Biologia Celular 2

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ANDRÉ SIAS	CITOLOGIA II
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NÚCLEO
O surgimento de um envoltório nuclear compartimentalizando o DNA e separando os eventos de transcrição e de tradução foi o acontecimento evolutivo mais importante que separou os seres eucariotos dos procariotos.
A presença de um envoltório nuclear separaria assim o DNA de processos citoplasmáticos fornecendo ao mesmo tempo um transporte seletivo por meio dos Complexos dos Poros. Desse modo, o interior do núcleo possuiria características bioquímicas particulares. A própria organização do DNA, dobrado inúmeras vezes em espiral contribuiria para o desempenho de funções importantes que devem ocorrer com exclusividade no interior do núcleo, tais como replicação e recombinação do DNA, transcrição nos diversos tipos de RNA e processamento. É no núcleo que se encontram o potencial genético do indivíduo, onde ocorrem mutações e consequente evolução dos seres vivos. É o núcleo que transmite as características hereditárias do indiví duo e que é, em última análise, o responsável pelas proteínas sintetizadas pela célula
�(através da produção dos RNAs). É no núcleo que se encontram gens que podem estar "ligados" ou "desligados" e que conduzirão a todo comportamento proteico do indivíduo. É o núcleo o respon-sável pela divisão celular, recebendo informações hormonais ou de mensageiros secundários que ativam o processo de divisão.
As células, de maneira geral, apresentam apenas um núcleo, embora células com dois ou mais núcleos possam ser encontradas.
COMPONENTES DO NÚCLEO
Envoltório nuclear
Nucléolo
Cromossomas (cromatina)
Nucleoplasma
Matriz Proteica
Nucleoesqueleto
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O NÚCLEO INTERFÁSICO
Ao se estudar o núcleo, devemos levar em conta um aspecto importante que é a fase do ciclo celular em que o núcleo se encontra. Isso porque o núcleo de células em divisão apresenta características totalmente diversas do núcleo interfásico. Quando a célula não está se dividindo, o envoltório nuclear encontra-se sempre presente (em células eucarióticas), do mesmo modo que um ou mais nucléolos podem ser facilmente observáveis enquanto os cromossomos são vistos como massas disformes de cromatina, geralmente pouco condensadas. Durante a divisão celular (mitose ou meiose) há o desaparecimento do envoltório nuclear e do nucléolo, a cromatina se condensa e forma os cromossomos que passam a ser visualizados sob a forma de pequenos bastões, surgem microtúbulos do fuso acromático e várias proteínas que auxiliam a divisão celular.
NUCLÉOLO
O nucléolo foi descoberto em 1781 e durante longo tempo foi considerado uma estrutura isolada flutuando dentro do nucleoplasma. Estes conceitos se modificaram radicalmente e hoje sabemos que na verdade, o nucléolo apresenta fortes interrelações com outros compartimentos c livres no citoplasma para vários novos ciclos.
O nucléolo é peça fundamental na maquinaria celular uma vez que a produção de ribossomas é vital à síntese de proteínas.
Todas as células eucarióticasapresentam nucléolos, cujo número geralmente se situa entre 1 e 2. No entanto, podem ser encontradas células com número maior de nucléolos.
Dentro do ciclo celular, o nucléolo sofre modificações marcantes: no início da mitose (prófase), ele desaparece aos poucos e volta a reaparecer no final da telófase.
*Células nervosas do cérebro perdem genes para RNAr à medida que envelhecem.
Um dos primeiros sinais de que uma célula está entrando em divisão, é o desaparecimento gradual do nucléolo durante o início da prófase. À medida que os cromossomas vão se condensando observam-se duas constrições – uma primária (ou centrômero) e uma secundária (O NOR). A constrição primária é comum nos cromossomas, correspondendo a regiões altamente condensadas e repetitivas de DNA (heterocromatina). A constrição secundária (NOR) só é observada em alguns cromossomas. Corresponde ao segmento de DNA que se encontrava no nucléolo e que aí se condensou. Esta região no cromossoma possui os gens que codificam para RNAr (é o DNAr) mas sem atividade - altamente condensado. Esta constrição secundária é chamada de NOR = região organizadora nucleolar pois é daí que o nucléolo se originará após a divisão celular.
Quando uma célula entra em divisão celular, cessa a atividade do nucléolo em relação aos ribossomas. Aqueles
�que já estavam prontos, migram para o citoplasma e sem nova produção, desaparece a região granular do nucléolo.
No final da telófase, o nucléolo reaparece. Isso porque ocorre descondensação dos cromossomas e o segmento de DNAr passa novamente a transcrever. O nucléolo se torna novamente visível.
CROMOSSOMO E CROMATINA
Os cromossomos foram descritos em 1876. São visualizados durante a divisão celular (mitose ou meiose) sob a forma de bastões individuais contendo DNA e proteínas. Durante a interfase, este material encontra-se desespiralizado a tal ponto que se consegue apenas ver uma massa amorfa de cromatina. Daí os termos corretos serem: cromossomos para o material genético observado em células em divisão e cromatina para o material genético na interfase.
OS CROMOSSOMOS
O conjunto de cromossomos com suas características peculiares tais como tamanho, número e posição de centrômero forma o que se chama de cariótipo e é variável de espécie para espécie.
Os cromossomos são estruturas importantíssimas no armazenamento do material genético, bem como na expressão dessas informações através da síntese proteica e na sua transmissão aos descendentes. Por outro lado, os mecanismos da evolução, decorrem em última análise, de alterações cromossomais (mutações).
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COMPONENTES DOS CROMOSSOMOS
1. CENTRÔMERO OU CONSTRIÇÃO PRIMÁRIA
Todos os cromossomos apresentam centrômeros. Este corresponde à cromatina espiralizada (heterocromatina) com sequências gênicas altamente repetitivas. Aí não ocorre transcrição. Os centrômeros são facilmente observados em células em divisão, uma vez que os cromossomas apresentam-se facilmente visualizados.
Os centrômeros são de grande valia na classificação dos cromossomos e análise do cariótipo do indivíduo, uma vez que os cromossomos são numerados pelo seu tamanho e pala posição do centrômero.
Durante muito tempo se acreditou serem os centrômeros locais de enucleação de microtúbulos do fuso. Hoje se sabe que são os cinetócoros que participam da formação dos microtúbulos do fuso.
De acordo com a posição do centrômero, os cromossomos podem ser classificados em:
Telocêntrico (centrômero na extremidade do cromossoma)
Acrocêntrico (centrômero localizado pouco abaixo da extremidade do cromossoma)
Sub-metacêntrico (centrômero localizado pouco acima da região centrall do cromossoma)
Metacêntrico (centrômero na região central)
A região do cromossomo onde se encontra o centrômero, não transcreve RNA. As duas cromátides, na divisão celular, estão unidas pelo centrômero e apesar das cromátides irmãs estarem firmemente unidas por esta região, cada cromátide possui seu centrômero.
2. CINETÓCORO
Confundido durante muito tempo com o centrômero, atualmente sabe-se que é uma região diferenciada do centrômero, localizada sobre o centrômero. Todos os cromossomos apresentamm cinetócoro. No final da Prófase, desenvolvem-se cinetócoros maduros em cada centrômero, ficando 2 cinetócoros em cada cromossomo (um em cada cromátide-irmã). O cinetócoro tem a importante função de ser um centro enucleador de microtúbulos do fuso (microtúbulos cinetocorianos). É portanto um MTOC (Centro Organizador de Microtúbulos).
�Os microtúbulos cinetocarianos se interpenetram com os polares e a maioria chega a alcançar os polos (região pericentriolar), onde ficam firmemente associados.
Cinetócoros são grandes complexos multiproteicossob a forma de estruturas trilaminares. São formados por proteínas, DNA e RNA.
O cinetócoro surge por ligação de proteínas ao DNA do centrômero.
TELÔMERO
Telos = (do grego) = fim, extremidade Mero =
parte.
Telômero é a parte terminal do cromossoma. Todos os cromossomas apresentam telômeros, em ambas as extremidades. O telômero é importante na estabilidade do cromossoma. Se um cromossoma perde seu telômero, ele se torna pegajoso e tende a se colar em outro cromossoma, conduzindo a graves problemas na distribuição do material genético durante a divisão celular.
Os cromossomas se aderem ao envoltório nuclear pelo telômero ou pelo centrômero.
3. CONSTRIÇÃO SECUNDÁRIA
Também denominada de NOR ou Organizador Nucleolar. Nem todos os cromossomas possuem. É uma região onde se encontra o segmento de DNA que codifica para RNAr.
CROMATINA
a denominação dada às delgadas fibras de material genético presente no núcleo durante a interfase. A cromatina
formada pelos cromossomos descondensados. O termo cromatina só é empregado em fase não-mitótica. É formada essencialmente por dupla hélice de DNA, proteínas histonas, proteínas neutras ou ácidas (não-histonas) RNA e enzimas (DNA polimerase, etc).
EUCROMATINA E HETEROCROMATINA
Dependendo do grau de condensação podemos encontrar a cromatina sob duas formas: a heterocromatina e a eucromatina. A heterocromatina constitui as regiões mais condensadas do DNA, observada sob a forma de massas escuras no núcleo interfásico, enquanto a eucromatina se apresenta sob a forma de massa pouco eletrodensas.
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HETEROCROMATINA
Constitui as regiões condensadas de cromatina, não transcreve RNA (ou transcreve muito pouco). A heterocromatina pode ser dividida em heterocromatina constitutiva e facultativa. A heterocromatina constitutiva é aquela que se apresenta sempre condensada, com seu segmento de DNA sempre inativo. Nesse caso, as mesmas regiões de ambos os cromossomos homólogos permanecem inativos. Como exemplo temos o centrômero e o telômero. No casa da heterocromatina facultativa, somente um dos
cromossomos apresenta determinada região permanentemente condensada durante a interfase. Pode voltar a forma de eucromatina. Como exemplo, temos a condensação de um dos cromossomos X formando o conhecido corpúsculo de Barr, que não é ativo em termos de transcrição. Este corpúsculo é típico das células femininas e é utilizado como teste para caracterização sexual. A condensação do cromossomo X pode ocorrer tanto no X materno quanto no paterno (ou num ou noutro).
O CICLO CELULAR
As células que ainda possuem capacidade proliferativa, ou seja, ainda não se encontram num estágio avançado de diferenciação apresentam um ciclo celular que pode ser dividido em quatro fases: G1, S, G2 e M. As tres primeiras pertencem a Interfase, que não é uma fase de repouso e sim de intensa atividade de biossíntese, ocupando 90% do ciclo celular. É nesta fase que a célula cresce, chegando a dobrar de tamanho, os cromossomos se duplicam e ocorre a mais variada síntese proteica.
FASE G1
Esta fase vem logo após a divisão da célula. É nessa fase que ocorre o aumento do material citoplasmático. É também nesta fase que tem reinício a síntese de RNA e de proteínas que se encontravam praticamente paradas durante a mitose. O tempo de duração desta fase é variável de acordo com o tipo celular, ocupando cerca de 25% do ciclo celular e
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durando aproximadamente 5 horas se a célula em estudo for, por exemplo, uma célula de cultura (fibroblasto) com ciclo de 16 horas.. Alguns tipos celulares podem, no entanto, ficar nesta fase pós-mitóptica durante meses ou até mesmo anos. Quando a célula pára nesta fase, não prosseguindo as etapas subsequentes do ciclo celular, diz-se que tais células estão em Fase de Quiescência ou Go (fora do ciclo). É o caso de células que não se dividem mais como os neurônios.
FASE S
a que segue à fase G1 e constitui a fase de síntese de DNA, daí chamada de S (síntese). Num ciclo de 16 horas, esta fase dura cerca de 7 horas. É nesta etapa que ocorre a duplicação dos cromossomos e embora não se observe ao microscópio nada de especial, uma vez que os cromossomos encontram-se bastante desespiralizados, técnicas especiais (autorradiografia) demonstram o dobro de material cromatínico. Portanto, na fase S, as células são 4n. A fase S ocupa cerca de 50% do tempo do ciclo celular.
Fase G2
a que segue a fase S e que precede a mitose. Dura em média, cerca de 3 horas e ocorre neste período, os preparativos para a divisão celular. Vários estudos demonstraram que nesta fase ocorre intensa síntese proteica, principalmente de proteínas que serão utilizadas durante a divisão celular, tais como: tubulina (para formação de microtúbulos do fuso), actina e miosina (proteínas importantes no movimento dos cromossomos e citocinese), etc.
Mitose
Segue-se à fase G2 e dura aproximadamente 1 hora, num ciclo celular de 16 horas. Os cromossomos já se encontram duplicados e começam a se condensar de tal modo que se tornam bastões bem visíveis. Durante a divisão, há uma baixa atividade bioquímica na célula, muito pouca síntese protéica e baixa transcrição da DNA em RNA.
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DIVISÃO CELULAR
MITOSE
Com pequenas variações, os processos que ocorrem na fase M para dividir uma célula em duas seguem a mesma ordem em todos os eucariotos. Estes são comandados por rearranjos do citoesqueleto, à medida que as células montam, usam e desmontam a maquinaria requerida para separar os cromossomos duplicados e dividir o citoplasma em duas metades.
Antes de a célula eucariota dividir-se, deve primeiramente duplicar seu centrossomo para passar uma para cada uma das células-filhas. Na verdade, os centrossomos duplicados são necessários para criar as células-filhas, uma vez que eles formam os dois pólos do
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fuso mitótico. O centrossomo é o principal centro organizador de microtúbulos (MTOC), uma nuvem de material pericêntrico pobremente definido associado a um par de centríolos. Apesar de estarem associados à matriz centrossômica, os centríolos não são necessários para a nucleação dos microtúbulos: centrossomos de plantas não possuem centríolos.
O processo de duplicação e separação do centrossomo é conhecido como ciclo do centrossomo.
Durante a interfase de cada ciclo celular, os centríolos e outros componentes do centrossomo são duplicados. Com o início da mitose, o complexo se separa e torna-se parte de um centro organizador de microtúbulos que forma um aglomerado radial de microtúbulos chamados áster. Os dois ásteres movem-se para lados opostos do núcleo para formar os dois pólos do fuso mitótico.
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A fase M é tradicionalmente dividida em seis estágios. Os primeiros cinco estágios da fase M constituem a mitose e o sexto estágio, sobrepondo-se ao final da mitose, constitui-se na citocinese. Os cinco estágios da mitose – prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase – ocorrem estritamente em ordem seqüencial, enquanto a citocinese começa durante a anáfase e continua até o fim da fase M.
Um pequeno resumo dos vários estágios da divisão celular é dado abaixo:
PRÓFASE
Como visto pelo microscópio, a transição da fase G2 para a fase M do ciclo celular não é um evento claramente definido. A cromatina, que está difusa na interface, vagarosamente condensa-se em cromossomo bem-definido. Cada cromossomo foi duplicado durante a fase S precedente e consiste de duas cromátides-irmãs; cada uma delas contendo uma seqüência de DNA específica conhecida comocentrômero, que é necessária para separação adequada. Mais para o final da prófase, os microtúbulos citoplasmáticos que eram parte do citoesqueleto da interface, desmontam-se e o principal componente do aparato mitótico, o fuso mitótico, começa a ser formado. Esta estrutura é bipolar e consiste de microtúbulos e proteínas associadas. O fuso inicialmente é montado fora do núcleo entre os centrossomos em separação.
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PRÓ-METÁFASE
A pró-metáfase começa abruptamente com o rompimento do envelope nuclear que quebra em vesículas membranosas indistinguíveis dos pedaços do retículo endoplasmático. Essas vesículas permanecem visíveis ao redor do fuso durante a mitose. Os microtúbulos do fuso, que estavam fora do núcleo, podem agora entrar na região nuclear. Complexos protéicos especializados, chamados cinetocoros, maturam-se em cada centrômero e se fixam a alguns dos microtúbulos do fuso, que são então chamados microtúbulos com cinetócoros. Os microtúbulos restantes do fuso são chamados microtúbulos polares, enquanto os microtúbulos fora do fuso são chamados microtúbulos astrais. Os microtúbulos com cinetócoros tencionam os cromossomos, os quais entram então em movimento agitado.
METÁFASE
Os microtúbulos com cinetócoros eventualmente alinham os cromossomos em um piano a meio caminho dos pólos do fuso. Cada cromossomo é mantido tensionado nesta place metafásica pelos cinetócoros pareados e seus microtúbulos associados, os quais estão ligados a pólos opostos do fuso.
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ANÁFASE
Ativada por um sinal específico, a anáfase inicia abruptamente quando os cinetócoros de cada cromossomo separam-se, permitindo que cada cromátide (agora chamada um cromossomo) seja lentamente movida em direção ao pólo do fuso a sua frente. Todos os cromossomos recém-separados movem-se na mesma velocidade, normalmente 1 1lm por minuto. Durante a anáfase, dois tipos distintos de movimento são observados. Na anáfase A, os microtúbulos com cinetócoro encurtam à medida que os cromossomos aproximam-se dos pólos. Na anáfase B, os microtúbulos polares alongam-se e os dois pólos do fuso distanciam-se. Normalmente, a anáfase dura poucos minutos.
TELÓFASE
Na telófase (telos, fim), os cromossomos -filhos separados chegam aos pólos e os microtúbulos com cinetócoros desaparecem . Os microtúbulos polares alongam-se ainda mais, e um novo envelope nuclear é reconstituído ao redor de cada grupo de cromossomos-filhos. A cromatina condensada expande-se uma vez mais e o nucléolo, ausente desde o inicio da prófase, reaparece, marcando o término da mitose.
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CITOCINESE
O citoplasma se divide por um processo conhecido como clivagem que usualmente começa durante a anáfase. O processo é ilustrado aqui como ocorre em células animais. A membrana mais ou menos no meio da célula, perpendicular ao eixo do fuso e entre os núcleos-filhos, é puxada para dentro formando o sulco de clivagem, o qual vai gradualmente aprofundando-se até encontrar restos estreitados do fuso mitótico entre os dois núcleos. Esta ponte estreita, ou corpo mediano, pode persistir por algum tempo antes de estreitar-se e finalmente quebrar em cada extremidade deixando duas células-filhas separadas.
A citocinese ocorre por um mecanismo especial em células de vegetais superiores. A maioria das células vegetais é envolvida por uma parede celular rígida, e o mecanismo de citocinese nestas células é diferente do mecanismo que ocorre em células animais. Ao invés de comprimir as duas células-filhas através do anel contrátil a partir da superfície celular, o citoplasma das células vegetais é dividido pela formação de uma nova parede celular dentro da célula.
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MEIOSE
As células germinativas são haplóides, e devem portanto ser produzidas por um tipo especial de divisão, na qual o número de cromossomos é exatamente dividido em dois.
Um núcleo diplóide contém duas versões bastante semelhantes de cada um dos cromossomos, um dos quais proveniente do pai e outro da mãe. As duas versões são chamadas de homólogos.
Um gameta haplóide produzido pela divisão de uma célula diplóide durante a meiose deve conter metade do número original de cromossomos, apenas um cromossomo ao invés de cada par homólogo de cromossomos, de forma que o gameta seja dotado com a cópia do cromossomo do pai ou da mãe, mas não de ambos.
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A meiose ocorre em duas etapas: Divisão I e II
	
	
	
	
	
	
	Divisão I
	Prófase I
	leptóteno
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	zigóteno
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	paquíteno
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	diplóteno
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	diacinese
	
	
	
	
	
	
	
	
	Prometáfase I
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Metáfase I
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Anáfase I
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Telófase I
	
	
	
	
	
	
	
	
	Intercinese
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Divisão II
	Prófase II
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Prometáfase II
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Metáfase II
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Anáfase II
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Telófase II
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
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DESCRIÇÃO GERAL DA MEIOSE
Durante o pré-leptóteno os cromossomos encontram-se extremamente finos, sempre difícil observá-los, somente os cromossomos sexuais podem aparecer como corpúsculos heterocromáticos.
Durante o leptóteno (do grego leptos, delgado e nema, filamento), os cromossomos tornam-se mais visíveis. apesar de já estarem duplicados e conterem duas cromátides, os cromossomos parecem únicos. Os cromossomos do leptóteno podem mostrar uma polarização definida, formando alças onde os telômeros estão ligados ao envoltório nuclear na região próxima aos centrossomos. Este arranjo é frequentemente denominado "buquê".
Durante o zigóteno ( do grego zygon, adjacente), ocorre o primeiro fenômeno essencial da meiose. É um processo frequentemente denominado sinapse, que envolve o alinhamento e pareamento dos cromossomos homólogos. O pareamento é altamente específico envolvendo a formação de uma estrutura protéica essencial denominada complexo sinaptonêmico (CS). Este complexo é formado por dois braços laterais (correspondentes aos cromossomos homólogos) e um elemento medial ou central. O CS está interposto entre os homólogos pareados podendo ser considerado a base estrutural do pareamento, é admiravelmente exato e específico. Ele faz ponto a ponto e cromômero a cromômero em cada um dos cromossomos homólogos.
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Durante o paquíteno ( do grego pachus, espesso), o processo de pareamento se completa e os cromossomos se apresentam mais curtos e espessos. Cada um agora é um bivalente ou tétrade composto por dois homólogos ( isto é, quatro cromátides). As duas cromátides de cada homólogo são chamadas de cromátides-irmãs. Durante o paquíteno, a troca de segmentos é um fenômeno característico, ela é a recombinação dos segmentos cromossômicos entre duas cromátides pertencentes a diferentes homólogos, ocorre quebras transversais nas duas cromátides homólogas seguidas da fusão dos segmentos.
No diplóteno, os cromossomos pareados começam a separar-se, mas permanecem unidos nos pontos de intercâmbio ou quiasmas ( do grego chiasma, cruz). O número de quiasmas por cromossomo varia, podendo existir um, dois ou muitos. Dependendo do comprimento do cromossomo. Neste momento, as quatro cromátides da tétrade tornam-se visíveis e o complexo sinaptonêmico desaparece. O diplóteno é uma fasede longa duração e os cromossomos estão condensados e muito ativos em transcrição. No quinto mês de vida intra-uterina, por exemplo, os ovócitos humanos alcançam o estágio de diplóteno e nele permanecem por muitos anos, até ocorrer a ovulação.
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Na diacinese (do grego dia, através de) a contração dos cromossomos é acentuada e a transcrição cessa, o número de quiasmas torna-se reduzido por um processo denominado terminalização. No final da diacinese os cromossomos homólogos são unidos somente pelos quiasmas. As fases da primeira divisão que se seguem a diacinese são de certa forma semelhantes às da mitose.
Na pró-metáfase I a condensação dos cromossomos atinge seu máximo. O envoltório nuclear fragmenta-se e os microtúbulos do fuso ligam-se ao cinetócoro dos centrômeros homólogos. Conseqüentemente, as duas cromátides comportam-se como unidade funcional e movem-se juntas em direção a um pólo.
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Durante a metáfase I os homólogos ainda estão unidos no local dos quiasmas, enquanto os centrômeros são levados em direção a pólos opostos (anáfase I). Seguindo-se a telófase I, existe uma interfase de curta duração onde não ocorre replicação do DNA. Nesta fase, o número de cromossomos é haplóide, porém cada cromossomo possui duas cromátides.
Na segunda divisão ocorre a separação das cromátides-irmãs e dos centrômeros correspondentes. Um ponto bastante importante é que na divisão I ocorre a separação dos centrômeros homólogos, enquanto na divisão
são os centrômeros irmãos que se separam. Em cada caso os cromossomos e as cromátides possuem segmentos misturados resultantes da recombinação.
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