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11/07/14 1 Prof. Dr. Mateus José Sudano Organização Nuclear e Divisão Celular Disciplina “Genética Veterinária” mjsudano@gmail.com Manifestação Fenotípica Função do Material Genético Proteína Função Estrutural Função Enzimática (via metabólica) Gene controla prontamente o fenó4po Gene controla indiretamente o fenó4po Colágeno Proteína de fibrosa presente na pele, ossos, cartilagens, e dentes Pigmento de Flores A informação dos genes contidas do DNA levam a síntese de enzimas metabólicas Substrato Pigmento colorido Enzima GENE Manifestação Fenotípica Função do Material Genético Mecanismo de Ação das Drogas Proteicas e Glicoproteicas Fonte: Senger, 2003 Sínte se mR NA núcle o Mecanismo de Ação das Drogas Esteróides Fonte: Senger, 2003 Prof. Dr. Mateus José Sudano Organização Nuclear e Divisão Celular Disciplina “Genética Veterinária” mjsudano@gmail.com 11/07/14 2 Introdução ü Procariontes ü Não há separação entre núcleo e citoplasma ü Material genético encontra-se num mesmo compartimento denominado nucleóide. ü Ex: Bactérias e algas verdes azuladas Procariontes Eucariontes ü Eucariontes ü N ú c l e o o r g a n i z a d o : M e m b r a n a n u c l e a r , cariolinfa, cromatina e nucléolo ü Ex: Animais e plantas Organização Nuclear 1- Membrana Nuclear (carioteca) - Regula a entrada (proteínas) e saída (RNAs) de macromoléculas através de poros (ânulo); - Poros representam de 5-36% da superficie da membrana nuclear e são mais frequentes em células com intensa atividade de transcrição. 2- Cariolinfa ou nucleoplasma - É a parte fluída do núcleo, de natureza coloidal - Não é corada e rica em proteínas 3- Cromatina - Parte mais importante do núcleo - Constituído por DNA (quantidade constante) e proteínas (quantidade variável) em células de uma mesma espécie - Intérfase: Cromatina descondensada - Divisão celular: Cromatina condensada para movimentação dos cromossomos para os polos Organização Nuclear ü Tipos de Cromatina - E u c r o m a t i n a : p o r ç ã o d o c r o m o s s o m o descondensada - Heterocromatina: - Cons t i t u t i va : pa r te do c romossomo permanentemente condensada (região próxima ao centrômero e telômero) - Facultativa: parte condensada na interfase de cromossomos sexuais Organização Nuclear ü Condensação da Cromatina - É o processo da condensação do material genético (DNA) para formar os cromossomos; - A condensação da cromatina é necessária para a divisão celular; - O máximo de condensação é observado na metáfase; Organização Nuclear ü Etapas da Condensação da Cromatina: 1- Formação dos Nucleossomos: DNA é intimamente associado a cinco proteínas, as histonas (H1, H2A, H2B, H3 e H4); 2- Formação da Solenóide: Segundo estágio de condensação da cromatina assumindo estrutura de ziguezague (compactação 6-7 nucleossomos); 3- Alças: Espiralizações e dobramentos do solenóide => Cromossomo Organização Nuclear 11/07/14 3 Histonas (H2A, H2B, H3, H4) Histona H1 Nucleossomo 11nm (110 Å) 5,5nm (55 Å) Molécula DNA 840 nm Condensação da Cromatina Condensação da Cromatina 20 Cromossomos enfileirados (metáfase) = 80um 20 Moléculas de DNA enfileiradas = 4,2 m Redução de 57 mil vezes Ex: Milho possui 20 cromossomos Cromossomos Localização Centrômero Classificação Forma na Metáfase Forma na Anáfase Metacêntrico Centro Entre o meio e final Submetacêntrico Acrocêntrico Próximo ao final Telocêntrico No final braço p braço q Migração CromáLdes irmãs Centrômero (constrição primária do cromossomo) Telômero (extremidade cromossomo) Submetacêntrico ü 4- Nucléolo: - Estrutura esférica, e constituído de rRNA - Células com alta atividade de síntese protéicas possuem nucléolos maiores; - Local onde é produzido os ribossomos (rRNA dos tipos 28S, 18S, 5,8S e 5S + 70 proteínas) . Organização Núclear 1 2 4 3 3 3 Prof. Dr. Mateus José Sudano Divisão Celular - MITOSE Disciplina “Genética Veterinária” mjsudano@gmail.com Divisão Celular ü Para organismos alcançarem a forma adulta é necessário aumento do número, tamanho e a diferenciação das células; ü A divisão das células nucleadas consiste de 2 atividades: ü Cariocinese: Divisão do núcleo ü Citocinese: Divisão do citoplasma ü Existem 2 tipos de Divisão Nuclear: ü Mitose: associada a divisão célula somática ü Meiose: associada a formação de gametas Geralmente a citocinese começa quando a cariocinese já está em andamento Que possuem Reprodução Sexuada 11/07/14 4 Divisão Celular ü A maioria dos eucariotos são diplóides: possui os diferentes cromossomos organizados aos pares; ü Os cromossomos que constituem um par são chamados de homólogos à Morfologicamente idênticos e contém os mesmos genes ü O número somático e gamético de cromossomos de uma espécie é 2n e n, respectivamente. Divisão Celular Nome comum Nome cienNfico Número de Cromossomos nas células somáLcas (2n) Bovinos Bos taurus 60 Suínos Sus scrofa 40 Cavalo Equs caballus 64 Jumento Equs asinus 62 Cão Canis familiares 78 Gato Felis catus 38 Frango Gallus domes8cus 78 Camundongo Mus musculus 40 Chipanzé Pan troglady8s 48 Homen Homo sapiens 46 Número somático de Cromossomos em algumas domésticas Divisão Celular INTERFASE ü As células antes de entrar na mitose ou meiose passam por um ciclo interfásico ü Ciclo celular interfásico possui 3 fases: - G1: a célula aumenta de tamanho e há síntese proteica (função enzimática na replicação do DNA) e de RNA - S: Estágio de síntese DNA– onde ocorre a replicação do DNA (semiconservativa, unidirecional e descontínua). Após a replicação cada cromossomo passa a conter 2 cromátides irmãs (mesma constituição genética) - G2: Síntese de alguns RNA e proteínas, período entre a replicação e início da mitose/meiose - Sequência de eventos entre o final de uma divisão e o início de outra - Período de preparo para a próxima divisão Síntese de DNA e Duplicação cromossomo Crescimento e metabolismo Preparação para Mitose Divisão Intérfase M itose Intérfase Y R r y G1 S Síntese DNA G2 2n=4 2C 2n=4 4C -‐ Prófase -‐ Metáfase -‐ Anáfase -‐ Telófase Oscilação da quan4dade de DNA na Mitose 5 4 3 21 0 G1 S G2 Mit G1 S G2 Mit Q ua nL da de D N A (C ) Mitose 1º Divisão 2º Divisão Divisão Celular MITOSE ü Prófase: ü Condensação dos cromossomos progressiva ü Cromossomos se encontram em dois filamentos longitudinais à cromátides irmãs (produto da replicação do DNA – fase S da interfase) ü No final da prófase ocorre: - desaparecimento dos nucléolos e da membrana nuclear - Deslocamento dos cromossomos para o equador da célula - Formação das fibras de fuso Divisão Celular MITOSE ü Metáfase: ü Cromossomos estão no equador da célula formando a placa metafásica ü Os cromossomos atingem o máximo de condensação (fase para estudo de cariótipo) ü Anáfase ü Separação das cromátides irmãs - cada cromáide com seu centrômero ü As cromátides livres se dirigem para polos opostos e passam a ser denominadas cromossomo 11/07/14 5 Divisão Celular MITOSE ü Telófase ü Inverso da prófase: ü ocorre formação da membrana nuclear, ü descondensação dos cromossomos, ü reaparecimento dos nucléolos, ü desaparecimento das fibras de fuso ü Divisão em duas células geneticamente idênticas e iguais a célula mãe da fase G1 (exatamente pela replicação ser semiconservativa) Prófase Metáfase Anáfase Telófase Y R r y Y R r y Mitose 2n=4 2C 2n=4 4C 2n=4 2C 2n=4 4C -‐ Cromá4des irmãs -‐ Condensação progressiva -‐ Perda nucléolo e membrana nuclear -‐ Placa Metafásica -‐ Máximo de condensação -‐ Separação cromá4des irmãs -‐ Descondensação cromossomos -‐ Formação Membrana nuclear e nucléolos 2n=4 4C MITOSE Perca da membrana nuclear Cromossomos descondensados e formação membrana nuclear Intérfase Prófase Metáfase Anáfase Telófase Duplicação dos Cromossomos e formação das cromá4des irmãs Cromossomos duplicados migram para região equatorial para formar a placa metafásica Separação das cromá4des irmãs Núcleo Cromossomos duplicados e condensação Formação da membrana entre as células filhas (citocinese) Divisão Celular MITOSE ü CONSEQUÊNCIAS GENÉTICAS DA MITOSE: - 1 célula mãe produz 2 células filhas geneticamente idênticas Isto significa que todas as células que compõe um organismo adulto (células somá4cas) foram derivadas do zigoto via processo mitó4co e portanto são idên4cas a ela! ToLpotência Pluriopotentes ou MulLpotentes Diferenciação Celular -‐ liga e desliga alelos de diferentes genes no local e hora certo COMO É POSSÍVEL TER DIFERENTES TIPOS CELULARES SE AS CÉLULAS SÃO GENETICAMENTE IDÊNTICAS ????? Prof. Dr. Mateus José Sudano Divisão Celular - MEIOSE Disciplina “Genética Veterinária” mjsudano@gmail.com Divisão Celular ü A meiose é essencial para a formação dos gametas para passar os alelos dos pais para os filhos através da reprodução sexuada; ü A MEIOSE difere da MITOSE: - Após a interfase, ocorre duas divisões celulares (1º - reducional e 2º - equacional) - A meiose ocorre em regiões específicas do organismo e em certos estágios de desenvolvimento - Ao contrário da mitose, as células filhas não sofrem novas meioses, e os cromossomos meióticos não se comportam individualmente – precisa ocorrer a fecundação dos gametas MEIOSE 11/07/14 6 Divisão Celular MEIOSE I ü Intérfase: Igual a mitose à Duplicação dos Cromossomos (DNA) e formação das cromátides irmãs (G1 – S – G2) ü PRÓFASE I ü Leptóteno: ü Inicia a condensação dos cromossomos, ü Núcleo se apresenta como novelo de fios mais finos que o dá prófase mitótica ü Zigóteno: ü Sinapse: pareamento dos cromossomos homólogos – complexo sinaptonênico Divisão Celular MEIOSE I ü PRÓFASE I - Zigóteno: ü A ausência do pareamento dos cromossomos homólogos leva a um processo meiótico irregular = esterilidade Ocorrência de cromossomos assinápLcos – falta de homologia entre eles Burro e a Mula (2n=63) – Híbridos interespecíficos Égua (Equus caballus, 2n=64) vs Jumento (Eqqus asinus, 2n=62) Híbridos interespecíficos não formam gametas viáveis = ESTERELIDADE ü PRÓFASE I ü Paquíteno: ü Período em que os homólogos permanecem pareados ü É a fase em que ocorre a permuta gênica (crossing- over) – corresponde a troca de partes entre cromátides homólogas não irmãs ü Diplóteno: ü Tendência a separação dos homólogos, mas ainda não separa – permanecem ligados através dos quiasmas (locais onde ocorrem as permutas no paquíteno) Divisão Celular ñ Diversidade GenéLca MEIOSE I ü PRÓFASE I ü Diacinese: ü Corresponde ao final da prófase I ü Quando os cromossomos atingem a condensação máxima ü Desaparecimento do quiasma, membrana nuclear, e nucléolo ü METÁFASE I ü Orientação dos cromossomos na placa metafásica, de forma que os homólogos ficam equidistantes e orientados para polos opostos Divisão Celular MEIOSE I ü METÁFASE I ü A orientação dos cromossomos se processa ao acaso, sendo um acontecimento fundamental para a distribuição independente dos genes situados nos cromossomos não homólogos. Divisão Celular ñ Diversidade GenéLca MEIOSE I É a base da 2o Lei de Mendel – Leia da Distribuição Independente ü ANÁFASE I ü Ao contrário do observado na mitose, ocorre segregação dos cromossomos homólogos duplicados para polos opostos ü Em consequência cada nucleo a ser formado receberá um número de cromossomo reduzido a metade (n) ü Divisão da meiose = Reducional Divisão Celular Evento responsável pela formação dos gametas com a metade do número de cromossomos das células somá4cas MEIOSE I 11/07/14 7 ü TELÓFASE I ü Os cromossomos homólogos chegam aos polos da célula, difere da mitose pois o no de cromossomos está reduzido a metade e cada cromossomo possui 2 cromátides ü Após a divisão I, ocorre um período de intercinese, evento parecido com a intérfase da mitose porém sem a replicação de DNA, apenas ocorre sintese de RNA ü MEIOSE II ü Processo semelhante a Mitose Divisão Celular MEIOSE 5 4 3 2 1 0 Tempo Q ua n4 da de D N A (C ) G1 S G2 Pr óf as e I M et áf as e I Anáfase I Te ló fase I M et áf as e II Pr óf as e II Anáfase II Te ló fa se II Gametas Divisão Celular Meiose Intérfase Y R r y G1 S Síntese DNA G2 2n=4 2C 2n=4 4C Y R r y 2n=4 4C 2n=4 4C 2n=4 4C 2n=4 4C Y R r y Y R r y Y R r y Y R r y Leptóteno Zigóteno Paquíteno Diplóteno Y R r y 2n=4 4C Diacinese Prófase I 2n=4 4C 2n=4 4C Y R r y Y R r y Paquíteno Diplóteno z Diacinese Crossing-over (Permuta Gênica) R Z Z R z r z r R Z r R z r R r Z Z z R r 2n=4 4C n=2 2C 2n=4 4C Y R r y Y R r y Y R y r n=2 2C 2n=4 4C Prófase I-‐ Diacinese Metáfase I – 1º orientação Anáfase I– 1º orientação Telófase I – 1º orientação 1º Orientação Metafásica = Frequência de 50% Y R r y 2n=4 4C n=2 2C 2n=4 4C y R r Y y R r Y y R Y r n=2 2C Y R r y 2n=4 4C Prófase I-‐ Diacinese Metáfase I – 2º orientação Anáfase I– 2º orientação Telófase I – 2º orientação 2º Orientação Metafásica = Frequência de 50% 11/07/14 8 Prófase II 1º orientação Metáfase II 1º orientação Anáfase II 1º orientação r y Y R R Y r y n=2 C n=2 C n=2 C n=2 C Y R y r Y R Y R Y R y r y r y r Telófase II 1º orientação 1º Orientação Metafásica = Frequência de 50% Prófase II 2º orientação Metáfase II 2º orientação Anáfase II 2º orientação r Y y R R y r Y n=2 C n=2 C n=2 C n=2 C y R Y r y R y R y R Y r Y r Y r Telófase II 2º orientação 2º Orientação Metafásica = Frequência de 50% y R r Y RrYy 2n=4 Gametas possíveis: 2n n: no pares de cromossomos ex: RrYy: 2n=4, n=2 e 22 = 4 gametas com diferentes cons4tuições gené4cas -‐ RY (25%) -‐ Ry (25%) -‐ rY (25%) -‐ ry (25%) r Y y R R Y r y rY ry RY Ry R Y r y ry RY r Y y R rY Ry Y R r y y R r Y Orientação Metafásica (2º opção) Orientação Metafásica (1º opção) Orientações Metafásicas possíveis: 2n-‐1 n: no de pares de cromossomos ex: RrYy: 2n=4, n=2 e 22-‐1 = 2 orientações metafásicas possiveis: -‐ 50% dos casos (céluas em meiose) 1º opção (RY e ry) -‐ 50% dos casos (céluas em meiose) a 2º opção (Ry e rY) -‐ Garan4ndo a frequência de 25% de cada 4po de gameta Tipos de Gametas Divisão Celular MEIOSE - 1 célula mãe produz 4 células filhas geneticamente distintas; - É a meiose que reduz o no de cromossomo a metade permitindo que após a fertilização o no de cromossomos da espécie permaneça constante; - Paquíteno-Diplóteno da Prófase I (Crossing-over) - Metáfase I (Segregação independente) Ampliação da variabilidade genética ü CONSEQUÊNCIAS GENÉTICAS DA MEIOSE: Comparação da Mitose vs Meiose Mitose Meiose Célula Parental (antes da replicação do cromossomo) Replicação DNA (cromossomo) 2n = 4 Prófase Cromossomo duplicado (2 cromá4des irmãs) Metafase Anáfase Telófase 2n=4 2n=4 Células filhas da mitose Alinhamento dos cromossomos na placa metafásica Separação da cromá4des irmas durante a anáfase Prófase I Metáfase I Anáfase I Telófase I Meiose I Meiose II Segregação independente dos cromossomos não homólogos (diferentes orientações da placa metafásica) Células filhas da meiose II n=2 n=2 n=2 n=2 As cromá4des Irmãs permanecem unidas Separação dos cromossomos homólogos Separação das Cromá4des Irmãs Durante Anáfase II Pareamento dos cromossomos homólogos e crossing-‐over Replicação DNA (cromossomo) Curiosidade.... Gêmeos Univitelínicos (idênticos) Gêmeos Bivitelinos (fraternos) Oriundos por mitose de um único zigoto (geneticamente idênticos): 100% dos genes em comum Oriundos da fertilização de dois óvulos e de dois espermatozóides geneticamente distintos Em média 50% dos genes em comum
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