ASPECTOS GENÉTICOS DA

MITOSE E MEIOSE

Doutoranda Patricia Midori Murobushi Ozawa Monitora: Doutoranda Viviane Demetrio do Nascimento

Cromossomos eucarióticos

• Cada espécie eucariótica tem um número característico de cromossomos: – Ex: batata têm 48, moscas-das-frutas têm 8 e humanos têm 46

cromossomos.

– Parece não haver significado especial entre a complexidade de um organismo e seu número de cromossomos por célula.

2n=48 2n=46 2n=8

Estrutura dos cromossomos eucarióticos

• Várias moléculas de DNA – Compactação de DNA

• Cromatina = DNA + proteínas histonas

• Altamente condensado durante mitose ou meiose – Estágio onde é geralmente

estudado – Durante período de intérfase

não é possível visualizar cromossomos individuais

Todo DNA do organismo constitui seus genes?

Todo DNA do organismo constitui seus genes?

• 3 classes de DNA: – Não repetitivos: sequências únicas, ou de uma só cópia do DNA,

possui 1 a 10 cópias por genoma (representa a grande maioria dos genes).

– Moderadamente repetitivos: são aqueles em que cada segmento ocorre repetido entre 10 a 105 cópias por genoma;

– Altamente repetitivos: são sequências pequenas de 6 a 300 pares de bases e cada uma delas é repetida mais de 105 cópias por genoma;

Não repetitivos: sequências únicas ou de cópia única

• 50% das sequências de DNA no Genoma Humano, estão presentes em uma ou poucas cópias

• Funções Postuladas: – a maioria dos genes que codificam proteínas estão presentes neste

componente do genoma;

– muitas das sequências que regulam a expressão dos genes estão presentes nesta fração do genoma.

Moderadamente repetitivos: sequências muito heterogêneas

• São compostos por genes de várias cópias ou famílias de genes, tais como: – as proteínas ribossômicas; – as proteínas musculares actina e miosina; – o rRNA; – as proteínas histônicas; – sequências que regulam a expressão dos genes, não sendo

considerados como genes, mas sim como sítios regulatórios; – elementos genéticos transponíveis.

Altamente repetitivos: sequências de DNA não transcritos

• Papel na estrutura dos cromossomos: telômeros; • Envolvimento no pareamento cromossômico durante a divisão

celular: centrômero • Envolvimento em crossing over ou recombinação: regiões

heterocromáticas; • Proteção de importantes genes estruturais, como genes de

histonas, de rRNA e de proteínas ribossômicas; • Sem nenhuma função específica aparente, que é levado juntamente

com os processos de replicação e segregação dos cromossomos.

Estrutura dos cromossomos eucarióticos

Cromossomos eucarióticos

• Cada célula possui 2 2 conjuntos de cromossomos (diplóides) – reprodução sexuada

Cromossomos eucarióticos

• 2 alelos para um mesmo gene: 1 em cada cromossomo – Codificam a mesma característica

– Não precisam ser idênticos

– Ex: cor dos cabelos

mãe pai

Estrutura dos cromossomos eucarióticos

• Os indivíduos diplóides possuem seus cromossomos organizados aos pares: cromossomos homólogos.

• Estes possuem a mesma morfologia embora os pares diferenciem uns dos outros e também entre as espécies.

Formação de um animal ou vegetal:

• Fecundação

• Crescimento e Diferenciação

Divisão celular • Crescimento e desenvolvimento em organismo pluricelular ;

• Renovação celular; – Capacidade de divisão celular é variado em relação ao tipo de célula e

a sua função.

• Reprodução manutenção da espécie Perpetuação da vida

Transmissão de informações genéticas

Divisão celular

• Reprodução bem sucedida:

– Informação genética deve ser copiada

– As cópias da informação genética devem ser separadas umas das outras

– A célula deve se dividir (citocinese)

Fases do ciclo celular

• Intérfase: – G1 – S – G2

• Fase M

– Mitose – Meiose

• Citocinese

10h

9h

4h

1h

Quantidade de DNA e de cromossomos

2C 4C 4C 4C 4C 2C

Contagem de cromossomos e moléculas de DNA

• Determinar nº de cromossomos: – Conte o nº de centrômeros funcionais

• Determinar nº de moléculas de DNA: – Conte o nº de cromátides

• Quantidade de DNA (C): – Proporcional ao nº de moléculas de DNA

Cromossomo x cromátide x moléculas de DNA?

Intérfase

• Este é o estado “normal” da célula

• Diferenciada e ativamente funcional composição tecidos ou órgãos

• Permanecerá neste estágio até estar preparada para uma nova divisão, que ocorrerá a partir da duplicação dos ácidos nucléicos.

Intérfase • Fase G1: síntese de precursores da duplicação do genoma e do

citoplasma. – As células que não vão se dividir podem sair do ciclo celular ativo (G0)

antes de atingir o ponto de verificação G1/S

• Fase S: ocorre a duplicação do material genético 2 cromátides

por cromossomo

• Fase G2: eventos bioquímicos adicionais para a divisão celular. – Ponto de verificação G2/M só é ultrapassado caso não haja DNA

danificado. (2n=4/ 4C de DNA)

(2n=4/ 2C de DNA)

Intérfase

Fase M: tipos de divisão celular

Mitose

• Células somáticas divisão assexuada

• Células mãe = Células filhas = 2n (diplóide) – Células filhas idênticas às células mãe

2n

2n 2n

mitose

Fases da Mitose

• Prófase

• Prometáfase

• Metáfase

• Anáfase

• Telófase

Prófase

• Condensação dos cromossomos – 2 cromátides por cromossomo

• Formação do fuso mitótico – Migração dos centrossomos para polos

opostos da célula

• Centríolo está contido dentro dos centrossomos 2n=4

4C de DNA

Prometáfase

• Desintegração da membrana nuclear

• Ligação das fibras do fuso provenientes de centrossomos opostos nos cinetócoros de cada cromátide-irmã

2n=4 4C de DNA

Metáfase

• Formação da placa metafásica

• Ponto de verificação da montagem do fuso – Garante que cada cromossomo é alinhado à

placa metafásica e ligado a fibras do fuso de polos opostos

2n=4 4C de DNA

Anáfase • Separação das cromátides-irmãs

– Tornam-se cromossomos individuais

• Movimento cromossômico: – desmontagem de moléculas de

tubulina do cinetócoro

• Motores moleculares: – Proteínas especiais que agem em outro

conjunto de microtúbulos (não ligado ao cinetócoro) que vão de polo a polo

2n=8 4C de DNA

Telófase

• Chegada dos cromossomos aos polos do fuso

• Reconstituição da membrana nuclear 2 núcleos

• Distensão dos cromossomos 2n=4 2C de DNA

Citocinese • Separação do citoplasma

• Pode ser simultânea à telófase

• Formação de parede celular nas células vegetais

Consequência genéticas da mitose

• 1 célula produz 2 células geneticamente idênticas – Mitose garante que cada cromátide de cada cromossomo replicado

passe para 1 nova célula-filha

• Não há variação no nº de cromossomos

• Conteúdo citoplasmático é dividido pode diferir entre as células

Meiose

• Gametogênese

• Células mãe ≠ células filhas – Células mãe = 2n (diplóide)

– Células filhas = n (haplóide)

– Crossing over

• Fecundação restaura 2n

Meiose • Também é precedida pelas fases G1, S

e G2

• Dois processos distintos: – Meiose I (reducional)

• Prófase I

• Metáfase I

• Anáfase I

• Telófase I

– Meiose II (equacional)

• Prófase II

• Metáfase II

• Anáfase II

• Telófase II

Meiose I

• Prófase I – Estágio longo

– Possui 5 subestágios: • Leptóteno

• Paquíteno

• Diplóteno:

• Diacinese:

– Próximo ao final da prófase I a membrana nuclear se rompe e forma-se o fuso

Prófase I

Início da condensação dos

cromossomos

Cromossomos homólogos formam pares e começam a

sinapse

Cromossomos mais curtos e grossos.

Desenvolvimento do complexo

sinaptonêmico

Separação dos centrômeros

pareados. Homólogos continuam ligados

pelo quiasma

Movem-se para as pontas dos

cromossomos à medida que os filamentos se

separam.

Prófase I

Meiose I

• Metáfase I – Cromossomos homólogos se alinham

na placa metafásica

– Ligação do microtúbulo de um polo a um cromossomo homólogo e de outro microtúbulo do outro polo ao outro homólogo

2n=4 4C de DNA

Meiose I

• Anáfase I – Separação dos cromossomos homólogos

• Cromátides –irmãs permanecem unidas

2n=4 4C de DNA

Meiose I • Telófase I

– Cromossomos homólogos chegam aos polos do fuso

– Citoplasma se divide

• Intercinese – Período entre Meiose I e II

– Reconstrução da membrana nuclear

– Fuso se desfaz

– Cromossomos relaxam

n=2 2C de DNA

Meiose II

• Prófase II – Condensação dos cromossomos

– Formação e ligação das fibras do fuso aos cromossomos

– Membrana nuclear se desfaz

n=2

2C de DNA

Meiose II

• Metáfase II – Alinhamento dos cromossomos individuais na placa metafásica

– Cromátides irmãs ligadas por fibras do fuso de polos opostos

n=2

2C de DNA

Meiose II

• Anáfase II – Separação das cromátides-irmãs para polos opostos

n=4

2C de DNA

Meiose II

• Telófase II – Chegadas dos cromossomos ao

polo do fuso

– Reconstituição do envoltório nuclear

– Divisão do citoplasma

n=2

1C de DNA

Quantidade de DNA na meiose

Consequência genéticas da meiose

• 1 célula produz 4 células (exceções fêmeas de animais)

– Nº de cromossomos é reduzido à metade -> células haplóides

• Células-filha são geneticamente diferentes umas das outras e das parentais variação genética – Crossing over

– Distribuição aleatória dos cromossomos na anáfase I da meiose

Crossing over

• Crossing over

Distribuição aleatória dos cromossomos na anáfase I da meiose

– Nº de recombinações possíveis é 2n, onde n é o nº de pares de homólogos

– Humanos n=23 8.388.608 combinações diferentes

– Distribuição independente

Separação das cromátides-irmãs e cromossomos homólogos

Gametogênese

Período pré-natal

Antes da ovulação

Ovulação

Fecundação

Produção constante

Gregor Johann Mendel (1822-1884)

• Princípios básicos da hereditariedade

– Propôs que a existência de

características (tais como a cor) das flores é devida à existência de um par de unidades elementares de hereditariedade, agora conhecidas como genes

Teoria Cromossômica da Herança

Sutton – Boveri (1903): • Reconheceram que o

comportamento das partículas de Mendel durante a produção dos gametas nas ervilhas era paralelo ao comportamento dos cromossomos na Meiose.

Teoria Cromossômica da Herança • Os genes existem aos pares como os cromossomos • Um lote cromossômico vem do pai e o outro da mãe • Os genes estão nos cromossomos • Os genes são unidades físicas localizadas nos cromossomos • Em cada cromossomo de um par de homólogos localiza-se

um dos alelos do gene que determina um caráter hereditário

• Os alelos de um gene se segregam igualmente em gametas, como os membros de um par de homólogos

Exercícios 1. Faça um quadro comparativo da MITOSE e da MEIOSE,

considerando n=4 (Drosophila melanogaster): – Número de divisões celulares;

– Número de cromossomos por célula;

– Quantidade de DNA no início e fim da divisão;

– Disjunção das cromátides;

– Disjunção dos homólogos;

– Ocorrência de pareamento e permuta;

– Variabilidade e constância genética.

Exercícios

MITOSE MEIOSE

No. Divisões celulares 1 (telófase) 2 (telófase)

No. De cromossomos/células 2n = 8 N = 4

Quantidade de DNA início da divisão Normal Normal

Quantidade de DNA fim da divisão Normal Metade

Disjunção das cromátides Anáfase Anáfase II

Disjunção dos homólogos Não Anáfase I

Pareamento/permuta Não Paquíteno

Variabilidade/Constância genética Constância Variabilidade

Exercícios 2. As células dos cachorros (Canis familiares) normalmente têm 78 cromossomos. Para cada um dos estágios seguintes, cite o número de cromossomos presentes e a quantidade de DNA em uma célula canina (considerando 2C a quantidade normal de uma célula diplóide):

– Metáfase da mitose; – Metáfase I da meiose; – Telófase da mitose; – Telófase I da meiose; – Telófase II da meiose.

Referências • GRIFFITHS, A.J.F. et al. Introdução à Genética. Ed. Guanabara-Koogan, Rio

de Janeiro, 2002.

• PIERCE, B.A. Genética: Um Enfoque Conceitual. Ed. Guanabara-Koogan, Rio de Janeiro, 2004.