Resumo Cromossomos e cariótipo

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Resumo Tópico 2 Genética: Cromossomos e Cariótipo
Cromossomo: molécula única de DNA enrolada para formar densas peças parecidas com fios. 
Os cromossomos são a cromatina na forma condensada, durante a divisão celular.
Cromatina: DNA associado à proteínas que enovelam a molécula de DNA, tornando-a menor e protegendo-a de ataques de nucleases.
O cromossomo humano é um dos componentes mais importantes da celula, e é transmitido de geração em geração. 
Cromossomo: estrutura organizada de DNA que existe dentro do núcleo de todas as células humanas 
Nos humanos, cada célula somática contém duas cópias de cada cromossomo:
23 pares ou 46 cromossomos no total.
Cada cromossomo de um par vem de um dos genitores
Exemplo: o par de cromossomos 1, veio um da sua mae e um do seu pai.
Os cromossomos são estudados durante a fase “metáfase” da divisão celular, que é quando eles ficam muito compactados, facilitando a contagem e comparações estruturais. 
Considerando “n” o número básico de cromossomos de uma espécie, temos as
Células haplóides (n): possuem apenas uma cópia de cada cromossomo. Apenas os gametas (óvulo e espermatozoide são haplóides).
Células diploides (2n): possuem pares de cromossomos. Todas as outras células, chamadas de células somáticas, são diploides. 
Existem 2 tipos de cromossomos metafásicos:
Cromossomos autossomos: 22 pares de cromossomos, pois tem a mesma aparência para homens e mulheres, e genes para a maioria das características humanas.
Cromossomos heterossomos: é o 23 par, e é formado pelos cromossomos sexuais, assim difere entre as mulheres, que possuem duas cópias do cromossomo X (XX), e os homens, que possuem um X e um Y (XY).
Cada cromossomo carrega em seu código um subconjunto de genes arranjados linearmente ao longo do DNA.
Cromossomos homólogos carregam informações genéticas equivalentes, ou seja, carregam genes para as mesmas características.
Cromossomos não-homólogos carregam genes para características diferentes.
Além dos cromossomos presentes nos núcleos das células, os eucarioto também possuem cópias do genoma mitocondrial nas mitocôndrias das células. 
Mitocondrias: organelas com função de gerar energia dos alimentos em uma que as células possam usar, o ATP. Cada célula tem centenas de milhares de milhares de mitocôndrias no citoplasma. 
As mitocôndrias também possuem uma pequena quantidade do seu próprio DNA, o DNA mitocondrial (mtDNA). 
Nos humanos, o mtDNA possui +- 16.500 pares de bases (pouco), e 37 genes essenciais para o funcionamento normal da mitocôndria. Destes, 13 estão diretamente relacionados à produção de enzimas envolvidas na fosforilação oxidativa, processo em que usa oxigênio e açúcares simples para criar ATP.
Compactação do DNA
A célula organiza e empacota o DNA para que não fique bagunçado e não ocupe muito espaço. 
É preciso uma grande quantidades de DNA para codificar as informações necessárias para o desenvolvimento de um organismo.
O genoma humano (sequência completa de DNA dos seres humanos), por exemplo, é formada por +- 3 bilhões de pares de nucleotídeos.
Assim, uma célula humana típica possui 2 metros de DNA, e para acomodar isso, as célula compactam, condensam ou empacotam o DNA. 
A cromatina é material genético composta de DNA + proteínas, que se condensa para formar os cromossomos durante a divisão celular eucariótica. 
A principal função dela é comprimir o DNA até que fique menos volumoso para caber dentro do núcleo da célula. 
A variação da compactação da cromatina influencia diretamente na expressão gênica, e o estado dessa compactação varia de acordo com as fases do ciclo celular.
Na interfase, período entre divisões celulares, a cromatina está dispersa, pouco compactada.
Durante a divisão celular, principalmente na metáfase, a cromatina está em seu mais alto nível de compactação, passando a ser chamada de cromossomo.
Cromossomo: cromatina em seu mais alto nível de compactação. 
No núcleo das células em intérfase, temos 2 tipos de cromatina.
Eucromatina (cromatina ativa): a cromatina está descompactada, e corresponde à regiões do genoma que podem ser transcritas.
Heterocromatina (cromatina inativa): a cromatina que mantém alto grau de compactação ao longo de todo o ciclo celular, e corresponde à regiões do genoma que não podem ser transcritas.
Proteínas Histonas:
A dupla hélice do DNA é carregada negativamente, e para contrabalancear, a célula produz as proteínas histonas que se ligam ao DNA através de interações entre suas cartas positivas e as negativas do DNA e participam do empacotamento dele. 
As histonas são as principais proteínas da cromatina, pois participam da arquitetura molecular dela. 
Elas estão intimamente associadas ao DNA, formando ligações bastante estáveis. 
Há 5 tipos diferentes de histonas que podem esta associadas ao DNA, e podem ser classificadas em:
Histonas Centrais: H2A, H2B, H3 e H4, sendo dois dímeros H3/H4 e H2A/H2B, que se associam formando um octâmero de histonas, que vai se associar, ao DNA, formando a estrutura chamada nucleossomo.
A histona de ligação H1 tem função de estabilizar a ligação entre o DNA e o octamero de histonas, ou seja, a H1 estabiliza o nucleossomo, mas pode ser removida para que o segmento de DNA seja transcrito, se necessário.
Nucleossomo: unidade estrutural básica (e funcional) de repetição da cromatina. 
Ele contém 8 proteínas histonas e cerca de 146 pares de base de DNA. 
Estrutura dos nucleossomos: 2 cópias de cada uma das histonas H2A, H2B, H3 e H4 se juntam para formar um octamero de histonas, que liga e envolve cerca de 1,7 voltas de DNA ou 146 pares de bases.
A adição de outra histona H1 envolve outros 20 pares de bases, resultando em duas voltas completas em torno do octamero, formando uma estrutura chamada cromatossoma. 
Os 166 pares de bases resultantes não são muito longos, considerando que cada cromossomo contém centenas de milhares de nucleossomos que são unidos por um segmento de DNA espaçador.
Então, cada cromossomo é uma longa cadeia de nucleossomas, que dá essa aparência de colar de contas.
· as histonas podem ser modificadas para alterar a capacidade de empacotamento do DNA. 
Os 3 principais tipos de modificações são:
Metilação: aumenta o empacotamento dificultando a transcrição
Acetilação e Fosforilação: diminuem o empacotamento, facilitando a transcrição. 
Assim, as histonas participam do processo de expressão genica e epigenética.
Os 4 níveis de compactação da cromatina:
1. Fita de 10nm: também conhecido como nucleofilamentos ou colar de contas. O DNA está dando 2 voltas ao redor do octamero de histonas, formando um nucleossomo, e essa ligação é estabilizada pela histona H1. 
Entre os nucleossomos, há um filamento de DNA espaçador formado por cerca de 60 pares de base. 
Esse nível de compactação encurta o DNA em cerca de 7x, mas ainda não cabe no núcleo da célula, e precisa ser mais compactado, partindo pro nível 2 de compactação.
2. Fita de 30nm ou solenoide: ocorre o enovelamento da fita de 10nm em uma estrutura helicoidal, onde cada volta da hélice é formada por 6 nucleossomos. A histona H1 é importante para a estabilização da fita de 30nm. 
Esse nível compacta o DNA 400x.
3. Fita de 300nm ou domínio de alças: as alças são formadas pela ligação da fita de 30nm em uma proteína estrutural (não-histona) denominada scaffold ou arcabouço, permitindo um grau de compactação do DNA de 1.200x : é o grau de compactação dos cromossomo interfásicos. 
4. Fita de 700nm ou supersolenóide: se deve ao enovelamente da fita de 300nm. É o grau de compactação dos cromossomos metafásicos e corresponde a compactação de cerca de 10.000x do DNA.
Cromossomos eucarióticos: são unidades repetidas de cromatina chamadas nucleossomos, que foram descobertas por digestão química de núcleos celulares e retirada da maior quantidade possível de proteínas externas do DNA. 
A cromatina que resistiu a digestão tinha a aparência de “contas em uma corda” sendo as contas os nucleossomos posicionados em intervalos ao longo do DNA.
Por que as células empacotamseu DNA? Para protege-lo e para regular quais genes são acessados e quando. 
Os genes são como dados valiosos armazenados em pastas dentro de um armário. 
Mas, as gavetas estão constantemente abrindo e fechando, vários arquivos sao localizados, extraídos e copiados, e os arquivos originais sempre retornam ao local correto.
Classificação dos Cromossomos Humanos
O DNA celular sempre está associado à proteínas que ajudam a empacotá-lo. Esse complexo de proteína é chamado de cromatina. Dentro das células, a cromatina geralmente se dobra em formações chamadas cromossomos. 
Os eucariotos tem múltiplos pares de cromossomos lineares no núcleo celular, que tem formas características e mutáveis.
Durante a divisão celular, ficam mais compactados em até 10.000x o tamanho do DNA linear desprovida de proteínas e esticadas.
Durante a interfase, quando as células não estão se dividindo, a cromatina fica menos compactada, importante para permitir o processo de transcrição.
Em um cromossomo metafásico conseguimos visualizar as estruturas:
1. Centrômero ou constrição primaria: o ponto onde divide o cromossomo em 2 bracos, um mais curto e um mais longo, e influencia na movimentação desse cromossomo durante a divisão celular. No centrômero há um complexo de proteínas chamado cinetócoro, onde se ligam as fibras do fuso mitótico.
2. Telômero: é a porcao terminal dos cromossomos, formada pela sequencia TTAGGG altamente repetida, afim de proteger as extremidades do DNA.
Os telômeros sao como um relógio da celula: estão associados a senescência, assim determinam o tempo de vida de uma celula.
3. Constrição secundária: é qualquer outra constrição fora o centrômero. 
Ela separa o satélite do resto do cromossomo.
A zona “satélite” é a região entre a constrição secundaria e o telomero de alguns cromossomos. Além disso, contém genes relacionados à organização do nucléolo, pois codificam RNA ribossômico. 
Um cromossomo metafásico é formado pelas duas cromátides irmãs, unidas pelo centrômero. 
1 cromátide: 1 molécula de DNA, dividida pelo centrômero em um braço curto e um longo. O braço curto é o braço p (petit), e o braço longo é o braço q.
cromátides irmãs: são moléculas de DNA idênticas. 
Os cromossomos dão classificados de acordo com: tamanho, posição do centrômero e padrão de bandas.
1. Tamanho: podem ser pequenos, médios ou grandes. Na mulher, o maior cromossomo é o 1, e o menor é o 22.
2. Posição do centrômero: essa posição é constante, portanto permite que o cromossomo seja classificado em:
a. Metacêntrico: centrômero esta na região mediana do cromossomo, dividindo ele em 2 bracos de mesmo tamanho.
b. Submetacêntrico: o centrômero está deslocado para um dos lados do cromossomo, dividindo os 2 braços em tamanhos diferentes.
c. Aracocêntrico: centrômero deslocado para uma das extremidades, deixando um braço muito curto e outro muito longo.
d. Telocêntrico: o centrômero está na extremidade. Não existe em aves e mamíferos.
3. Padrão de bandas (bandeamento): é obtido através do uso de corantes específicos, e dependendo da quantidade de corante encorpado, podemos observar um padrão de bandas claras e escuras.
Cada cromossomo tem um padrão característico de bandas, portanto usando diferentes métodos de bandeamento podemos parear os cromossomos afim de identificar possíveis alterações cromossômicas. 
Há diferentes técnicas e corantes usados para produzir o bandeamento. Os tipos mais comuns são:
a. Bandeamento Q: usa-se o corante fluorescente quinacrina a fim de achar as bandas coradas (bandas Q) As bandas fluorescentes são as regiões do DNA ricas em AT.
b. Bandeamento G: usa-se o corante Giemsa, e as bandas coradas são chamadas de bandas G. 
Esse método cora o cromossomo em bandas claras e escuras, onde as escuras são as regiões do DNA ricas em AT (com poucos genes ativos) e as bandas claras são as regiões ricas em CG (muitos genes ativos). 
É a técnica mais usada por usar microscópios óticos simples para análise. 
c. Bandeamento C: também usa-se o corante Giemsa, mas os cromossomos recebem um tratamento antes para permitir a coloração apenas de regiões do cromossomo formadas por DNA altamente repetitivo, como centrômero e telômeros. Essas são regiões de heterocromatina constitutiva. 
Cariótipo
É o conjunto cromossômico típico de cada espécie com numero e morfologia característicos, no núcleo de uma célula eucariótica. 
No estudo do cariótipo podemos analisar o cariograma: a imagem real do cromossomo ou de um ideograma.
Um cariótipo representa uma imagem dos cromossomos de um indivíduo da espécie. 
Para organizar um cariótipo, os cromossomos devem ser organizados em pares de homólogos, e em ordem decrescente de tamanho. 
Para identificar os pares homólogos, usamos o tamanho, a posição do centrômero e o padrão de bandas.
Além disso, é dada atenção especial a quaisquer diferenças ou alterações relacionadas ao número e à estrutura dos cromossomos. 
A preparação e estudo de cariótipos faz parte da citogenética. 
Na espécie humana, os cromossomos são classificados em grupos de A até G, para serem agrupados no cariótipo. 
Grupo 1: Grupo A, é formado pelos pares de cromossomos 1, 2 e 3. São os maiores cromossomos da espécie, são metacêntrico, submetacêntrico e metacêntrico, respectivamente. 
Grupo 2: Grupo D: formado pelos pares de 13, 14 e 15. Todos tem tamanhos médios e são acrocêntricos.
Grupo 3: Grupo G: formado pelos pares 21 e 22, além do cromossomo Y. São todos pequenos e acrocêntricos.
O estudo de cariótipos é possível pela coloração através de um corante como o Giemsa, que é aplicado após a interrupção do processo de divisão celular em metáfase, através de uma droga chamada Colchicina, que bloqueia o ciclo celular em metáfase, quando os cromossomos estão mais compactados.
Assim, um citogeneticista pode obter o cariótipo e procurar por partes faltantes ou extras do cromossomo, ao coletar uma amostra de células do individuo (normalmente leucócitos).
Para humanos, glóbulos brancos são os mais usados pois são facilmente induzidos a se dividir e crescer na cultura de tecidos.
A cariotipagem é feita para identificar alterações numéricas e estruturais dos cromossomos, como em:
1. Diagnóstico pré natal, a fim de determinar possíveis doenças.
2. Citogenética do câncer: a fim de identificar alterações cromossômicas em células somáticas envolvidas com o inicio e progresso de muitos tipos de câncer.
3. Diagnóstico clinico: vários distúrbios médicos estão associados a alterações no numero de cromossomos ou na sua estrutura.
Conclusão:
Como vimos neste módulo, o organismo humano é formado por células haploides (gametas) e diploides (todas as outras). As células haploides apresentam apenas uma cópia de cada um dos 23 cromossomos, enquanto que as células diploides possuem duas cópias de cada um destes cromossomos, sendo que uma cópia é de origem materna e a outra de origem paterna. Além disso, também vimos que, para que as 46 moléculas de DNA caibam dentro do núcleo da célula, ele precisa ser compactado. Para isso, o DNA se associa com proteínas chamadas de histonas, capazes de empacotar a molécula de DNA. Denominamos o conjunto formado pelo DNA associado às proteínas de cromatina. O grau máximo de compactação da cromatina é observado durante a metáfase. Desta forma, nos cromossomos metafásicos, é possível observar estruturas como centrômero, telômero e constrição secundária. Vimos também que os cromossomos são classificados de acordo com seu tamanho, posição do centrômero e padrão de bandas, para serem organizados em um cariótipo em pares de homólogos e em ordem decrescente de tamanho. Por fim, vimos que a análise de cariótipo tem como objetivo identificar alterações no número e na estrutura dos cromossomos.