têm uma cópia inteira do DNA fornecido pelos cromossomos de cada um de seus pais porque, cerca de nove meses antes de você nascer, uma célula de sua mãe e uma célula que seu pai se uniu para criar a célula que finalmente se tornou a pessoa que você é agora. Mas se cada uma dessas células de seus pais tivesse 46 cromossomos, como a maioria das células humanas, suas células teriam 92. O processo único de formação de gametas na meiose é o que preserva o número de cromossomos através das gerações e garante a diversidade genética, uma característica que é vital para a sobrevivência de qualquer espécie.
Fundamentos da divisão celular

O ácido desoxirribonucleico (DNA) serve como material genético em todos os seres vivos. ("Material genético", neste contexto, refere-se a um conjunto completo de informações quimicamente codificadas que podem ser passadas para a prole, ou seja, é herdável.) Nos procariontes, um grupo para todas as intenções e propósitos sinônimo de bactérias, essa informação genética geralmente existe em a forma de um anel, o que significa que as bactérias possuem um único cromossomo circular (mais sobre essas estruturas em breve). Esse DNA não faz parte de um núcleo, pois os procariontes não possuem organelas internas fechadas por membranas duplas no plasma.
Organismos eucarióticos (plantas, animais e fungos) possuem DNA encerrado em uma membrana dupla, formando o núcleo exclusivo para células eucarióticas. O DNA dos eucariotos é dividido em pedaços discretos chamados cromossomos, que também são embalados com proteínas estruturais distintas. Como mencionado acima, as células humanas, exceto os gametas, têm 46 cromossomos. Organismos eucarióticos também possuem mitocôndrias, organelas em forma de charuto que, acredita-se, funcionavam há mais de um bilhão de anos atrás como bactérias autônomas; eles estão envolvidos na respiração aeróbica, mas também possuem seu próprio DNA.

O DNA, além de ser a apresentação característica dos cromossomos, é funcionalmente dividido em genes, que são comprimentos de DNA que carregam o código de um produto proteico específico. Em um processo chamado transcrição, o DNA é usado como modelo para sintetizar uma molécula semelhante chamada RNA mensageiro (mRNA). Essa molécula migra para fora do núcleo (nos eucariotos) e para os ribossomos que ficam no citoplasma da célula. Aqui, o mRNA é usado para fabricar proteínas a partir de aminoácidos em um processo chamado tradução. Mais especificamente, nesta discussão, o DNA também sofre replicação, o que significa simplesmente que ele faz uma cópia de si mesmo. O DNA de cada célula faz isso em sua totalidade exatamente uma vez como precursor da divisão celular. Ou seja, em humanos, todos os 46 cromossomos humanos, cada um dos quais contém uma única molécula de DNA muito longa, se replicam antes que a divisão celular possa ocorrer.

A divisão celular bacteriana é freqüentemente chamada de fissão binária e envolve o organismo unicelular simplesmente dividindo em dois para fazer um par de cópias idênticas ao organismo parental. A fissão binária é uma forma de reprodução assexuada, o que significa que nenhuma mistura de material genético entre bactérias diferentes ocorre como parte do processo reprodutivo normal. A divisão celular eucariótica, por outro lado, assume duas formas. Na mitose, o processo é muito parecido com o da fissão bacteriana, embora mais complicado devido à maior complexidade das células eucarióticas. Na meiose, no entanto, o mecanismo é sutil e poderosamente diferente.
Células dos Gametas
Os gametas são produzidos nas gônadas dos animais - testículos nos homens e ovários nas mulheres. Também chamados células sexuais ou células germinativas, esses gametas têm nomes diferentes em diferentes organismos. Nos machos, os gametas são chamados espermatócitos, enquanto nas fêmeas são conhecidos como oócitos. Os gametas, como observado, têm uma cópia de cada cromossomo numerado e um cromossomo sexual. Cada um desses cromossomos é um mosaico, ou colcha de retalhos, do material nos cromossomos correspondentes da mãe e do pai do organismo. Ou seja, a cópia do cromossomo 14 que fica em qualquer um dos gametas produzidos pelo seu corpo representa uma mistura do material da cópia do cromossomo 14 que você herdou de seu pai e o material da cópia do cromossomo 14 que você herdou de sua mãe e da mesma forma para o resto dos seus cromossomos. Além disso, cada gameta produzido pelas suas gônadas é uma mistura única dos cromossomos materno e paterno. Se não fosse esse o caso, todas as crianças resultantes da união de um determinado casal teriam a mesma aparência, porque cada criança resultaria da fusão de gametas geneticamente indistinguíveis. Isso implica que a formação de gametas individuais, denominada gametogênese, inclui uma ou mais etapas que operam com algum grau de aleatoriedade. De fato, existem duas etapas distintas, exploradas em uma seção subsequente.
Cromossomos

Antes de iniciar uma descrição da formação de gametas, é útil explorar os cromossomos com mais detalhes, pois são eles que acabam sendo tomados. separados, transportados e remontados durante a reprodução celular. Os cromossomos consistem em segmentos distintos de cromatina, que nos eucariotos é um material que consiste em uma mistura de DNA e proteínas chamadas histonas. As histonas se agrupam em grupos de oito subunidades chamadas octâmeros, e o DNA na cromatina associada se enrola em torno de cada octômero de histonas, como um fio que envolve um carretel, fazendo cerca de duas revoluções por octâmero. Isso condensa a cromatina de sua forma linear até certo ponto, mas é o empilhamento sucessivo desses complexos de DNA-octâmero, chamados nucleossomos, que realmente permite que a cromatina seja supercondensada. Uma cópia inteira dos seus locais de DNA em todas as células, mas esticada em uma linha reta, esse DNA chegaria a 6 pés de comprimento.

Seus 23 pares de cromossomos não contêm quantidades iguais de cromatina e eles variam consideravelmente em tamanho. Quando o DNA se replica, cada cromossomo permanece ligado em uma posição fixa à cópia recém-criada. Esse ponto é chamado de centrômero, e as duas cópias idênticas de cada cromossomo são chamadas de cromátides irmãs. O centrômero, apesar de seu nome, não costuma estar no meio das cromátides que liga, mas em uma extremidade - facilitando a distinção entre cromossomos individuais numerados um do outro sob um microscópio. As porções cromatídicas mais curtas em uma extremidade do centrômero são chamadas de braços-p, enquanto os braços mais longos são chamados de braços-q.
Gametogênese: Mitose versus meiose I e II
mitose é o termo para divisão celular que produz o DNA da célula filha idêntico ao pai e ao outro. Por outro lado, a meiose resulta em células filhas geneticamente únicas e distintas uma da outra.

Pouco antes da mitose, que é dividida por conveniência em quatro fases (prófase, metáfase, anáfase e telófase), a os cromossomos celulares, que geralmente ficam em um aglomerado frouxo, como fios descuidadamente lançados de lado, se replicam (até esse momento, cada um existe como um único cromatídeo linear) e começam a condensar em suas formas características. Eles então migram para o meio da célula e se reúnem em uma linha de 46, com as extremidades de um conjunto de cromátides adjacentes às extremidades das do cromossomo seguinte. Os microtúbulos que se estendem perpendicularmente à linha formada pelos cromossomos se prendem aos lados dos cromossomos e os separam, de modo que cada célula filha recém-formada receba uma irmã cromátide de cada um dos 46 cromossomos. A célula termina de se dividir e forma novas membranas ao redor dos novos núcleos e das duas novas células como um todo.
Na meiose, o processo começa com uma replicação completa do DNA de todos os 46 cromossomos, como na mitose. Nas células testiculares e ovarianas direcionadas à produção de gametas, no entanto, a maneira como os cromossomos se alinham ao longo do eixo de divisão é muito diferente. Na meiose I, os cromossomos homólogos "se encontram" e se ligam para produzir uma estrutura com dois cromossomos lado a lado, um da mãe e outro do pai, chamado bivalente. Com os cromossomos homólogos se tocando, eles trocam porções de seu DNA entre si. Por exemplo, uma determinada quantidade de DNA no braço longo da cópia do cromossomo 6 da mãe (rotulada q6) pode chegar ao local correspondente no cromossomo do pai e aceitar a seção q6 do pai em seu lugar. Isso é chamado de cruzamento e é um dos dois principais fatores que impulsionam a diversidade genética resultante da meiose.

Além disso, quando os bivalentes se alinham ao longo da linha de divisão celular, o cromossomo duplicado da mãe fica do outro lado No entanto, qual deles aterrissa de que lado é completamente aleatório em relação a todos os outros 22 cromossomos. Isso é chamado de variedade independente e também contribui poderosamente para a diversidade genética em organismos que se reproduzem sexualmente. De fato, o número de arranjos bivalentes possíveis é 2 elevado à 23ª potência - cerca de 8,4 milhões de combinações diferentes.

Quando essa célula se divide, completando a meiose I, o resultado são duas células não idênticas contendo 23 pares de cromatídeos se juntaram em seus centrômeros. Essas cromátides, no entanto, embora sejam muito semelhantes, não são cromátides irmãs, devido ao fenômeno de passagem na meiose que eu detalhei acima. Essas duas células filhas passam imediatamente a outra divisão celular, semelhante à mitose, na qual as cromatídeos são separadas nos centrômeros e separadas. Lembre-se, porém, que essa linha de cromossomos em divisão é de apenas 23 em número, e não 46, devido à forma como os cromossomos se emparelham na meiose I. Isso significa que cada uma das quatro células filhas resultantes da meiose possui 23 cromossomos, o haplóide humano. número. 46 é considerado o número diplóide.
Uma breve nota sobre oogênese e espermatogênese
Os espermatozóides, espermatozóides portadores de flagelos e "nadadores" que transportam espermatócitos, são claramente diferentes dos óvulos. Do mesmo modo, a formação de gametas nos machos (espermatogênese) é diferente daquela nas fêmeas (oogênese). Por exemplo, cada meiose em fêmeas resulta em uma célula filha, não quatro como na espermatogênese. A meiose nas fêmeas é iniciada apenas uma vez no decurso da vida de uma mulher, com os ovócitos resultantes atingindo a maturação aproximadamente uma vez a cada 28 dias, ao longo da vida fértil de uma mulher. Os espermatócitos, por outro lado, sofrem repetidamente as divisões semelhantes à mitose da meiose II para produzir uma abundância muito maior de gametas totais durante a vida de um homem.