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Prof. Ariane B. Frare Cromossomos • 1900 → Redescoberta dos trabalhos de Mendel • Boveri e Sutton (1902) → postularam a Teoria Cromossômica da Hereditariedade (independentemente) – Cromossomos – estruturas que contém os fatores de mendel – Fizeram a conexão entre os mecanismos de divisão celular e a transmissão da informação genética – Permite explicar, através de processos celulares, as conclusões de Mendel Mendel -Genes estão aos pares (Aa) - Os alelos de um gene segregam independentemente Sutton-Boveri - Pares de cromossomos - Segregação independente de cada membro de um par de homólogos Teoria Cromossômica • Sutton (1903) “A associação de cromossomos maternos e paternos em pares e sua subsequente separação durante a divisão e redução… pode constituir a base física da lei Mendeliana de hereditariedade.” Teoria Cromossômica da Hereditariedade: entidades invisíveis e hipotéticas chamadas genes são partes das estrututas vísiveis chamadas cromossomos. Teoria Cromossômica • Alfred Blakeslee (1922) – Estudos com Estramônio, que possue 12 pares de cromossomos – Obteve 12 linhagens fenotipicamente diferentes: cada uma com 12 pares de cromossomos mais um representante extra de um par. Se os cromossomos fossem todos iguais esta diferença não seria observada Teoria Cromossômica • L. Doncaster e G. H. Raynor (1906) – cor das asas da mariposa magpie Evidência de ligação ao sexo Relação com o sexo das mariposas: prole feminina é similar ao pai e a prole masculina é similar a mãe – Herança Cruzada Teoria Cromossômica • Nettie Stevens (1905) → observou machos e fêmeas de bezouro Tenebrio descoberta de cromossomos heteromórficos • O mesmo foi observado na Drosophila melanogaster Teoria Cromossômica Thomas Hunt Morgan (1909) • Herança da cor de olhos na mosca da fruta (Drosophila melanogaster) – Olhos vermelhos → caráter dominante – Olhos brancos → caráter recessivo Teoria Cromossômica Interpretação de Morgan • Organismos: o cromossomo que não possui o seu homólogo segrega sozinho (crom. X). Ou há um par de homólogos heteromórficos (cromossomos X e Y) • Morgan observou que o par heteromórfico tinha relação com o sexo da mosca : cromossomo X e Y determinam o sexo da mosca Gametas: Meiose nas fêmeas: X Meiose nos machos: X e Y Teoria Cromossômica • Gene para cor do olho estava no cromossomo sexual X Teoria Cromossômica • O resultado é consistente com o comportamento meiótico dos cromossomos X e Y • Fortalecia a Teoria Cromossômica, mas não era prova definitiva • Mesma linha de pensamento para as mariposas – só que o cromossomo heteromórfico estava presente nas fêmeas. Teoria Cromossômica • Calvin Bridges “Se os genes estão situados nos cromossomos, alguns resultados genéticos incomuns e inesperados deve ser explicado pela ocorrência de arranjos cromossômicos anormais” Teste crítico para a Teoria Cromossômica Fenótipos excepcionais Cruzamentos de grande escala: 1 em cada 2000 indivíduos de F1 era uma fêmea de olhos brancos ou um macho de olhos vermelhos estéreis (prole primária excepcional) Teoria Cromossômica Teste crítico para a Teoria Cromossômica • Como explicar os fenótipos excepcionais? – Não Disjunção meiótica Teoria Cromossômica • Examinou microscopicamente os cromossomos da prole primária excepcional: XXY e XO • Previu os pareamentos que resultariam do cruzamento Cruzamento: XwXwY x Xw+Y Prole Secundária Excepcional: XwXwXw+ / XwXwY / Xw+Y / YY / XwXw+ / XwY / XwYXw+ / XwYY • Examinou microscopicamente e confirmou previsões • Previu com exatidão a natureza de processos genéticos incomuns (interferências genéticas → comprovações citológicas) Não disjunção Testar a Hipótese Confirmou a localização dos genes nos cromossomos Teoria Cromossômica Morfologia • Classificação de Denver (1960) • Posição do Centrômero • Tamanho dos Cromossomos Como os cromossomos variam: • Número • Tamanho • Padrão de heterocromatina e eucromatina • Posição dos centrômeros: – Metacêntrico – Submetacêntrico – Acrocêntrico – Telocêntrico • Organizadores nucleolares (contém várias cópias dos genes que codificam para os rRNAs) Permitem a distinção entre os vários cromossomos de uma célula Tamanho dos Cromossomos Grandes Médios Pequenos • Há uma longa, única e densamente condensada molécula de DNA por cromossomo Estrutura e Organização dos Cromossomo Gene: região funcional ao longo da molécula de DNA – é a região trascrita para produzir RNA Empacotamento do DNA no núcleo das células O material que constitui os cromossomos é denominado cromatina e é constituído de DNA e proteínas Empacotamento do DNA no núcleo das células • Histonas: proteínas relativamente pequenas com altas proporções de aminoácidos carregados positivamente – Lisina e arginina. Essa carga ajuda as histonas a se ligarem ao DNA (carregado negativamente), tipos: – H1, H2a, H2b, H3 e H4 • Níveis de helicoidização – encurta o DNA em mais de 100.000 vezes Empacotamento do DNA no núcleo das células • 1) Nucleossomo: octâmero de duas unidades de cada histona (H2a, H2b, H3 e H4) e quase duas voltas de DNA envolvendo as proteínas • 2) Solenóide: nucleossomos helicoidizados estabilizados pela histona H1 • 3) Formação de alças pelo solenóide que se ligam a um arcabouço central, o arcabouço se dispõe em uma grande super-hélice Formação do Nucleossomo – fibra de 11nm Nucleossomo estabilizado pela histona H1 Solenóide – fibra cromatínica de 30nm Formação das alças de DNA Nível 01 Nível 02 Nível 03 Nível 04 Ciclo Celular, Mitose e Meiose CICLO CELULAR • Eventos que preparam e realizam a divisão celular • Mecanismos responsáveis pelo crescimento e desenvolvimento • Células somáticas célula duplica seu material genético e o distribui igualmente para duas células-filhas • Processo contínuo dividido em 2 fases principais: – INTÉRFASE – MITOSE/MEIOSE CICLO CELULAR • Célula encaminhada à progressão no ciclo por mecanismos de regulação relacionados a • crescimento • multiplicação • diferenciação celular • condição de latência • Falhas nos mecanismos célula pode ser • encaminhada para apoptose (morte celular programada) • desenvolvimento tumoral CICLO CELULAR Fases do Ciclo: G1: 12 horas S: 7 a 8 horas G2: 3 a 4 horas M: 1 a 2 horas Total: 24 horas G2 G1 M S Checkpoint • Mecanismo que monitora o ciclo celular; • Controle de qualidade: correta execução dos eventos; • Impede início de eventos subseqüentes até que o anterior seja executado com sucesso; • Reparo ou apoptose. • Se erros: cânceres, anomalias cariotípicas. Controladores Positivos do Ciclo CDKs (cinases dependentes de ciclina) Presentes durante todo o ciclo; Ativadas quando ligadas a ciclinas; Fosforila e ativa proteínas específicas. Ciclinas Quantidade varia durante as fases do ciclo; Sintetizadas conforme necessidade; Ligam-se às CDKs. Controladores Negativos do Ciclo CKIs (inibidores de CDKs) p15, p16, p18, p19: específicas p21, p27, p57: inespecíficas Complexo ubiquitina Degrada ciclinas e outras proteínas Fosfatases DesfosforilaCDKs e ciclina/CDKs. Fases do ciclo celular: • Intervalo G1 ou pós-mitótico: intensa atividade de biossíntese e formação de organelas celulares – crescimento celular. Avaliação se prossegue ou não para o ciclo celular. Caso positivo – passa a etapa seguinte. Caso negativo, entra em estado G0, o qual a duração depende do tipo celular. • Período S ou Período de Síntese: ocorre a auto-replicação semi- conservativa do DNA – cada cromossomos passa a ter 2 cromátides ligadas pelo centrômero. • Intervalo G2 ou pré-mitótico: Compreende do final da síntese até o inicio da mitose, produzindo biomoléculas essenciais para a divisão celular. Ocorre a duplicação dos centríolos. • Mitose/Meiose: Período no qual ocorre a divisão celular. CICLO CELULAR Intérfase • Intensa síntese de RNA e proteínas • aumento do citoplasma da célula-filha recém formada • Se refaz o citoplasma, dividido durante a mitose • Cromatina não compactada e não distinguível como cromossomos individualizados ao MO • Pode durar horas ou até meses • Ponto de verificação –START: recebe tanto sinais externos quanto internos, para determinar quando é apropriado passar para a fase S – É regulado por ciclinas tipo D em conjunto com CDK4 G1 G1 • Estímulo para multiplicação. • Síntese ciclina D; complexos com CDK4 e CDK6. • Síntese ciclina E; complexos com CDK2. • Complexos fosforilam pRb, que se desliga de E2F. • pRb ativa (fosforilada) permite progressão do ciclo. • Se gene pRb mutado: perde controle do ciclo – associação com tumores. • CKIs p53, p21 e p27: controle – sobre pRb Bloqueiam atividade de cinase do complexo ciclina/CDK p53 – supressor tumoral − freqüente alvo de mutações CICLO CELULAR Intérfase • Duplicação do DNA • aumenta a quantidade de DNA polimerase e RNA; • Mecanismos responsáveis pela progressão da célula ao longo da fase S e para G2 não estão muito claros • Complexo ciclinaA/Cdk2 importante função antes da síntese de DNA, fosforilando proteínas envolvidas na origem de replicação do DNA • Fator Promotor da Mitose (MPF ou ciclinaB/cdc2), protege a célula, até que entre na mitose Fase S CICLO CELULAR Intérfase • Tempo para o crescimento celular e para assegurar completa replicação do DNA antes da mitose • Pequena síntese de RNA e proteínas essenciais para o início da mitose • Inicia-se a condensação da cromatina para que a célula possa progredir para a mitose • Há checkpoints exercidos pelo MPF (fator promotor de mitose), que está inativo durante quase toda a fase G2, mas quando ativado encaminha a célula à mitose G2 CICLO CELULAR Intérfase • Fase mais demorada (90% a 95% do tempo total gasto durante o ciclo) • Atividade biossintetica intensa • Subdividida em: G1, S e G2 • O Ciclo pode durar algumas horas (células com divisão rápida, ex: derme e mucosa intestinal) até meses em outros tipos de células CICLO CELULAR • Sinais químicos que controlam o ciclo provêm de fora e de dentro da célula • Sinais externos: > Hormônios fatores de crescimento • Sinais internos são proteínas de 2 tipos: > ciclinas > cinases/quinase dependentes de ciclina (CDKs) CICLO CELULAR Intérfase • Alguns tipos de células (neurônios e hemácias) não se dividem e permanecem paradas durante G1 em uma fase conhecida como G0 • Outras entram em G0 e após um dano ao órgão voltam a G1 e continuam o ciclo celular (ex: células hepáticas) Controle do Ciclo Celular • Regulado para parar em pontos específicos onde são feitos os reparos • São reconhecidos estes checkpoints: – Em G1 antes da célula entrar na fase S – Em G2 antes da célula entrar em mitose – E checkpoint do fuso mitótico Controle do Ciclo Celular • Monitora a ligação dos cromossomos aos microtúbulos do fuso mitótico • Garante a segregação idêntica do material genético entre as células-filhas • Preservar a integridade do genoma em nível cromossômico Checkpoint do fuso mitótico CONTEÚDO DE DNA • Célula diplóide inicia a mitose 46 cromossomos e conteúdo de DNA de 4C (cada cromossomo é formado por duas moléculas de DNA unidas pelo centrômero) • Final da mitose células-filhas apresentam também 46 cromossomos, porém um conteúdo de DNA de 2C Mitose • Manutenção do número de cromossomos • Reprodução assexual • Divisão das células somáticas 1) Prófase – condensação cromossômica 2) Metáfase – localização na região equatorial da célula 3) Anáfase – separação das cromatídes irmãs 4) Telófase – descondensação cromossômica Intérfase Prófase Metáfase Anáfase Telófase MEIOSE • Células germinativas inicia com uma célula diplóide e termina em 4 células haplóides geneticamente diferentes entre si • Na meiose há a preservação do número cromossômico diplóide nas células humanas (gametas formados número haplóide) • Tem uma única duplicação do genoma, seguida de 2 ciclos de divisão: a meiose I e a meiose II MEIOSE II • Semelhante à mitose comum, diferença = número de cromossomos da célula que entra em meiose II é haplóide • O resultado final são 4 células haplóides, cada uma contendo 23 cromossomos com 1 cromátide cada (divisão equacional) Meiose I 1) Prófase I: Condensação cromossômica 2) Metáfase I: Tétrades na região equatorial da célula 3) Anáfase I: Separação dos homólogos 4) Telófase I: Divisão das células Meiose II 5) Profase II 6) Metáfase II: Alinhamento dos cromossomos na região equatorial 7) Anáfase II: Separação das cromátides irmãs 8) Telófase II: Divisao Celular Meiose – Reprodução Sexual Replicação DNA Meiose I Meiose II • Complexo composto por diversas proteínas e DNA – formação de um eixo central e duas barras laterais as quais se associam os cromossomos homólogos. • Coloca os cromossomos em contato com seu par correspondente • Ocorre no Zigóteno – etapa da Prófase I Sinapse Cromossômica - Complexo Sinaptonêmico • Sinapse cromossômica: é o emparelhamento de pares de cromossomos homólogos possibilitada pela formação do complexo sinaptonêmico, uma elaborada estrutura constituída por diversas proteínas que formam um longo eixo central e duas barras laterais às quais se associam cromossomos homólogos. É altamente específico; colocando em contato cada ponto de um cromossomo com o seu correspondente. Essa ligação forma um par de cromossomos chamado "bivalente". Crossing Over • Ocorre no Paquíteno – etapa da Prósfase I CORREÇÃO!!! • Ligação entre cromátides não- irmãs – estrutura em forma de cruz denominada quiasmas Crossing Over • Prófase I: Leptóteno, Zigóteno, Paquíteno, Diplóteno, Diacinese • Em média 2 a 3 eventos de crossing-over ocorrem em cada par de cromossomos humanos durante a divisão meiótica I • Conexão entre cromátides não-irmãs: em pontos específicos, os quiasmas Mitose X Meiose RESULTADOS DA MEIOSE • Proporciona fontes de variabilidade genética: - Segregação ao acaso dos cromossomos - Crossing-over – cada cromátide contém segmentos provenientes dos 2 membros do par de cromossomos parentaisRESULTADOS DA MEIOSE • Acredita-se que o crossing-over evoluiu como um mecanismo para aumentar a variação genética • Início Meiose: 1 cromossomo = 2 moléculas de DNA idênticas, de dupla hélice (2 cromátides-irmãs), unidas pelo centrômero: 46 cromossomos 4C – 2n • Final Meiose I: 1 cromossomo = 2 cromátides-irmãs: 23 cromossomos 2C – n • Final Meiose II: 1 cromossomo = 1 cromátide (1 molécula de DNA): 23 cromossomos C – n
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