Bio tema 4

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Bio tema 4
Núcleo, divisão, diferenciação e morte celular
Prof.ª Rayane Nogueira Alves Macedo
Descrição
Estudo do núcleo celular em sua estrutura e função, como característica exclusiva dos seres eucariontes; e da divisão, diferenciação e morte celular.
Propósito
Reconhecer a estrutura do núcleo celular, assim como sua importância em abrigar a informação genética responsável pela transmissão dos caracteres hereditários e funcionamento dos organismos; além de entender a divisão, diferenciação e morte celular como processos vitais para os seres vivos.
Objetivos
Módulo 1
Núcleo celular, DNA, RNA, cromossomos e cariótipo
Descrever a estrutura do núcleo da célula, as moléculas de DNA e RNA, a organização cromossômica e o cariótipo.
Módulo 2
Ciclo e divisão celular
Identificar as etapas do ciclo e da divisão celular.
Módulo 3
Diferenciação e morte celular
Descrever os processos de diferenciação celular e de morte celular.
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Introdução
Estudaremos, a partir de agora, conceitos relacionados à estrutura do núcleo da célula eucarionte. Sabemos que todos os seres vivos são constituídos por células, podendo se apresentar de forma unicelular ou pluricelular. Sendo assim, as células são classificadas como unidade básica para a vida, pois são dotadas de informações necessárias à formação de um ser vivo.
Neste conteúdo, além de aprofundar nossos conhecimentos sobre o núcleo (estrutura celular onde são armazenadas as informações genéticas); entenderemos as diferenças entre as moléculas de DNA e RNA; desvendaremos a organização dos cromossomos, sua constituição e sua relação com o cariótipo; conheceremos o ciclo celular e as etapas da divisão celular (mitose e meiose). Por fim, fecharemos nossos estudos compreendendo melhor os processos que levam à diferenciação celular e morte celular, descobrindo por qual razão são tão importantes para a manutenção da diversidade de seres vivos que habitam a Terra, inclusive da espécie humana.
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Núcleo celular, DNA, RNA, cromossomos e cariótipo
Ao final deste módulo, você será capaz de descrever a estrutura do núcleo da célula, as moléculas de DNA e RNA, a organização cromossômica e o cariótipo.
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Estrutura do núcleo celular
O núcleo é uma organela que mede entre 5 e 10µm de diâmetro, conforme a intensidade do metabolismo celular, ou seja, células com alto metabolismo possuem núcleo maior em relação às células com baixo metabolismo. O formato do núcleo, em geral, é compatível com a morfologia da célula, por exemplo, células de formato prismático possuem núcleo alongado.
Nas células animais, é comum que o núcleo ocupe posição central no citoplasma, enquanto nas células vegetais localiza-se na periferia. Em geral, as células eucarióticas possuem somente um núcleo, que delimita o espaço onde está abrigado o genoma (o material genético); com exceção dos eritrócitos de mamíferos, células vermelhas do sangue que perdem o seu núcleo durante a etapa de diferenciação celular. Por outro lado, algumas células, como as do fígado e das fibras musculares estriadas, caracterizam-se por serem polinucleadas, ou seja, apresentarem mais de um núcleo.
A delimitação do genoma pelo núcleo faz dele o centro de controle da célula. Uma de suas principais vantagens é o maior controle da expressão gênica, com a replicação do DNA e a transcrição do DNA em RNA ocorrendo dentro do núcleo, enquanto a tradução ou síntese de proteínas, etapa final da expressão gênica, ocorrendo no citoplasma.
O núcleo celular terá características distintas, dependendo da etapa do ciclo em que se encontra a célula. Veja a seguir as etapas do ciclo celular:
Intérfase
Período entre divisões celulares, em que é observado o núcleo interfásico. Nesta etapa, a célula se prepara para se dividir em duas células-filhas, e há a replicação (autoduplicação) do DNA e a transcrição do DNA em RNA.
Mitose
Período em que a célula começa e termina a divisão, dando origem a duas células-filhas, quando observamos o núcleo mitótico.
Vamos estudar o ciclo celular e a divisão celular mais a fundo no próximo tópico, mas antes precisamos conhecer a estrutura do núcleo interfásico, em que estão presentes os seguintes componentes: envelope nuclear, cromatina, nucleoplasma e nucléolo.
Envelope nuclear
Também chamado envoltório nuclear, separa o conteúdo nuclear do citoplasma, sendo visível somente em microscopia eletrônica. É formado por dupla membrana lipoproteica, constituída de 30% de lipídeos e 70% de proteínas, onde estão presentes poros.
A membrana nuclear externa caracteriza-se por ser contínua com o retículo endoplasmático rugoso e pode apresentar ribossomos aderidos à face voltada para o citoplasma.
A membrana nuclear interna caracteriza-se por possuir, na face interna, voltada para o nucleoplasma, uma rede fibrosa proteica de filamentos intermediários denominada lâmina nuclear, descontínua na região dos poros. Essa lâmina nuclear mantém a forma e a estrutura do envelope. É responsável pela ligação da cromatina ao envelope. Durante a mitose, ocorre redução na interação entre os componentes da lâmina nuclear, fazendo com que se desfaça e, consequentemente, também o envelope nuclear. Por isso, é possível que o material genético migre para os polos da célula. Os poros nucleares, também denominados complexo dos poros nucleares, são estruturas constituídas por cerca de 100 proteínas, responsáveis pelo movimento de entrada e saída de íons e moléculas entre o nucleoplasma e o citoplasma. O número de poros no envelope varia de 3.000 a 4.000, mas pode ser maior ou menor, de acordo com o volume na atividade de transcrição.
Cromatina
É o DNA associado a proteínas chamadas histonas, formando uma estrutura denominada nucleossomo. As histonas são responsáveis pela compactação ordenada da cromatina e podem ser de cinco tipos distintos: H1, H2A, H2B, H3 e H4, muito similares entre as espécies eucarióticas.
Podemos observar a cromatina em duas formas:
Eucromatina: Descompactada ou descondensada – durante a intérfase, no núcleo interfásico. 
Heterocromatina: Compactada ou condensada – durante a divisão celular, no núcleo mitótico. A condensação ocorre pela ação da proteína condensina. A cromatina compactada forma o cromossomo.
Descompactada ou descondensada – durante a intérfase, no núcleo interfásico.
Essas regiões compactadas e descompactadas da molécula de DNA representam dois estados funcionais distintos da cromatina. Eucromatina> É a forma ativa da cromatina, correspondendo apenas a 10% da extensão da cromatina, que transcreve RNA somente durante a intérfase. heterocromatina> É a forma inativa e mais condensada da cromatina, em que não ocorre transcrição do RNA. Podemos distinguir dois tipos:
Heterocromatina constitutiva – possui sequências gênicas altamente repetitivas, que nunca são transcritas.
Heterocromatina facultativa – em um mesmo organismo, pode se apresentar compactada em algumas células e descompactada em outras. Ainda que contenham sequências gênicas únicas ou repetitivas que possam ser transcritas, são inativadas. Exemplo de heterocromatina facultativa é o cromossomo X das fêmeas de mamíferos, quando uma inativação aleatória ocorre em um dos cromossomos X das fêmeas ainda na vida uterina. 
Nucleoplasma
É uma solução de natureza aquosa, delimitada pelo envelope nuclear, constituída de proteínas, RNA, nucleotídeos e íons. No nucleoplasma, estão mergulhados o nucléolo e a cromatina. Encontramos, ainda, a matriz nuclear de natureza fibrilar formando um endoesqueleto, semelhante ao citoesqueleto citoplasmático. Atribui-se à matriz nuclear a função de prender as alças da cromatina, as proteínas envolvidas no transporte de RNA e as enzimas que participam na replicação do DNA e transcrição do DNA em RNA.
Nucléolo
Região do nucleoplasma não delimitada por membrana, onde se agrupam os genes codificadores do RNA ribossômico (RNAr).
É, portanto, a região que tem função de síntese do RNAr, sendo constituída principalmente por proteínas e RNAr. Sob a ação daenzima RNA polimerase I, ocorre a transcrição dos genes, levando ao processamento do RNAr e produção das subunidades do ribossomo, montadas no próprio nucléolo. Os ribossomos das células eucarióticas apresentam uma subunidade maior (60S) e outra menor (40S).
O nucléolo apresenta três regiões distintas entre si, do ponto de vista estrutural e funcional:
Centros
fibrilares
Locais onde estão concentrados os genes e a RNA polimerase I.
Componente fibrilar denso
Local onde ocorre a síntese de RNAr.
Componente granular
Local onde são montadas as subunidades de ribossomo, e conhecido como nucleolema.
DNA e RNA
A molécula de DNA
O DNA, ou ácido desoxirribonucleico, é a molécula que armazena as informações genéticas fundamentais para o controle do metabolismo celular, seja para a constituição ou para o funcionamento regular de cada célula e do organismo como um todo.
Tendo como referência o modelo de Watson e Crick, sabemos que a molécula de DNA possui as seguintes características:
É composta por duas cadeias de nucleotídeos, formando uma dupla hélice.
As cadeias são antiparalelas.
As cadeias são unidas entre si por meio de ligações de hidrogênio.
Mas o que são os nucleotídeos que formam a molécula de DNA?
São moléculas compostas por: 1 base nitrogenada, 1 desoxirribose (açúcar) e 1 grupamento fosfato.
Estrutura básica de um nucleotídeo do DNA.
As bases nitrogenadas são a base para toda a informação genética. Na linguagem do código genético, as bases nitrogenadas do DNA são representadas por suas letras iniciais. São quatro bases nitrogenadas no total:
Duas purinas
Adenina (A) e guanina (G).
Duas pirimidinas
Timina (T) e citosina (C).
Como dito anteriormente, a molécula de DNA é formada por duas cadeias antiparalelas.
O açúcar desoxirribose, presente nos nucleotídeos do DNA, é formado por cinco carbonos. Sua estrutura proporciona estabilidade termodinâmica ao DNA, fundamental para a preservação da integridade dos cromossomos. Já o fosfato presente na constituição do DNA torna-o hidrofílico (tem afinidade pela água) em sua porção externa.
Ainda, podemos classificar a estrutura do DNA em:
Primária
Corresponde a uma cadeia de nucleotídeos.
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Secundária
Corresponde a duas cadeias de nucleotídeos ligadas entre si por ligações de hidrogênio, formando a dupla hélice.
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Terciária
Corresponde a associação das duas cadeias de DNA com as proteínas histonas.
A molécula de RNA
O RNA, ou ácido ribonucleico, é a molécula responsável pela síntese de proteínas. O RNA desempenha papel importante na transcrição da informação genética contida no DNA para a produção de proteínas.
A molécula de RNA é composta por uma única cadeia de nucleotídeos, formando uma fita única.
As bases nitrogenadas do RNA são quatro no total, sendo:
Duas purinas
Adenina (A) e guanina (G).
Duas pirimidinas
Uracila (U) e citosina (C).
A timina (T) só se apresenta no DNA, enquanto a uracila (U) só se apresenta no RNA. Já a adenina, a guanina e a citosina são as bases nitrogenadas encontradas tanto nos nucleotídeos do DNA quanto do RNA.
Diferenças entre a molécula de DNA e RNA.
O açúcar ribose é o que compõe os nucleotídeos que formam o RNA, sendo também formado por cinco carbonos.
A diferença entre a ribose (encontrada no RNA) e a desoxirribose (encontrada no DNA) é que a ribose tem um átomo de oxigênio a mais do que a desoxirribose. Já o grupamento fosfato presente no RNA tem composição igual ao daquele presente no DNA.
A tabela mostra a composição dos ácidos nucleicos:
Composição dos ácidos nucleicos.
Ainda, existem diferentes tipos de RNA:
O RNA mensageiro
RNA que contém a informação genética que foi transcrita do DNA para formar a proteína.
O RNA transportador
RNA que transporta o aminoácido correto para formar a proteína.
O RNA ribossômico
RNA que forma os ribossomos.
Cromossomos e cariótipo
Os cromossomos dos seres eucariontes geralmente são estruturas lineares e são originados da condensação da cromatina, portanto, contêm a informação genética de cada indivíduo. Sua constituição é de DNA e proteínas, principalmente as histonas, que participam do processo de compactação do DNA. Estão contidos no núcleo celular.
Sabemos que, durante a divisão celular, os cromossomos se encontram no estado mais condensado na metáfase. Por isso, os estudos com cromossomos são feitos com os cromossomos metafásicos. Além disso, nesta etapa, já houve a duplicação do DNA. Em razão disso, os cromossomos são formados por duas moléculas-filhas de DNA, denominadas cromátides, unidas em uma região de estrangulamento pelo centrômero ou constrição primária.
De acordo com a posição do centrômero, o cromossomo pode ser classificado em:
Metacêntrico – centrômero localiza-se na região central e o cromossomo forma dois braços de tamanhos iguais.
Submetacêntrico – centrômero está afastado do centro, formando dois braços desiguais.
Acrocêntrico – centrômero localiza-se em posição subterminal.
Telocêntrico – centrômero localiza-se em posição terminal.
Na região do centrômero, cada cromátide apresenta uma estrutura denominada cinetócoro, que tem função na migração dos cromossomos durante a divisão celular.
Nas extremidades dos cromossomos, é observada uma região com sequências especiais de DNA, chamadas telômeros. Os telômeros mantêm os cromossomos estáveis, evitando que haja adesão entre eles.
Cromossomos homólogos
Nos organismos eucariontes, encontramos os cromossomos em conjuntos e, nas espécies diploides (2n), as células somáticas possuem dois conjuntos de cromossomos: um vindo do pai e outro vindo da mãe. Os cromossomos originados do pai e da mãe, que possuem as mesmas características, como forma, tamanho e posição do centrômero, são denominados cromossomos homólogos e ocorrem aos pares, tanto na espécie humana quanto em muitas outras.
A posição ocupada por cada gene dentro de um cromossomo é denominada de locus gênico e os genes pertencentes aos cromossomos homólogos que se localizam no mesmo locus são chamados de genes alelos. Genes alelos determinam um mesmo caráter no indivíduo.
Número de cromossomos
É específico para cada espécie, ou seja, difere de acordo com a espécie do indivíduo. Na espécie humana, por exemplo, em células somáticas, que são as diploides, há dois conjuntos de cromossomos, um herdado do pai e um herdado da mãe, ou seja, são 23 pares que somam 46 cromossomos. Já nas células sexuais, que são células haploides com somente um grupo de cromossomos, há apenas 23 cromossomos.
Cromossomos autossômicos e sexuais
Podemos dividir os cromossomos em duas categorias, que denominamos autossômicos e sexuais, pois possuem funções diferentes no genoma de um indivíduo.
Os cromossomos sexuais, como o nome sugere, são encarregados pela determinação do sexo do indivíduo. Na espécie humana, que apresenta 46 cromossomos, 2 deles são cromossomos sexuais, que são identificados como cromossomos X e Y. As mulheres apresentam dois cromossomos X, enquanto os homens apresentam um X e um Y.
Os cromossomos autossômicos estão presentes em ambos os sexos e são relacionados a características comuns, que não estejam ligadas a fatores sexuais, formando o conjunto genético do indivíduo. Os seres humanos possuem 44 cromossomos autossômicos, que formam 22 pares.
Cariótipo
Para entender o que é o cariótipo, precisaremos relembrar alguns conceitos importantes. Vamos lá?
O gene é uma porção de DNA cromossômico que possui informações para a síntese de proteína, ou seja, contém uma sequência específica de DNA que vai ser utilizada para produzir uma proteína que desempenha uma função específica na célula e no organismo. É importante ressaltar que cada espécie apresenta um número específico de genes por cromossomo. O nome dado a este conjunto de genes é genoma.
Na espécie humana, o genoma corresponde a 23 pares de cromossomos, metade herdado do pai e metade da mãe. Sendo assim, os 23 pares cromossômicos representam o cariótipo humano.
Portanto, cariótipo é o nome referente ao conjunto de cromossomos, que possui formas, tamanhos,números característicos e próprios por espécie. Nos humanos, são 23 pares, em que 22 pares são constituídos por cromossomos homólogos autossômicos e 1 par por cromossomos sexuais (referentes à determinação do sexo do indivíduo).
O cariótipo do homem é formado por 22 pares de cromossomos autossômicos + 1 par de cromossomos sexuais (XY).
O cariótipo da mulher é formado por 22 pares de cromossomos autossômicos + 1 par de cromossomos sexuais (XX).
É importante ressaltar que podem ocorrer alterações em relação à quantidade ou à estrutura dos cromossomos, acarretando alguns distúrbios. Um exemplo disso é a síndrome de Down, ou trissomia do cromossomo 21, que ocorre em consequência da não segregação dos cromossomos homólogos do par 21.
Trissomia do cromossomo 21 ou síndrome de Down.
Estudo do cariótipo
Quando estudamos o cariótipo de um organismo, podemos constatar a normalidade ou detectar a presença de anormalidade nos cromossomos. As anormalidades dos cromossomos podem ser ocasionadas por fatores mutagênicos (que causam mutações) e incluem monossomias ou polissomias (alterações numéricas que culminam em ausência ou adição de cromossomos inteiros).
O exame do cariótipo pode ser necessário quando há suspeita de infertilidade, histórico de doenças genéticas na família, dentre outras situações. Seu objetivo é analisar os cromossomos e suas regiões, a fim de investigar possíveis alterações cromossômicas numéricas ou estruturais. Tais alterações podem estar ligadas a uma série de doenças genéticas constitucionais ou adquiridas durante a vida, como o câncer, por exemplo.
O estudo do cariótipo por meio de cultura celular.
Existem diferentes métodos para a realização desses exames, dependendo do nível de investigação e da suspeita sobre condição clínica do paciente.
Porém, o princípio básico para a realização dos exames é por meio de coleta de uma amostra de células do paciente, para que seja feita cultura celular.
A partir da cultura de células pode-se obter células em metáfase para coloração dos cromossomos com bandeamento. E, por meio das bandas cromossômicas, é possível a identificação de possíveis alterações.
1) Sobre os cromossomos, podemos afirmar que são formados por: Cromossomos são formados por longas moléculas de DNA associadas a proteínas histonas em um complexo arranjo, organizado de forma compactada ou condensada.
2) O cromossomo é visível ao microscópio óptico durante a metáfase da divisão celular. O conjunto de informações sobre tamanho, forma, número e características dos cromossomos de uma espécie é chamado de: cariótipo 
Ciclo e divisão celular
Ao final deste módulo, você será capaz de identificar as etapas do ciclo e da divisão celular.
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Ciclo celular: intérfase e mitose
O ciclo celular é o processo responsável pela formação de duas células-filhas a partir da divisão de uma célula-mãe. Ele tem duração variável, que vai depender do tipo de célula. As células embrionárias, por exemplo, possuem um ciclo celular que pode durar 30 minutos – tempo considerado extremamente curto.
O ciclo celular é fundamental para que ocorra o desenvolvimento dos embriões, o crescimento dos organismos, a cicatrização, regeneração e renovação dos tecidos, como a epiderme, por exemplo.
O ciclo celular possui duas etapas distintas: a intérfase (fases G1, S e G2) e a mitose. Ambas são divididas em fases, de acordo com os eventos que ocorrem em cada uma.
Agora vamos conhecer mais sobre as características de cada fase da intérfase e da mitose, separadamente.
Intérfase
Quando a célula-mãe se prepara para dividir-se em duas células-filhas.
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G1
Fase que inicia o ciclo celular, caracterizada pelo crescimento da célula, por intensa biossíntese de novas organelas e síntese de proteínas usadas na replicação do DNA. No final desta fase, ocorre o primeiro ponto de verificação ou restrição, em que a integridade do DNA é verificada. Caso seja verificado algum dano no DNA, o sistema de reparo será acionado. Se não for possível o reparo, a célula entrará em apoptose, evitando a formação de células-filhas que possam comprometer os processos fisiológicos ou bioquímicos do organismo. Caso o DNA esteja íntegro, ou tenha sido feito o reparo de algum dano, a célula segue para a fase seguinte.
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S
Fase de replicação do DNA, em que ocorre redução da síntese proteica da célula, mantendo a síntese das histonas, que participarão da formação da cromatina a partir do DNA sintetizado.
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G2
Fase que se inicia com o segundo ponto de verificação da integridade do DNA. Durante esta fase, ocorre a síntese de proteínas, destacando-se as tubulinas, que formarão os microtúbulos do fuso mitótico, pois a célula entrará em mitose.
Mitose
Quando ocorre a divisão celular propriamente dita, ou seja, a célula inicial (ou célula-mãe) dá origem a duas células-filhas idênticas a ela. Antes de prosseguir, vamos entender o que é a divisão celular.
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Atenção!
O processo de divisão celular é definido por uma série de etapas que as células realizam para se dividir. Pode ser desencadeado por diferentes razões, dependendo da finalidade, ou seja, do objetivo final. São conhecidos dois tipos de divisão celular: mitose e meiose. A mitose está relacionada ao desenvolvimento e crescimento de organismos, assim como à substituição ou reparo de células em um tecido. Enquanto a meiose está associada à reprodução sexuada. Em ambos os tipos de divisão celular, o núcleo se divide e o DNA é replicado, possibilitando o surgimento de novas células-filhas.
Agora vamos focar na mitose que é o processo de divisão celular em que uma célula inicial diploide (2n) dá origem a duas novas células-filhas diploides (2n), que são idênticas à célula-mãe (célula inicial). Neste tipo de divisão celular, as células-filhas possuem todo o material genético da célula-mãe, um conjunto completo de cromossomos iguais aos da célula-mãe. A mitose começa ao final da intérfase e tem duração relativamente curta, se comparada com a própria intérfase. Em células animais, a mitose dura cerca de uma hora, enquanto a intérfase chega a durar 24 horas.
A mitose é dividida nas seguintes fases:
foto 5 fases
O final da mitose é marcado pela citocinese, que é a separação das células-filhas, efetivamente.
Na mitose, as células-filhas receberão o mesmo número de cromossomos, com os mesmos genes da célula-mãe, sendo cópias, ou seja, células iguais à célula-mãe.
Meiose
Já estudamos sobre a mitose e agora estudaremos outro tipo de divisão celular que é voltada para a reprodução sexuada: a meiose. Na meiose, serão produzidas sempre células com apenas metade do número de cromossomos (n) do material genético da célula-mãe. Logo, a meiose é um tipo de divisão celular eucariótica, onde serão produzidas células haploides (n).
São características da meiose:
Reduz o número de cromossomos pela metade.
Produz células-filhas haploides (n) geneticamente diferentes entre si e da célula-mãe.
Está restrita às células germinativas em animais e plantas pluricelulares e origina as células sexuais ou gametas, em um processo denominado gametogênese.
A meiose ocorre em dois ciclos de divisão celular e nuclear, meiose I e meiose II, com apenas um episódio de replicação do DNA. Vamos conhecer cada uma a seguir.
Fases e características da meiose I
Prófase I
Nesta fase, ocorre o pareamento dos cromossomos paternos e maternos, com a ocorrência de recombinação do material genético entre eles. Este evento-chave da meiose faz com que a prófase I seja a fase mais longa. A prófase I é subdividida nos seguintes estágios:
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Leptóteno
Ocorre a condensação gradual dos cromossomos já duplicados.
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Zigóteno
Ocorre a aproximação e o pareamento dos cromossomos homólogos de origem paterna e materna e termina com todos os homólogos firmemente pareados.
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Paquíteno
Ocorre a recombinação gênica, também denominada de crossing-over ou permuta, em que há troca de genes de origem paterna e materna entre os cromossomos homólogos.
Esta recombinação segue três etapas:quebra do DNA na mesma altura nas cromátides homólogas, formação das moléculas de DNA recombinadas com os fragmentos das cromátides homólogas e reparo para substituição de bases mal pareadas.
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Diplóteno
Ocorre a separação dos cromossomos homólogos e formação de quiasma, região onde houve a permuta e que ainda fica unida.
Diacinese
Vamos conferir os acontecimentos que caracterizam a diacinese?
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Os cromossomos homólogos atingem a condensação máxima e se afastam.
2
Os nucléolos desaparecem.
3
Ocorre o rompimento do envelope nuclear.
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Os cromossomos começam a se movimentar em direção à placa equatorial da metáfase I.
Nesse estágio, é importante mencionar que, embora haja a separação dos cromossomos homólogos, os quiasmas são deslocados para as extremidades dos cromossomos (fenômeno denominado terminalização), onde devem ser mantidos, para garantir uma separação correta dos cromossomos homólogos.
Continuando as fases da meiose, após a prófase I, temos ainda:
Metáfase I
Ocorre o alinhamento dos cromossomos homólogos pareados na placa equatorial.
Anáfase I Ocorre o rompimento dos quiasmas e a separação dos cromossomos homólogos para os polos opostos; as cromátides irmãs continuam unidas.
Telófase I Ocorre a etapa final da meiose I; as cromátides irmãs chegam aos polos e permanecem unidas.
Citocinese Ocorre a separação dos citoplasmas das duas células-filhas.
Neste ponto, é importante compararmos o movimento dos cromossomos durante a metáfase I e a anáfase I da meiose com a metáfase e anáfase da mitose.
Meiose I
Vemos que os cromossomos homólogos ficam pareados, um de frente para o outro na placa equatorial, na metáfase I (meiose I). Desse modo, na anáfase I (meiose I), ocorre segregação dos cromossomos homólogos.
close
Mitose
Já na metáfase (mitose), os cromossomos ficam alinhados lado a lado, sem que haja um pareamento entre os homólogos. Sendo assim, na anáfase (mitose), ocorre a segregação das cromátides irmãs.
Durante a segregação dos cromossomos homólogos, na anáfase I, eventualmente, pode ocorrer dos cromossomos homólogos não se separarem e migrarem juntos para o polo. É o que acontece, por exemplo, na síndrome de Down (também conhecida como trissomia do cromossomo 21).
Outra coisa importante de se destacar é que a distribuição dos cromossomos homólogos na placa equatorial é aleatória e permite a formação de 2n gametas diferentes geneticamente, em que o n corresponde ao número haploide da espécie. Com isso, na gametogênese humana, por exemplo, em que o número haploide é 23, um indivíduo é capaz de produzir 223 ou 8.388.608 gametas diferentes. Somando-se a isso, há o crossing over que aumenta ainda mais a variabilidade genética, gerando células-filhas diferentes entre si e da célula-mãe.
A meiose I é também denominada meiose reducional, pois reduz à metade o número de cromossomos, ainda que cada um esteja duplicado. A intercinese é uma etapa entre a meiose I e a meiose II, em que as células-filhas estão separadas e prontas para o início da meiose II; não há duplicação de DNA.
Fases e características da meiose II
Esta etapa tem início quando os cromossomos se descondensam completamente, conheça a seguir cada fase:
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Prófase II
Ocorre em curta duração, e os cromossomos são formados pelas duas cromátides irmãs. Tem início a formação das fibras do fuso, e o envelope nuclear e o nucléolo desaparecem.
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Metáfase II
Ocorre o alinhamento lado a lado dos cromossomos na placa equatorial, bem como a duplicação dos centrômeros.
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Anáfase II
Ocorre a divisão dos centrômeros e a migração das cromátides irmãs para os polos opostos.
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Telófase II
Ocorre a reconstituição do envelope nuclear assim que os cromossomos chegam aos polos, a reestruturação do nucléolo, a descompactação da cromatina e o desaparecimento do fuso.
A meiose II é também denominada meiose equacional, pois acontece a separação das cromátides de um mesmo cromossomo. Com isso, é mantido o número de cromossomos.
Na citocinese, as células-filhas se separam, formando células independentes.
Comparando a mitose e a meiose II, observamos que ambas se assemelham, porém, ao final da meiose II, as células-filhas formadas apresentarão as recombinações ocorridas entre as cromátides homólogas, o que não ocorre nas células-filhas resultantes da mitose.
Veja um resumo gráfico das etapas da mitose e da meiose:
Etapas da mitose e da meiose.
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Divisão celular e a sua importância na variabilidade genética
Confira agora o que fala Beatriz Neves sobre divisão celular e a relação da meiose com a variabilidade genética na reprodução sexuada.
Gametogênese
A meiose é o mecanismo de divisão celular envolvido na gametogênese. A gametogênese é o processo de formação de gametas, que são originados a partir das células germinativas e contêm as características genéticas do pai e da mãe, que serão transmitidas às novas gerações, após a fecundação. Este fenômeno é referente à reprodução sexuada.
Em seres humanos, assim como nos animais em geral, existem dois tipos de gametogênese: a espermatogênese (que origina gametas masculinos) e a ovogênese (que origina gametas femininos).
Espermatogênese
As divisões celulares meióticas ocorrem nos testículos. Os espermatozoides (n) são formados a partir das células germinativas chamadas espermatogônias.
Ovogênese
As divisões celulares meióticas originam os óvulos (n). As células germinativas femininas são chamadas ovogônias.
Questão 1
A divisão celular é o processo que permite o crescimento e o desenvolvimento dos organismos. Divide-se em dois tipos, de acordo com as características das células que origina ao final do processo: mitose e meiose. Considerando os processos envolvidos na divisão celular, assinale a alternativa correta.
Durante a anáfase da mitose, os cromossomos alinhados na placa metafásica têm as suas cromátides irmãs segregadas e cada uma migra para um polo oposto. Diferentemente, na anáfase I da meiose I os cromossomos homólogos são segregados, migrando para polos opostos, enquanto as cromátides irmãs continuam unidas.
A gametogênese é o processo de formação dos gametas humanos. Considerando a gametogênese, podemos afirmar corretamente que: A ovogênese é o processo de formação dos gametas femininos, os óvulos. A espermatogênese é o processo de formação dos gametas masculinos, os espermatozoides. As divisões celulares meióticas que originam os espermatozoides ocorrem nos testículos.
Diferenciação e morte celular
Ao final deste módulo, você será capaz de descrever os processos de diferenciação celular e de morte celular.
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Diferenciação celular
É o processo pelo qual as células passam para se especializar em uma função específica.
Após a fecundação de um óvulo por um espermatozoide, temos o início da vida com a primeira célula do indivíduo, que passará em seguida por diversas e sucessivas divisões mitóticas. Nesta altura do desenvolvimento embrionário, apresenta-se um grupo de células designadas como células totipotentes, o que quer dizer que são células indiferenciadas que podem dar origem a qualquer tipo celular daquele ser vivo.
Células indiferenciadas originam células especializadas.
Embora todas as células apresentem as mesmas informações genéticas, durante a diferenciação, grupos de genes vão sendo ativados e outros são inibidos, conforme o destino das células na sua especialização. Por isso, depois da diferenciação, as células passam a desempenhar papéis diferentes, ou seja, passam a ter funções distintas no organismo, de acordo com sua especialização.
Em resumo, cada tipo celular apresenta inibição ou ativação de determinados grupos de genes, e isso é determinante na definição da função que cada célula vai apresentar.
O processo de diferenciação ainda não é totalmente explicado pela ciência. Não se sabe ainda qual fator permite que tal processo se inicie e o motivo de as células serem designadas para sua especificidade. Não se sabe como a célula identifica o seu destino e sua função no organismo. Contudo,é sabido que isso acontece durante o desenvolvimento do embrião.
O processo de diferenciação da célula é geralmente irreversível, ou seja, uma vez que a célula é designada para formar o coração, esta dará origem somente a células cardíacas. Contudo, há registros de desdiferenciação ou transdiferenciação de alguns tipos celulares, ou seja, quando outros tipos celulares são formados a partir de células já diferenciadas (células maduras ou especializadas). A desdiferenciação é mais comumente observada em células vegetais.
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Atividade discursiva
Sabemos que todas as células de um organismo têm os mesmos genes. Então, com base no que estudou até aqui, responda: por que as várias partes do corpo são tão diferentes entre si?
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Cada célula de um indivíduo adulto tem codificada em seu DNA a informação genética completa e necessária para sintetizar todas as proteínas que o constituem. Entretanto, somente alguns grupos específicos de proteínas são produzidos em cada célula especializada e de acordo com sua especialidade e localização no corpo. Podemos pensar, como exemplo, nas células hepáticas, que são diferentes das células cardíacas, porque os genes ativos em uma são diferentes daqueles ativos na outra. Ou seja, existe uma diferença na atividade gênica de cada tipo de célula, existe uma diferença nos genes que são expressos em cada tipo de célula.
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A expressão gênica tem controle sobre quatro mecanismos durante o desenvolvimento do embrião, a fim de garantir a diferenciação das células de maneira correta para formar o indivíduo. Esses quatro mecanismos estão envolvidos com os seguintes processos:
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Proliferação celular
Garantindo que muitas células sejam produzidas.
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Especialização celular
Garantindo que as células se diferenciem de maneira correta para que possam exercer suas funções com êxito.
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Interação celular
Garantindo a mediação do comportamento das células em relação às vizinhas, de forma a promover uma coordenação adequada.
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Movimentação celular
Garantindo a correta disposição das células, de forma que as células próximas possuam características em comum, colaborando para a formação dos tecidos e órgãos.
Células-tronco
Caracterizam-se por apresentarem alta potencialidade, isto é, alta capacidade de se diferenciar em diversos tipos celulares e de se dividir continuamente. Estão presentes em algumas partes do organismo humano adulto, como uma reserva – uma parcela dessas células pode se direcionar para outro tecido que necessite, e se diferenciar em algum tipo celular específico; enquanto o restante da reserva se mantém totipotente.
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Exemplo
O epitélio intestinal possui células-tronco prontas para originar células especializadas e capazes de absorver os nutrientes da dieta alimentar. Parte das células do epitélio intestinal permanece como células-tronco e a outra parte se diferencia.
Nos últimos anos, as células-tronco têm despertado o interesse da área médica, por seu potencial terapêutico, especificamente do tecido nervoso e da medula óssea.
Manipulação de amostras em laboratório.
Sabe-se hoje que há regiões restritas do tecido nervoso com pequenas populações de células proliferantes, quando se acreditava que este era um tecido sem capacidade proliferativa. Já as células-tronco da medula óssea vermelha potencialmente podem originar todas as células do sangue e outros tipos não sanguíneos.
A perspectiva do emprego das células-tronco da medula óssea, de forma terapêutica para doenças sanguíneas e de outros tecidos, amplia os recursos médicos, por exemplo, para reconstituição de tecidos que tenham sido danificados por doenças hereditárias ou adquiridas.
Sabe qual é a relação entre diferenciação celular e câncer?
O câncer é o resultado de alterações na estrutura e funcionamento de genes que controlam o crescimento normal e a diferenciação das células de determinado tecido de um organismo. O câncer gera alteração drástica no sistema de regulação da proliferação e da diferenciação celular. Na maioria dos tecidos, as células normais se dividem de forma controlada, enquanto células cancerígenas se dividem de forma descontrolada e apresentam proliferação desordenada, isto é, para além das necessidades do tecido.
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Morte celular
Quando pensamos em morte celular, muitos podem considerá-la como um processo prejudicial para o organismo, como algo negativo ou maléfico para o indivíduo. Embora em muitos casos a morte celular possa ocorrer como resposta de um estímulo negativo, como mortes por lesões, na maioria das situações, a morte celular é considerada importante e positiva para o indivíduo.
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Atenção!
Em muitos casos, a morte celular é um processo importante para o desenvolvimento do organismo. Desde que não ocorra aleatoriamente, e sim de maneira organizada e controlada.
Um exemplo para evidenciar a importância desse mecanismo é que, durante a fase embrionária, embriões humanos apresentam uma membrana entre os dedos, resultando em mãos com formato de pá. É graças à morte celular organizada e controlada que os dedos são separados e individualizados da maneira como conhecemos no indivíduo ao nascer, se apresentando sem a membrana interdigital. As membranas desapareceram devido à programação de suas células, que são instruídas a morrer ainda no desenvolvimento embrionário.
A importância da morte celular no desenvolvimento embrionário.
Tipos de morte celular
A morte celular em um organismo multicelular geralmente ocorre de duas maneiras possíveis:
Necrose
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Apoptose
Por necrose celular, quando as células morrem devido a situações de injúria, isto é, sofrem estímulos que provocam danos irreversíveis e acabam morrendo.
Esses danos podem ser decorrentes de uma lesão física ou da ação de produtos químicos e tóxicos, por exemplo. Também encontramos essa situação em algumas doenças degenerativas, como é o caso da artrite reumatoide e a gota. Ou em algumas doenças desencadeadas por estímulos externos, como é o caso da silicose e asbestose – que afetam, geralmente, profissionais que manipulam sílica e amianto, respectivamente, devido à inalação dessas substâncias.
Já a morte por apoptose ocorre quando as células são estimuladas a morrer de forma programada. É uma morte que se dá com gasto de energia, configurando um fenômeno espontâneo, como se as células cometessem suicídio por efeito de sua função não ser mais necessária para o organismo. Veja:
Tipo de morte celular: necrose x apoptose.
A necrose se apresenta como uma morte mais desorganizada e desencadeia resposta do sistema imunológico, gerando uma inflamação. Já a apoptose é organizada e ocorre com a célula sendo dividida em pequenas porções, que são recolhidas por outras células, evitando a ativação de uma resposta imunológica como reação ao processo.
Essas duas formas de morte celular ocorrem em diferentes circunstâncias, como explicado, e envolvem diferentes etapas com características distintas. Entenda:
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Morte celular no desenvolvimento de um organismo
Confira agora a explicação de Beatriz Neves sobre morte celular e sua importância para a manutenção da vida.
Questão 1
Ao observarmos um organismo pluricelular, percebemos que a morfologia das células pode variar amplamente. Há células em forma de cálice, como as do intestino; em forma de estrela, como os neurônios; ou discoides, como as hemácias. A diferenciação dessas células começa muito cedo, na vida embrionária, e ocorre por:
A expressão gênica tem controle sobre os processos que garantem a diferenciação da célula. A diferenciação da célula ocorre pela ativação e inativação de diferentes grupos de genes, de acordo com a especialização da célula.
Questão 2
A morte celular é um processo que faz parte do ciclo de vida dos organismos. Pode ocorrer para promover o desenvolvimento,através de processo controlado e ativo, exigindo gasto de energia; ou ocorre de forma acidental, causando danos físicos em processo patológico e passivo, sem gasto de energia. Esses dois processos são denominados, respectivamente, apoptose e necrose.
Com base no texto, são apresentadas, a seguir, duas situações de morte celular. Analise-as e assinale a alternativa correta:
Durante o desenvolvimento embrionário de humanos, as membranas interdigitais da mão vão desaparecendo até que ao nascer os dedos da mão estão livres e separados uns dos outros.
Durante o desenvolvimento dos sapos, nos estágios iniciais, quando os girinos possuem uma vida aquática, eles apresentam uma longa cauda. Conforme vão se desenvolvendo, a cauda vai diminuindo de tamanho até que, ao migrar definitivamente para a terra, não há mais cauda.
 A morte celular por apoptose é a morte celular programada e tem como objetivo garantir a manutenção de tecidos e órgãos, fazendo parte do desenvolvimento do organismo. Em ambos os casos, ocorre morte celular programada durante o desenvolvimento inicial.
Considerações finais
Neste conteúdo, estudamos conceitos ligados ao núcleo celular, suas características e seu papel no controle das atividades da célula. Estudamos as diferenças entre o DNA e RNA, a estrutura dos cromossomos metafásicos e como eles se organizam durante a divisão celular, seja na mitose ou na meiose. Vimos que é possível identificar transtornos genéticos por meio do estudo do cariótipo, com base nas alterações de morfologia ou de número dos cromossomos.
Aprendemos que as células começam a se diferenciar na vida embrionária e que na fase adulta o organismo conta com a maioria das suas células totalmente diferenciadas, mas com alguma reserva de células totipotentes. As células totipotentes se apresentam como um caminho terapêutico para muitas doenças. Por fim, vimos que a morte da célula pode ocorrer de forma programada por apoptose ou de forma não programada por necrose, sendo este um processo importante para garantir o bom funcionamento do organismo vivo.