Biologia - Livro 1-0006

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CAPÍTULO Noções de material genético e núcleo
Muitas características dos seres vivos são determinadas pelo material genético
herdado dos pais. O tipo de dentição das onças é geneticamente determinado, sendo
adaptativo à sua nutrição carnívora. Genes também são responsáveis pela determi-
nação da cor dos pelos desses animais. A onça-pintada (Panthera onca) é o maior
felino das Américas. Já está extinta nos Estados Unidos e no Uruguai. No Brasil, já não
é mais encontrada nos Pampas e está ameaçada de extinção no restante do país. O
desmatamento e o abate desses felinos como retaliação por terem comido animais
domésticos são as maiores causas do perigo de extinção.
FRENTE 1
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BIOLOGIA Capítulo 2 Noções de material genético e núcleo22
Material genético e núcleo
Organização do núcleo
O núcleo é delimitado pela carioteca ou envoltório
nuclear. A carioteca é um envoltório duplo, com consti-
tuição lipoproteica e dotada de poros funcionais, os quais
permitem de modo seletivo o intercâmbio de materiais com
o citoplasma. A carioteca encontra-se ligada ao retículo
endoplasmático. O interior do núcleo é preenchido por um
coloide, denominado nucleoplasma ou cariolinfa.
O material genético nuclear é a cromatina, formada
por cromonemas. Há também o nucléolo, uma estrutura
densa e arredondada, constituída por alguns segmentos
de cromonemas, proteínas e grande quantidade de RNA
ribossômico (Fig. 1). Esse tipo de RNA (ácido ribonucleico)
é gerado pela atividade dos segmentos de cromatina; o
RNA ribossômico entra na composição dos ribossomos,
estruturas responsáveis pela síntese de proteínas.
Poro
Cromatina
Carioteca
Ribossomos
Nucléolo
Retículo
endoplasmático
Núcleo
Cariolinfa
Fig. 1 Componentes do núcleo de uma célula.
Cromatina
Uma célula somática humana apresenta 46 filamentos
de cromatina, também denominados cromonemas. Cada
cromonema tem uma imensa molécula de DNA e proteínas
associadas (as histonas). O material genético de procarion-
tes tem DNA circular (não apresenta extremidades livres)
e não possui histonas associadas.
Um cromonema tem inúmeros genes; uma célula hu-
mana possui cerca de 30 mil genes. Algumas das proteínas
codificadas pelos genes são enzimas que controlam as
reações químicas do metabolismo. Assim, o núcleo é res-
ponsável pelo comando do metabolismo celular.
A estrutura de um cromonema envolve uma molécula
de DNA (ácido desoxirribonucleico) que se enrola, de es-
paço em espaço, a grupos de 8 moléculas de histonas. O
conjunto constituído por DNA e histonas que ele circunda
recebe o nome de nucleossomo (Fig. 2).
DNA
Nucleossomo
(8 moléculas
de histonas)
Histonas
Fig. 2 Organização de um filamento de cromatina (cromonema).
A presença de histonas confere mais estabilidade à
molécula de DNA e é útil na condensação do material ge-
nético, processo que ocorre durante a divisão celular.
Ciclo celular
Muitas células somáticas passam por duas grandes eta-
pas – a intérfase e a mitose – que constituem o chamado
ciclo celular (Fig. 3). Intérfase é o período em que a célula
não está em divisão celular, e pode estar em crescimento,
armazenando materiais e sintetizando proteínas. É nesse
período que a célula duplica seu DNA.
Prófase
Metáfase
Anáfase
Telófase
Intérfase
(não está em divisão)
Divisão
(meiose ou mitose)
Fig. 3 Etapas do ciclo celular.
Mitose constitui a divisão celular propriamente dita.
Esse processo gera duas células-filhas geneticamente
idênticas entre si e a célula-mãe que lhes deu origem. A
mitose é, didaticamente, dividida em quatro fases: prófase,
metáfase, anáfase e telófase.
Há outra modalidade de divisão celular, a meiose, que
se relaciona com a formação de células reprodutoras e será
discutida mais adiante.
O material genético no ciclo celular
Durante a intérfase, os filamentos de cromatina es-
tão descondensados. Veremos que isso significa maior
atividade do DNA, como, por exemplo, na produção de
RNA mensageiro. Em algumas situações, o DNA de cada
cromonema duplica-se (sofre replicação). Isso gera dois
filamentos iguais e unidos, denominados cromátides-
-irmãs. Duas cromátides-irmãs ficam ligadas por uma região
conhecida como centrômero.
Quando a célula entra em mitose, o material gené-
tico sofre condensação. Os filamentos tornam-se mais
curtos e espessos; com isso, ficam também mais visíveis
ao microscópio óptico. Pode-se dizer que cromossomos
e cromonemas representam a mesma estrutura (filamen-
tos de material genético) em momentos diferentes do
ciclo celular e com aspecto característico (condensado/
descondensado).
Em certo momento da mitose, o centrômero duplica-se
e as cromátides separam-se. Os dois filamentos resultan-
tes são denominados cromossomos-irmãos. Cada um dos
cromossomos-irmãos é conduzido para uma célula-filha
diferente. Então ocorre a descondensação do cromossomo,
completando o processo.
F
R
E
N
T
E
 1
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Um aspecto importante envolvido no ciclo celu-
lar é a determinação do número de cromossomos. O
procedimento prático consiste em contar o número de
centrômeros. Assim, um cromossomo duplicado tem duas
cromátides de um único centrômero. No entanto, dois
cromossomos-irmãos que foram recentemente separados
apresentam cada qual um centrômero, gerando no total
dois centrômeros.
O centrômero é uma região dos cromossomos que
não sofre duplicação durante a intérfase; isso só ocorre
em uma das fases finais da divisão celular (a metáfase).
Durante a divisão celular, o centrômero não sofre con-
densação. Trata-se, então, de uma região com aspecto
mais delgado do que o restante do cromossomo; essa
região é conhecida como constrição primária. Alguns
cromossomos têm outra área que não sofre condensa-
ção: é a constrição secundária. A parte do cromossomo
que segue após a constrição secundária é denominada
região satélite (Fig. 5). Em alguns cromossomos, essa
parte é a região organizadora do nucléolo, pois é uma
parte envolvida com intensa síntese de RNA ribossômico,
componente do nucléolo.
Região satélite
(sat)Constrição secundária
Centrômero
 
  
Constrição
primária
Fig. 5 Um cromossomo apresenta centrômero (constrição primária); há cromos-
somos também dotados de constrição secundária.
Tipos de células: haploides e diploides
As células reprodutoras do ser humano são os gametas.
O gameta masculino (espermatozoide) tem 23 cromos-
somos; o gameta feminino (óvulo) também possui 23
cromossomos. Fecundação ou fertilização é o encontro dos
gametas masculino e feminino, seguido da união de seus
núcleos; o resultado é a formação da célula-ovo ou zigoto,
que apresenta 46 cromossomos (23 de origem materna e
23 de origem paterna). O zigoto sofre mitose, gerando duas
células que também se dividem e isso acaba originando
os trilhões de células componentes de um novo indivíduo;
cada uma dessas células também possui 46 cromossomos.
O zigoto e as células componentes do organismo (cé-
lulas somáticas) têm o dobro do número de cromossomos
presentes nos gametas. Zigoto e células somáticas têm
“número duplo” de cromossomos, sendo denominados
células diploides. Gametas possuem “número simples” de
cromossomos e são designados como células haploides
(Fig. 6). O número haploide de cromossomos é represen-
tado por n, enquanto o número diploide é indicado por 2n.
Espermatozoide
23Óvulo
Fecundação
Zigoto
Mitoses
Indivíduo
(tem células somáticas
com 46 cromossomos)
Células haploides Células diploides
n 2n
Fig. 6 Células haploides e células diploides.
Fig. 4 Modificações do material genético durante o ciclo celular.
Cromatina
Cromátides
Cromátides
Genes
Centrômero
Centrômero
Rep
lica
ção
Descondensação
Condensação
Sep
araç
ão
Cromossomo
duplicadoCentrômeros
Cromossomos-irmãos
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
Centrômeros
BIOLOGIA Capítulo 2 Noções de material genético e núcleo24
Homólogos e alelos
Vamos considerar uma espécie hipotética de animal que
apresenta n = 2. Isso significa que seus gametas (células
haploides) possuem dois cromossomose que suas células
diploides (2n), como o zigoto, têm quatro cromossomos.
Os dois cromossomos de um espermatozoide são
diferentes entre si. O óvulo dessa espécie apresenta os
mesmos tipos de cromossomos presentes no espermatozoi-
de. Quando os gametas se unem, o zigoto formado possui
dois conjuntos cromossômicos, um de origem paterna e ou-
tro de origem materna. Podemos identificar, no zigoto e nas
células somáticas, pares de cromossomos que apresentam
o mesmo aspecto: são os cromossomos homólogos (Fig. 7).
Fig. 7 Cromossomos homólogos: células diploides e células haploides.
Espermatozoide
(n = 2)
Óvulo
(n = 2)
Fecundação
Zigoto
(2n = 4)
Cromossomos
homólogos
Cromossomos
homólogos
Cromossomos homólogos têm a mesma forma e, ge-
ralmente, o mesmo tamanho; um é proveniente do pai e o
outro da mãe. Uma célula diploide tem pares de cromosso-
mos homólogos; uma célula haploide tem um representante
de cada par de homólogos. Plantas podem ter células triploi-
des (3n), que têm trios de cromossomos homólogos (Fig. 8).
Cromossomos homólogos
n 2n 3n
Fig. 8 Célula haploide (n) apresenta um representante de cada tipo de cromos-
somo. Em células diploides (2n), há um par de cada tipo de cromossomo. Células
triploides (3n) possuem trios de cada tipo de cromossomo.
Em um par de cromossomos homólogos, há genes res-
ponsáveis pela determinação das mesmas características.
A posição que esses genes ocupam no cromossomo é
seu locus (o plural é loci). Dois genes, “A” e “B”, ocupam
diferentes loci no mesmo cromossomo, cada qual em uma
extremidade (Fig. 9).
Genes
“A”
“B”
Fig. 9 Locus é a posição do gene no cromossomo.
Em uma situação hipotética, o gene “B” poderia ter
duas variações: B, que determina pelo preto, e b, que
condiciona pelo marrom. Dizemos que B e b são formas
alélicas de um mesmo gene; de modo simplificado, pode-
-se dizer que B e b são alelos. Além disso, alelos ocupam
a mesma posição (locus) em cromossomos homólogos.
Por outro lado, o gene “A” poderia ter dois alelos: um de-
termina pelo ondulado e outro condiciona pelo liso (Fig. 10).
a
b
A
B
Alelos
Alelos
A: confere pelo ondulado
a: confere pelo liso
B: confere pelo preto
b: confere pelo marrom
Cromossomos
homólogos
Fig. 10 Alelos e cromossomos homólogos e as características que determinam.
Conclusão: alelos são genes que ocupam a mesma
posição em cromossomos homólogos (locus) e são res-
ponsáveis pela determinação da mesma característica.
B e b, por exemplo, determinam a cor do pelo (B – preto
e b – marrom).
Noções de gene
Como o material genético funciona
Gene é um segmento de DNA que comanda a produ-
ção de uma proteína. O DNA componente do gene serve
de molde para a produção de uma molécula de RNA (é o
chamado RNA mensageiro – ). O RNAm liga-se a vários
ribossomos presentes no citoplasma e orienta a síntese de
uma proteína específica, que pode ser uma enzima (Fig. 11).
RNAm
RNAm
RNAm
Proteína
Proteína
(enzima)
Catalisa reação
química específica
DNA
Aminoácidos
Ribossomo
DNA
Citoplasma
Núcleo
Síntese de RNAm
no núcleo
Fig. 11 Mecanismo de controle de reações químicas pelo DNA nuclear.