A função principal de todos os organismos vivos, desde a postura desapaixonada da sobrevivência das espécies, é propagar com sucesso o material genético para as gerações subsequentes. Parte dessa tarefa, é claro, permanece viva e saudável por tempo suficiente para realmente acasalar e se reproduzir. Como resultado dessas realidades, as unidades fundamentais das coisas vivas, as células, têm dois trabalhos principais: fazer cópias idênticas de si mesmas para manter o crescimento, realizar reparos e cuidar de outras funções cotidianas no nível dos tecidos, órgãos e todo o corpo. organismo; e gerar células especializadas chamadas gametas que se combinam com gametas de outros organismos da espécie para gerar descendentes.
O processo de replicar células inteiras para produzir células filhas idênticas às chamadas mitose, e ocorre em todos os eucariotos, que são animais, plantas e fungos (procariontes, quase todos bactérias, se reproduzem por fissão binária, semelhante à mitose, porém mais simples). A geração de gametas ocorre apenas nas gônadas e é chamada meiose. Tanto a mitose quanto a meiose são subdivididas em cinco fases, que no caso da meiose incluem dois ciclos de cada fase por célula original, porque a meiose resulta em quatro novas células em vez de duas. A primeira e mais longa dessas fases é chamada de prófase, que na meiose I é dividida em cinco fases próprias.
O que é "material genético"?
Todos os seres vivos na Terra têm DNA, ou ácido desoxirribonucleico, como material genético. O DNA é um dos ácidos nucleicos de um par que existe nos sistemas vivos, sendo o outro o ácido ribonucleico (RNA). Ambas as macromoléculas - assim denominadas porque consistem em um grande número de átomos, neste caso dispostas em longas cadeias de subunidades repetidas chamadas nucleotídeos - são absolutamente críticas, embora de maneiras diferentes. O DNA, portador da informação genética no nível da raiz, é necessário para produzir o RNA, mas o RNA vem em uma variedade de formas e é sem dúvida mais versátil.
As subunidades das quais o DNA e o RNA são feitos são chamadas de nucleotídeos . Cada uma delas consiste em três partes: um açúcar de cinco carbonos que inclui uma estrutura central pentagonal em anel (no DNA, esse açúcar é desoxirribose; no RNA, é ribose, que possui um átomo de oxigênio adicional), um grupo fosfato e um nitrogênio ( rica em átomos de nitrogênio). Cada nucleotídeo possui apenas uma dessas bases, mas elas apresentam quatro sabores para cada ácido nucleico. O DNA apresenta adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T); O RNA inclui os três primeiros, mas substitui a timina pelo uracil (U). Como toda a variação entre nucleotídeos é devida a diferenças nessas bases, e os ácidos nucleicos consistem em longas cadeias de nucleotídeos, toda a variação entre as cadeias de DNA e entre o DNA em diferentes organismos é devida à variação nessas bases. Assim, as cadeias de DNA são escritas em termos de suas seqüências de bases, como AAATCGATG.
O DNA existe nas células vivas na forma de uma hélice de fita dupla ou formato de saca-rolhas. Essas cadeias são ligadas por ligações de hidrogênio entre suas bases nitrogenadas em cada nucleotídeo; Um emparelha exclusivamente com T e C emparelha exclusivamente com G, portanto, se você conhece a sequência de uma cadeia, pode facilmente prever a sequência da outra, denominada cadeia complementar.
Quando o RNA mensageiro (mRNA) é sintetizado a partir do DNA em um processo chamado transcrição, o mRNA produzido é complementar à fita de DNA modelo e, portanto, é idêntico à fita de DNA que não está sendo usada como modelo, exceto por U aparecer no mRNA em que T aparece no DNA. Esse mRNA se move do núcleo das células onde é produzido para o citoplasma, onde "encontra" estruturas chamadas ribossomos, que fabricam proteínas usando as instruções do mRNA. Cada sequência de três bases (por exemplo, AAU, CGC), chamada de códon tripleto, corresponde a um dos 20 aminoácidos, e os aminoácidos são as subunidades de proteínas inteiras da mesma maneira que os nucleotídeos são as subunidades dos ácidos nucleicos.
Organização do DNA dentro das células
O próprio DNA raramente aparece nos seres vivos por si só. A razão para isso, simplificando, é a quantidade fenomenal necessária para transportar os códigos de todas as proteínas que um organismo precisa produzir. Uma cópia única e completa do seu próprio DNA, por exemplo, teria 6 pés de comprimento se esticada de ponta a ponta, e você terá uma cópia completa desse DNA em quase todas as células do seu corpo. Como as células têm apenas 1 ou 2 mícrons (milionésimos de metro) de diâmetro, o nível de compressão necessário para agrupar seu material genético em um núcleo celular é astronômico.
A maneira como seu corpo faz isso é estudando o seu DNA com complexos de proteínas chamados octâmeros de histonas para criar uma substância chamada cromatina, que é cerca de dois terços da proteína e um terço do DNA. Embora a adição de massa para reduzir o tamanho pareça contra-intuitiva, pense nisso da mesma maneira que uma loja de departamentos que paga pessoal de segurança para evitar perda de dinheiro através de furtos em lojas. Sem essas histonas relativamente pesadas, que permitem dobrar e enrolar o DNA em torno de seus núcleos, o DNA não teria meios de ser condensado. As histonas são um investimento necessário para esse fim.
A própria cromatina é dividida em moléculas discretas chamadas cromossomos. Os seres humanos têm 23 cromossomos distintos, sendo 22 deles numerados e o restante sendo um cromossomo sexual (X ou Y). Todas as suas células, exceto os gametas, têm dois de cada cromossomo numerado e dois cromossomos sexuais, mas esses não são idênticos, apenas emparelhados, porque você recebe um de cada um deles da sua mãe e outro do seu pai. Os cromossomos correspondentes herdados de cada fonte são chamados cromossomos homólogos; por exemplo, suas cópias materna e paterna do cromossomo 16 são homólogas.
Os cromossomos, nas células recém-formadas, existem brevemente na forma simples e linear antes de se replicar na preparação para a divisão celular. Essa replicação resulta na criação de dois cromossomos idênticos chamados cromátides irmãos, que são ligados em um ponto chamado centrômero. Nesse estado, todos os 46 cromossomos foram duplicados, resultando em 92 cromátides no total.
Visão geral da mitose
Mitose, na qual o conteúdo dos núcleos das células somáticas (" as células cotidianas ", ou não gametas) se dividem, incluem cinco fases: prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase. A prófase, discutida em detalhes em breve, é a mais longa delas e é principalmente uma série de desconstruções e dissoluções. Na prometáfase, todos os 46 cromossomos começam a migrar para o meio da célula, onde formarão uma linha perpendicular à direção em que a célula será separada em breve. Em cada lado desta linha, chamada placa de metáfase, existem estruturas chamadas centrossomas; dessas fibras irradiam proteínas chamadas microtúbulos, que formam o fuso mitótico. Essas fibras se conectam aos centrômeros dos cromossomos individuais de ambos os lados em um ponto chamado cinetocore, que se envolvem em uma espécie de cabo de guerra para garantir que os cromossomos, ou mais especificamente seus centrômeros, formem uma linha perfeitamente reta ao longo da placa metafásica. (Imagine um pelotão de soldados indo de pé em filas e colunas reconhecíveis - uma espécie de "prometáfase" - a uma formação rígida e pronta para inspeção - o equivalente a "metáfase".)
Na anáfase, o Na fase mais curta e mais dramática da mitose, as fibras do fuso separam as cromátides em seus centrômeros, com uma cromátide desenhada em direção ao centrossoma de cada lado. A célula que logo se divide agora parece oblonga ao microscópio, sendo "mais gorda" em cada lado da placa metafásica. Finalmente, na telófase, dois núcleos filhos são completamente formados pelo aparecimento de membranas nucleares; essa fase é como a prófase executada ao contrário. Após a telófase, a própria célula se divide em duas (citocinese).
Visão geral da meiose
A meiose se desenvolve em células especializadas das gônadas (testículos nos machos, ovários nas fêmeas). Ao contrário da mitose, que cria células "cotidianas" para inclusão nos tecidos existentes, a meiose cria gametas que se fundem com gametas do sexo oposto na fertilização. A meiose é dividida em meiose I e meiose II. Na meiose I, em vez de todos os 46 cromossomos formarem uma linha ao longo da placa da metáfase, como na mitose, os cromossomos homólogos "rastreiam" um ao outro e fazem pares, trocando um pouco de DNA no processo. Ou seja, o cromossomo materno 1 se liga ao cromossomo paterno 1 e assim por diante nos outros 22 cromossomos. Esses pares são chamados de bivalentes.
Para cada bivalente, o cromossomo homólogo do pai repousa sobre um lado da placa metafásica, e o cromossomo homólogo da mãe repousa sobre o outro. Isso ocorre independentemente em cada bivalente; portanto, um número aleatório de cromossomos de origem paterna e de origem materna termina em cada lado da placa de metáfase. Os processos de troca de DNA (aka recombinação) e alinhamento aleatório (aka variedade independente) garantem diversidade na prole por causa da gama praticamente ilimitada de DNA que resulta na formação de gametas.
Quando a célula submetida à meiose se divide , cada célula filha possui uma cópia replicada de todos os 23 cromossomos, em vez de 46 cromatídeos à mitose. Todos os 46 centrômeros são, portanto, imperturbáveis no início da meiose II.
A meiose II é, para todos os efeitos práticos, uma divisão mitótica, à medida que as cromátides da meiose I se separam nos centrômeros. O resultado final de ambos os estágios da meiose é de quatro células filhas em dois pares idênticos diferentes, cada um com 23 cromossomos únicos. Isso permite a preservação de 46 cromossomos quando gametas masculinos (espermatócitos) e femininos (oócitos) se juntam na fertilização.
Prófase em mitose
A prófase ocupa mais da metade da mitose. A membrana nuclear se rompe e forma pequenas vesículas e o nucléolo dentro do núcleo se desintegra. O centrossoma se divide em dois, com os componentes resultantes residindo em lados opostos da célula. Esses centrossomas começam a gerar microtúbulos que se espalham em direção à placa metafásica, semelhante, talvez, à maneira como uma aranha gera sua teia. Os cromossomos individuais tornam-se totalmente compactos, tornando-os mais reconhecíveis ao microscópio e permitindo uma fácil visualização das cromátides irmãs e do centrômero entre elas.
Prófase em Meiose
Prófase da meiose I inclui cinco estágios. Na fase de leptoteno, todas as estruturas dos cromossomos homólogos ainda não pareados começam a condensar, semelhante ao que ocorre na prófase na mitose. Na fase de zigoteno, os cromossomos homólogos se associam em um processo chamado sinapse, com uma estrutura chamada complexo sinaptonemal que se forma entre os homólogos. Na fase do paquiteno, ocorre a recombinação entre cromossomos homólogos (também chamados de "cruzamento"); pense nisso enquanto você troca talvez uma meia e um chapéu com um irmão com o qual você se parece muito com aparência e vestido. Na fase do diploteno, o bivalente começa a se separar, mas os homólogos permanecem fisicamente unidos em seus quiasmas. Por fim, na diaquinesia, os cromossomos continuam se separando, com os quiasmas se movendo em direção a seus fins.
É essencial reconhecer que sem a meiose e sem os eventos da prófase I especificamente, há muito pouca variação entre os diferentes organismos seriam evidentes. O embaralhamento de material genético que ocorre nessa fase é toda a essência da reprodução sexual. A prófase II, que ocorre nas células filhas não idênticas formadas pela meiose I, vê os cromossomos individuais novamente se condensando em formas reconhecíveis , com a membrana nuclear se dissolvendo à medida que o fuso mitótico se forma.
