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Divisão celular Disciplina Genética e Citogenética Humana Professora Maristela Ruberti 4ºSemestre – Biomedicina Instituto de Ciências da Saúde - UNIP A capacidade de crescer e se reproduzir é um atributo fundamental de todas as células. No caso das células eucariontes o processo de gênese de novas células obedece à um padrão cíclico que começa com o crescimento celular determinado pelo aumento quantitativo coordenado dos milhares de tipos diferentes de moléculas que as células possuem, inclusive seu material genético, e culmina com a partição do seu núcleo e citoplasma em duas células filhas. As células assim originadas repetem o ciclo e o número de células crescem exponencialmente. Este processo recebe o nome de Ciclo Celular. Esses ciclo de duplicação celular levam a formação de cerca de cem quintilhões de células no indivíduo adulto (1020 ). O ciclo celular As quatro fases do ciclo celular. Em G1 a célula pode continuar o ciclo ou entrar numa fase de repouso, chamada de fase 0. Desta fase 0, muitas células podem reentrar no ciclo ativo, porém algumas permanecem na fase zero por um tempo muito longo ou permanentemente. O ponto de restrição (R) pode impedir que a célula defeituosa entre na fase S e continuem o ciclo. Na mitose (M) se originam as duas células filhas. Fases do ciclo celular Fase do ciclo celular. A duração da fase G1 (pré-síntese) varia muito dependendo de diversos fatores, como a duração total do ciclo. No tecido ósseo em formação, G1 dura 25 horas. A fase S (síntese de DNA) dura aproximadamente 8 horas e G2, cerca de 2,5 a 3 horas. Fases do ciclo celular Evolução do teor de DNA (C) no núcleo de uma célula, ao longo do ciclo celular. Fases da Mitose A – núcleo em intérfase observar a cromatina e os nucléolos. B – Prófase ausência de nucléolos, cromossomos condensados. C – Metáfase – os cromossomos estão muito condensados e formam uma placa no equador da célula. D – Anáfase (próximo a seu fim) os cromossomos se localizam nos pólos celulares, o que vai distribuir o DNA igualmente às células filhas. Células cultivadas com iodeto de propídio, foto do microscópio confocal de varredura a laser. A) Prófase; B) Metáfase; C) Anáfase; D) Telófase inicial; E) Telófase final; F) Interfáse. Micrografia eletrônica de uma célula em metáfase. A micrografia mostra os pares de centríolos nos pólos da célula, o fuso mitótico constituído por microtúbulos e os cromossomos no equador da célula. As setas indicam a inserção dos microtúbulos no centrômeros. Micrografia eletrônica de uma célula humana em metáfase. As setas indicam a inserção dos microtúbulos no centrômeros dos cromossomos. Corte de um tumor maligno mostrando das células epiteliais (epitelioma), mostrando aumento no número de mitoses e grande diversidade no tamanho e na estrutura dos núcleos celulares. H&E. Aumento médio. Fases da Meiose Diferentemente das células somáticas as células germinativas sofrem redução do número de cromossomos. Localizadas nas gônadas dos organismos, animais ou vegetais, que possuem reprodução sexuada, as células germinativas dão origem aos gametas por um processo conhecido como gametogênese. Este processo resulta na divisão de uma célula germinativa diplóide (2n) em células filhas haplóides (n), ou seja, células que recebem apenas um cromossomo de cada par de homológos. Este processo resulta na formação de 4 células diferentes geneticamente entre si e diferentes da célula mãe que lhes deu origem. Esse tipo especial de divisão que reduz o número de cromossomos pela metade recebeu o nome de Meiose do grego, meion = redução. Etapa reducional Etapa equacional Meiose I A meiose I é subdividida em quatro fases, denominadas: Prófase I, Metáfase I, Anáfase I, Telófase I. A meiose II é muito parecida com a mitose. PRÓFASE I A prófase I é de longa duração e muito complexa. Os cromossomos homólogos se associam formando pares, ocorrendo permuta (crossing-over) de material genético entre eles. Vários estágios são definidos durante esta fase: Leptóteno, Zigóteno, Paquíteno, Diplóteno e Diacinese. A ) Leptóteno: os cromossomos tornam-se visíveis como delgados fios que começam a se condensar, mas ainda formam um denso emaranhado. Nesta fase inicial , as duas cromátides-irmãs de cada cromossomo estão alinhadas tão intimamente que não são indistinguíveis. Lepto = fio fino B) Zigóteno: os cromossomos homólogos começam a combinar-se estreitamente ao longo de toda a sua extensão. O processo de pareamento ou sinapse é muito preciso. Representação tridimentsional de um complexo sinaptotênico, com seus dois elementos laterais e o elemento central. Nele se vê também um nódulo de recombinação. Cada massa de cromatina que fica ligada de cada lado dos elementos laterais consiste em duas cromátides. Paquíteno: os cromossomos tornam-se bem mais espiralados. O pareamento é completo e cada par de homólogos aparece como um bivalente ( às vezes denominados tétrade porque contém quatro cromátides). Neste estágio ocorre o crossing-over, ou permutação, duas cromátides não irmãs de um par de cromossomos homólogos podem sofrer uma ruptura na mesma altura e os dois segmentos podem trocar de lugar . Cromátides –irmãs: as que se originam de um mesmo cromossomo Cromátides-homólogas: as que se originam de cromossomos homólogos D) Diplóteno: ocorre o afastamento dos cromossomos homólogos que constituem os bivalentes. Embora os cromossomos homólogos se separem, seus centrômeros permanecem intactos, de modo que cada conjunto de cromátides-irmãs continua ligado inicialmente. Os dois homólogos de cada bivalente mantêm-se unidos apenas pelos pontos onde ocorreu crossing-over ou quiasma (cruzes), do grego chi = X. O número de quiasmas é igual ao número de permutações ocorridas. Apesar das permutações ocorrerem no paquíteno os quiasmas são visíveis apenas a partir do Diplóteno (diplo=duplo). E) Diacinese: neste estágio os cromossomos atingem a condensação máxima. Dia = através; cinese = movimento. Os quiasmas escorregam para as pontas, fenômeno denominado terminalização dos quiasmas. F = Metáfase I: os cromossomos duplicados estão emparelhados no equador da células, máxima condensação. G = Anáfase I: deslocamento dos cromossomos para os polos. H= Telófase I: com a chegada das díades aos polos se encerra a Anáfase I e tem início a telófase I, que é semelhante a da mitose, ocorre a citocinese. Nas fases da meiose II ocorre a separação das cromátides que formam as díades, como na mitose, dando origem a quatro células haplóides. Micrografia eletrônica de um espermatócito humano primário em meiose, mostrando os 22 complexos cromossômicos autossômicos e o par XY (seta). Espermatogênese Os espermatozóides são formados nos túbulos seminíferos dos testículos após a maturação sexual ser atingida. As espermatogônias dão origem ao espermatócito primário por mitose e este sofre meiose I e dá origem aos espermatócitos secundários estes rapidamente sofrem meiose II e dão origem as espermátides que se diferenciam nos espermatozóides. São produzidos aproximadamente 1012 durante toda a vida de um indivíduo, 200 milhoes por ejaculação. Ovocitogênese Inicia-se no desenvolvimento pré-natal. Os ovócitos se desenvolvem a partir das ovogônias (células do córtex ovariano) que se originaram de células germinativas primordiais. Os ovócitos primários,completam a prófase I e permanecem nessa fase até o nascimento os que não se degeneram serão liberados ao longo da vida após a maturidade sexual da mulher, cerca de 400. Após a maturidade sexual os ovócitos amadurecem, e a cada ovulação os ovócitos primários terminam a meiose I, dando origem a um ovócito secundário (óvulo) que é liberado este termina a meiose II dando origem a um corpúsculo polar, a meiose II só se encerra após a fertilização dando origem ao segundo corpúsculo polar. Embora, o crossing-over seja o único evento chave da meiose que resulta em variabilidade genética existe um segundo fator ainda mais importante que este: Segregação independente dos cromossomos homólogos, que ocorre na Anáfase I. Os cromossomos homólogos podem migrar para qualquer um dos pólos da célula independente de sua origem materna ou paterna. Esse fato faz surgir muitas possibilidades de combinações cromossômicas possíveis nos gametas. O número possível de gametas diferentes que podem ser formados a partir de uma célula mãe é sempre igual a 2n , onde n é o número haplóide de cromossomos da espécie, ou o número de pares de cromossomos por núcleo. Assim, temos que 2n = 3 23 = 8 tipos diferentes de gametas, na nossa espécie, aproximadamente, 8 x 106 (223 = 8388608) gametas geneticamente únicos poderiam ser formados a partir de uma única célula. Entretanto, em função das recombinações genéticas esse número é ainda maior. Estrutura da molécula de DNA Os ácidos nucléicos são polímeros de nucleotídeos Estrutura da molécula de DNA e RNA O RNA contém uma Uracila no lugar da Timina Estrutura da molécula de DNA 3,4nm Estrutura da molécula de DNA Exercícios 1) Por que as células se dividem? 2) Quais as etapas da divisão nas células somáticas? 3) Como as células germinativas dão origem aos gametas? 4) Qual a principal causa de anormalidades cromossômicas numéricas em humanos? 5) A existência da variabilidade genética é um dos requisitos fundamentais para que ocorra evolução, isto posto, defina qual tipo de reprodução e quais mecanismos são usado para manter a variabilidade genética na população humana? 6) Dada a sequência de DNA: AAATCCGGCTTAGGCTACTGGTACTT, dê a seqüência de DNA complementar e a seqüência de RNA mensageiro.