aspectos genéticos da mitose e meiose

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
1h
• Intérfase:
– G1
– S
– G2
4h
• Fase M
– Mitose
– Meiose
• Citocinese
10h
9h
Quantidade de DNA e de cromossomos
2C
4C
4C
4C
4C
2C
Contagem de cromossomos e moléculas de DNA
Cromossomo x cromátide x 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
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. (2n=4/ 2C de DNA)
– 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)
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
mitose
2n
2n
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
nuclear
da
membrana
• 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
tubulina do cinetócoro
de
• 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
Movem-se para as
centrômeros
pontas dos
pareados. Homólogos cromossomos à medida
continuam ligados
que os filamentos se
pelo quiasma
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
Produção constante
Ovulação
Fecundação
Gregor Johann Mendel (1822-1884)
• Princípios
básicos
hereditariedade
da
– 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
No. Divisões celulares
No. De cromossomos/células
Quantidade de DNA início da divisão
Quantidade de DNA fim da divisão
Disjunção das cromátides
Disjunção dos homólogos
Pareamento/permuta
Variabilidade/Constância genética
MITOSE
1 (telófase)
2n = 8
Normal
Normal
Anáfase
Não
Não
Constância
MEIOSE
2 (telófase)
N=4
Normal
Metade
Anáfase II
Anáfase I
Paquíteno
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.