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Por que os cromossomos não dobram na fase S?

Por que os cromossomos não dobram na fase S?



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O DNA dobra na fase S, mas os cromossomos não dobram na fase S, apesar do fato de que os cromossomos são formados pela condensação do DNA. Porque isto é assim?


Primeiro, os cromossomos são compostos por uma cromátide original e uma cromátide replicada, chamadas cromátides irmãs. As cromátides são compostas de DNA compactado.

O DNA é replicado após o final da fase S, ou seja, o material que compõe as duas cromátides irmãs está lá. O problema é que os cromossomos e cromátides ainda não estão condensados, o DNA ainda está completamente desempacotado neste estágio. Então, na verdade, embora você não veja os cromossomos reais, o material que os compõe foi duplicado durante a fase S.

A condensação do DNA ocorre duas etapas depois, durante a prófase, onde cromátides / cromossomos irmãos distintos são formados a partir do empacotamento do DNA que foi duplicado durante a fase S.


Por que os cromossomos não dobram na fase S? - Biologia

A grande coisa que acontece é que os óvulos ou espermatozóides são produzidos. A palavra “gameta” inclui óvulos e espermatozoides. As pessoas têm 23 pares de cromossomos em quase todas as células de seus corpos (mas não em seus gametas). Os cromossomos vêm em pares porque você obteve 1 cromossomo # 1 de sua mãe e um cromossomo # 1 de seu pai. É assim para cada cromossomo. Se um espermatozóide com 23 pares de cromossomos se juntou a um óvulo com 23 pares de cromossomos, o bebê teria 4 de cada cromossomo, e isso simplesmente não funcionaria. Mesmo que existisse, a próxima geração teria 8 de cada cromossomo e dobraria a cada vez.

Portanto, a meiose separa os dois cromossomos de cada par, dando a cada gameta apenas uma cópia de cada cromossomo. Dessa forma, quando o óvulo e o espermatozóide se encontram, o bebê tem apenas 2 de cada cromossomo.

O benefício da reprodução sexuada, em vez de produzir clones idênticos, é a variação. Cada óvulo é diferente de todos os outros óvulos, e o mesmo se aplica ao esperma. Isso acontece por 2 motivos:

1. Um gameta obtém aleatoriamente a cópia da mãe ou a cópia do pai independentemente para cada cromossomo. Isso significa que um gameta pode obter o cromossomo # 1 da mãe, mas é puro acaso se ele recebe o cromossomo # 2 do pai ou da mãe.

2. Durante uma fase da meiose (prófase), os cromossomos trocam de partes. Antes de os cromossomos serem divididos, cada um faz uma cópia de si mesmo, então por um tempo existem 4 cópias de cada cromossomo na célula que se dividirão para formar gametas. Esses quatro podem se torcer e trocar peças de modo que cada uma seja uma espécie de colcha de retalhos de peças do cromossomo da mãe e do cromossomo do pai. Mesmo que duas células recebam um cromossomo # 1 do pai, por exemplo, uma pode receber um pouco da mãe. A célula se divide duas vezes, então as células no final têm apenas 1 cópia de cada cromossomo.

No final da meiose nos machos, 1 célula terá formado 4 células de esperma. Cada um terá uma cópia de cada cromossomo. Cada um será diferente de todos os outros espermatozoides produzidos pelo mesmo homem. No final da meiose nas fêmeas, haverá apenas um ovo porque, a cada divisão, uma célula absorve a maior parte do citoplasma (o líquido e as organelas da célula). Ele terá uma cópia de cada cromossomo. Cada um será diferente de todos os outros ovos produzidos pela mesma fêmea.

Animais e plantas não humanos têm diferentes números de cromossomos, mas se eles produzem óvulos e espermatozoides, eles fazem meiose.

Por que você acha que um óvulo precisa ter muito citoplasma e um espermatozóide não?

Se você está interessado em questões como esta, pode estudar biologia celular ou genética.

Meiose é um tipo de divisão celular que resulta na produção de gametas, ou células sexuais, de organismos multicelulares. Ao contrário das células somáticas (do corpo) típicas, os gametas são haploides, o que significa que eles têm uma cópia do genoma completo em vez de duas. A meiose ocorre em duas fases, Meiose I e Meiose II.

Na Meiose I, começamos com uma célula diplóide (tem duas cópias do genoma completo). A primeira fase da Meiose I é chamada de Prófase I. É durante a Prófase I que o DNA é trocado entre cromossomos homólogos em um processo chamado "crossing over" ou "recombinação genética", que é importante para manter a diversidade no pool genético de uma geração de indivíduos para o próximo. O envelope nuclear também se dissolve nesta fase, os centríolos se movem para os pólos da célula e os microtúbulos / fusos vêm dos centríolos e se fixam aos centrímeros dos cromossomos. Após a Prófase I vem a Metáfase I. Na Metáfase I, pares homólogos de cromossomos se alinham ao longo da placa metafásica. A próxima fase é a Anáfase I, onde os cromossomos se separam dos dois lados da célula em alongamento, ao longo das fibras do fuso. Posteriormente, na telófase I, os microtúbulos desaparecem e a célula se divide em duas células, cada uma com um conjunto de cromossomos. Cada cromossomo tem um par de "cromátides irmãs".

A partir daí, começa a Meiose II. A primeira fase da Meiose II é a Prófase II, onde novamente o envelope nuclear e os nucléolos desaparecem, e os centríolos se movem para pólos opostos de cada uma das duas novas células-filhas. A metafase II vem a seguir e, da mesma forma que a metafase I, as cromátides irmãs se alinham ao longo do centro das células. Na Anáfase II, as cromátides irmãs se separam em direção às extremidades opostas da célula e, na Telófase II, as células se dividem e o envelope nuclear / nucléolo reaparece. No final da Meiose II, existem quatro células, cada uma com um conjunto haplóide de cromossomos.

Resumindo, a célula primeiro replica o DNA (tornando-se temporariamente tetraplóide) e depois se divide duas vezes para formar quatro células-filhas haplóides - em animais, são gametas e, em plantas, são esporos. Não sei o que são nos fungos, mas ainda é diferente.

Existem várias fases da meiose que envolvem os movimentos e rearranjos dos cromossomos para garantir que as células-filhas resultantes tenham, cada uma, uma cópia de cada gene, bem como para garantir que os resultados possíveis sejam os mais variados possíveis. Estes incluem cruzamento (na prófase I, pares de cromossomos de cada pai trocam material genético) e sortimento independente (na anáfase I, se um determinado cromossomo de um dos pais vai para uma determinada célula filha não tem efeito sobre a cópia do pai de um cromossomos diferentes vão para a mesma célula filha). Caso contrário, as duas divisões celulares são semelhantes às da mitose, incluindo as mesmas quatro fases (prófase, metáfase, anáfase, telófase, citocinese).

Existem dois tipos de divisão celular que nossas células sofrem: mitose e meiose. A mitose é a divisão celular regular em que as células copiadas, ou células-filhas, são exatamente iguais com o mesmo DNA. Meiose é a divisão celular de gametas, ou células reprodutivas (espermatozoides e óvulos). Temos 23 pares de cromossomos (que contêm nosso DNA), portanto 46 no total. Nas fotos, os dois pares parecem palitos entrecruzados. Na mitose, o número de cromossomos é preservado e ficamos com 46 cromossomos nas células filhas. Na meiose, o número cai pela metade e terminamos com 23 no total em cada célula. A razão é porque em uma célula normal, 23 cromossomos vêm da mãe e os outros 23 vêm do pai. Portanto, você precisa da meiose para dividir os cromossomos para que possam ser adicionados posteriormente durante a reprodução.

As fases é a meiose e a mitose são as mesmas, exceto que a meiose sofre 2 divisões. A ordem da mitose é: interfase, prófase, prometáfase, metáfase 1, anáfase 1, telófase 1, interfase 2, metáfase 2, anáfase 2, telófase 2, citocinese.

Interfase: a célula possui 46 cromossomos e começa a compactar os cromossomos em cromatina (DNA densamente compactado).
Prófase: os cromossomos dobram para 92 cromossomos para que possam se cruzar. O cruzamento ocorre apenas na meiose, onde os dois conjuntos diferentes de cromossomos se combinam para formar uma nova mistura (é difícil de explicar, você deve olhar para uma imagem). O cruzamento é a razão da variedade genética.
Prometáfase: o núcleo da célula se divide são os microtúbulos (fibras) anexados ao centrômero, ou centro dos cromossomos.
Metáfase 1: todos os cromossomos se alinham no meio da célula.
Anáfase 1: separação dos cromossomos
Telófase 1: começa a divisão celular
As células da interfase 2: 2 são formadas com 46 cromossomos cada (desta vez, elas não dobram para cruzar)

E todo o processo ocorre novamente até que a citocinese separe as células novamente. A telófase 1 produziu 2 células e a citocinese dividiu essas duas células ao meio, dando-nos um total de 4 células com 23 cromossomos cada. A mitose produz duas células a partir de uma célula, mas a meiose produz 4.

Para visualizar e compreender completamente o processo de meiose (e mitose), você deve realmente olhar algumas fotos, seja em seu livro ou online.


Controle de divisão celular

Martin Fischer,. James A. DeCaprio, em Hematologia (Sétima Edição), 2018

Fase S

A fase S é o período de síntese de DNA durante o qual a célula replica seu conteúdo genético - uma célula somática diplóide normal com um complemento 2N de DNA no início da fase S adquire um complemento 4N de DNA em seu final. (Lembre-se de que N = 1 cópia de cada cromossomo por célula [haplóide] 2N = 2 cópias [diplóide].) A duração da fase S pode variar de apenas alguns minutos em células embrionárias iniciais de divisão rápida a algumas horas na maioria das células somáticas células. As células embrionárias iniciais geralmente "vivem" dos estoques acumulados de RNA e proteínas maternas presentes no ovo e são transcricionalmente silenciosas, enquanto as células em desenvolvimento posterior e organismos maduros devem transcrever ativamente subconjuntos de seus genes para sobreviver e manter funções especializadas. O maior tempo necessário para o último completar a fase S provavelmente permite que essas células coordenem a replicação do DNA com a transcrição e preservem a informação estrutural do gene de ordem superior e da cromatina que influencia a expressão do gene para transmissão às células descendentes.


Estrutura Cromossômica

A continuidade da vida de uma célula para outra tem seu fundamento na reprodução das células por meio do ciclo celular. o ciclo de célula é uma sequência ordenada de eventos que descreve os estágios da vida de uma célula, desde a divisão de uma única célula-mãe até a produção de duas novas células-filhas. Os mecanismos envolvidos no ciclo celular são altamente regulados. Parte dessa regulação envolve a forma física e a estrutura que o DNA tem durante as diferentes fases do ciclo celular.

Estrutura e compactação cromossômica eucariótica

Se o DNA de todos os 46 cromossomos em um núcleo de célula humana fosse disposto de ponta a ponta, ele mediria aproximadamente dois metros, entretanto, seu diâmetro seria de apenas 2 nm. Considerando que o tamanho de uma célula humana típica é de cerca de 10 µm (100.000 células alinhadas para equivaler a um metro), o DNA deve ser compactado para caber no núcleo da célula. Ao mesmo tempo, também deve estar prontamente acessível para que os genes sejam expressos. Durante alguns estágios do ciclo celular, as longas fitas de DNA são condensadas em cromossomos compactos. Existem várias maneiras de compactar os cromossomos.

No primeiro nível de compactação, pequenos trechos da dupla hélice de DNA envolvem um núcleo de oito histona proteínas em intervalos regulares ao longo de todo o comprimento do cromossomo (Figura 3). O complexo DNA-histona é chamado cromatina. O complexo de DNA de histona em forma de conta é chamado de nucleossomo, e o DNA que conecta os nucleossomos é chamado DNA ligante. Uma molécula de DNA nesta forma é cerca de sete vezes mais curta do que a dupla hélice sem as histonas, e as contas têm cerca de 10 nm de diâmetro, em contraste com o diâmetro de 2 nm de uma dupla hélice de DNA. O próximo nível de compactação ocorre quando os nucleossomos e o DNA ligante entre eles são enrolados em uma fibra de cromatina de 30 nm. Esse enrolamento encurta ainda mais o cromossomo, de modo que agora ele é cerca de 50 vezes menor do que a forma estendida. No terceiro nível de empacotamento, uma variedade de proteínas fibrosas é usada para empacotar a cromatina. Essas proteínas fibrosas também garantem que cada cromossomo em uma célula sem divisão ocupe uma área específica do núcleo que não se sobreponha a qualquer outro cromossomo.

Figura 3. DNA de fita dupla envolve proteínas histonas para formar nucleossomos que têm a aparência de & ldquobeads em uma cadeia. & Rdquo Os nucleossomos são enrolados em uma fibra de cromatina de 30 nm. Quando uma célula sofre mitose, os cromossomos se condensam ainda mais.

O DNA se replica na fase S da interfase. Após a replicação, os cromossomos são compostos de dois cromátides irmãs. A conexão entre as cromátides irmãs é mais próxima em uma região chamada Centrômero. As cromátides irmãs conjuntas são visíveis ao microscópio óptico. A região centromérica é altamente condensada e, portanto, aparecerá como uma área restrita.

Esta animação ilustra os diferentes níveis de empacotamento de cromossomos:

Um elemento do YouTube foi excluído desta versão do texto. Você pode visualizá-lo online aqui: pb.libretexts.org/biowm/?p=142

O DNA em eucariotos é altamente estruturado e organizado em todos os estágios da vida de um organismo. Os organismos diplóides contêm um par de cada cromossomo - os humanos têm 23 pares para um número total de 46 cromossomos. Pares de cromossomos, também conhecidos como cromossomos homólogos, contêm os mesmos genes, embora possa haver diferenças entre a versão do gene em cada membro do par. O DNA é normalmente compactado no núcleo de uma célula eucariótica, por meio de complexos de proteína-DNA que formam a forma característica condensada de & lsquocromossomo & rsquo. O DNA se compacta ainda mais na preparação para a divisão celular.


Estágios da mitose

A célula mostrada abaixo está no início da prófase e os cromossomos condensados ​​em forma de X são visíveis.

Cada um desses cromossomos é, na verdade, composto de dois fitas idênticas de DNA. O DNA é duplicado no início do ciclo celular na fase S. Voltaremos à fase S em breve.

Na próxima fase da mitose (metáfase), os cromossomos se alinham no meio da célula (na placa metafásica) em preparação para serem divididos igualmente nas células-filhas.


Estrutura e compactação cromossômica eucariótica

Se o DNA de todos os 46 cromossomos no núcleo de uma célula humana fosse disposto de ponta a ponta, ele mediria aproximadamente dois metros. No entanto, o diâmetro seria de apenas 2 nm. Considerando que o tamanho de uma célula humana típica é de cerca de 10 µm (100.000 células alinhadas para equivaler a um metro), o DNA deve ser compactado para caber no núcleo da célula. Ao mesmo tempo, também deve estar prontamente acessível para que os genes sejam expressos. Durante alguns estágios do ciclo celular, as longas fitas de DNA são condensadas em cromossomos compactos. Existem várias maneiras de os cromossomos serem compactados para caber no núcleo da célula e serem acessíveis para a expressão gênica.

No primeiro nível de compactação, curtos trechos da dupla hélice do DNA envolvem um núcleo de oito proteínas histonas em intervalos regulares ao longo de todo o comprimento do cromossomo. O complexo DNA-histona é denominado cromatina. O complexo de DNA da histona, semelhante a uma pérola, é denominado nucleossomo. O DNA que conecta os nucleossomos é chamado de DNA ligante. Uma molécula de DNA nesta forma é cerca de sete vezes mais curta do que a dupla hélice sem as histonas. As contas têm cerca de 10 nm de diâmetro, em contraste com o diâmetro de 2 nm de uma dupla hélice de DNA. O próximo nível de compactação ocorre quando os nucleossomos e o DNA ligante entre eles são enrolados em uma fibra de cromatina de 30 nm. Esse enrolamento encurta ainda mais o cromossomo, de modo que agora ele é cerca de 50 vezes menor do que a forma estendida. No terceiro nível de empacotamento, uma variedade de proteínas fibrosas é usada para empacotar a cromatina. Essas proteínas fibrosas também garantem que cada cromossomo em uma célula sem divisão ocupe uma área específica do núcleo que não se sobreponha a qualquer outro cromossomo.

Figura ( PageIndex <1> ): Níveis de compactação de DNA: DNA de fita dupla envolve proteínas histonas para formar nucleossomos que têm a aparência de & ldquobeads em uma cadeia. & Rdquo Os nucleossomos são enrolados em uma fibra de cromatina de 30 nm. Quando uma célula sofre mitose, os cromossomos se condensam ainda mais.

O DNA se replica na fase S da interfase. Após a replicação, os cromossomos são compostos por duas cromátides irmãs ligadas. Quando totalmente compactos, os pares de cromossomos empacotados de forma idêntica são ligados uns aos outros por proteínas de coesina. A conexão entre as cromátides irmãs é mais próxima em uma região chamada centrômero. As cromátides irmãs conjuntas, com diâmetro de cerca de 1 µm, são visíveis ao microscópio óptico. A região centromérica é altamente condensada e aparecerá como uma área restrita.


Ligação genética e distâncias

O trabalho de Mendel & rsquos sugeriu que as características são herdadas independentemente umas das outras. Morgan identificou uma proporção de 1: 1 entre uma característica de segregação e o cromossomo X, sugerindo que a segregação aleatória dos cromossomos era a base física do modelo de Mendel & rsquos. Isso também demonstrou que os genes ligados interrompem os resultados previstos de Mendel & rsquos. O fato de que cada cromossomo pode carregar muitos genes ligados explica como os indivíduos podem ter muito mais características do que cromossomos. No entanto, observações feitas por pesquisadores do laboratório Morgan & rsquos sugeriram que os alelos posicionados no mesmo cromossomo nem sempre eram herdados juntos. Durante a meiose, os genes vinculados de alguma forma se desvincularam.


Replicação de DNA em eucariotos

Como os genomas eucarióticos são muito complexos, a replicação do DNA é um processo muito complicado que envolve várias enzimas e outras proteínas. Ocorre em três estágios principais: iniciação, alongamento e término.

Lembre-se de que o DNA eucariótico se liga a proteínas conhecidas como histonas para formar estruturas chamadas de nucleossomos. Durante a iniciação, o DNA fica acessível às proteínas e enzimas envolvidas no processo de replicação. Como a máquina de replicação sabe onde na dupla hélice do DNA deve começar? Acontece que existem sequências de nucleotídeos específicas chamadas origens de replicação, nas quais a replicação começa. Certas proteínas se ligam à origem da replicação, enquanto uma enzima chamada helicase se desenrola e abre a hélice do DNA. À medida que o DNA se abre, estruturas em forma de Y chamadas garfos de replicação são formadas (Figura 9.2.3). Duas bifurcações de replicação são formadas na origem da replicação e são estendidas em ambas as direções conforme a replicação prossegue. Existem várias origens de replicação no cromossomo eucariótico, de modo que a replicação pode ocorrer simultaneamente em vários locais do genoma.

Durante o alongamento, uma enzima chamada DNA polimerase adiciona nucleotídeos de DNA à extremidade 3 'do molde. Como a DNA polimerase só pode adicionar novos nucleotídeos no final de um backbone, uma sequência de primer, que fornece esse ponto de partida, é adicionada com nucleotídeos de RNA complementares. Este primer é removido posteriormente, e os nucleotídeos são substituídos por nucleotídeos de DNA. Uma fita, que é complementar à fita de DNA parental, é sintetizada continuamente em direção à forquilha de replicação para que a polimerase possa adicionar nucleotídeos nessa direção. Esta fita sintetizada continuamente é conhecida como a fita principal. Como a DNA polimerase só pode sintetizar DNA na direção de 5 'para 3', a outra nova fita é reunida em pequenos pedaços chamados fragmentos de Okazaki. Cada fragmento de Okazaki requer um primer feito de RNA para iniciar a síntese. A fita com os fragmentos de Okazaki é conhecida como fita retardada. Conforme a síntese prossegue, uma enzima remove o primer de RNA, que é então substituído por nucleotídeos de DNA, e as lacunas entre os fragmentos são seladas por uma enzima chamada DNA ligase.

O processo de replicação do DNA pode ser resumido da seguinte forma:

  1. O DNA se desenrola na origem da replicação.
  2. Novas bases são adicionadas às fitas parentais complementares. Uma nova vertente é feita continuamente, enquanto a outra vertente é feita em pedaços.
  3. Os primers são removidos, novos nucleotídeos de DNA são colocados no lugar dos primers e a estrutura é selada por DNA ligase.

Figura 9.2.3: Uma forquilha de replicação é formada pela abertura da origem de replicação, e a helicase separa as fitas de DNA. Um primer de RNA é sintetizado e alongado pela DNA polimerase. Na fita principal, o DNA é sintetizado continuamente, enquanto na fita posterior, o DNA é sintetizado em trechos curtos. Os fragmentos de DNA são unidos por DNA ligase (não mostrado).

Você isola uma cepa de célula na qual a união dos fragmentos de Okazaki é prejudicada e suspeita que ocorreu uma mutação em uma enzima encontrada na bifurcação de replicação. Qual enzima tem maior probabilidade de sofrer mutação?

Replicação de telômero

Como os cromossomos eucarióticos são lineares, a replicação do DNA chega ao fim de uma linha nos cromossomos eucarióticos. Como você aprendeu, a enzima DNA polimerase pode adicionar nucleotídeos em apenas uma direção. Na fita principal, a síntese continua até que o final do cromossomo seja alcançado, no entanto, na fita atrasada não há lugar para um primer ser feito para o fragmento de DNA a ser copiado no final do cromossomo. Isso representa um problema para a célula porque as extremidades permanecem desemparelhadas e, com o tempo, essas extremidades ficam progressivamente mais curtas à medida que as células continuam a se dividir. As extremidades dos cromossomos lineares são conhecidas como telômeros, que possuem sequências repetitivas que não codificam para um determinado gene. Como consequência, são os telômeros que são encurtados a cada rodada de replicação do DNA, em vez dos genes. Por exemplo, em humanos, uma sequência de seis pares de bases, TTAGGG, é repetida de 100 a 1000 vezes. A descoberta da enzima telomerase (Figura 9.2.4) ajudou na compreensão de como as extremidades dos cromossomos são mantidas. A telomerase se liga ao final do cromossomo e bases complementares ao modelo de RNA são adicionadas ao final da fita de DNA. Uma vez que o molde da fita retardada é suficientemente alongado, a DNA polimerase pode agora adicionar nucleotídeos que são complementares às extremidades dos cromossomos. Assim, as extremidades dos cromossomos são replicadas.

Figura 9.2.4: As extremidades dos cromossomos lineares são mantidas pela ação da enzima telomerase.

A telomerase costuma ser ativa em células germinativas, células-tronco adultas e algumas células cancerosas. Por sua descoberta da telomerase e sua ação, Elizabeth Blackburn (Figura 9.2.5) recebeu o Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia em 2009.

Figura 9.2.5: Elizabeth Blackburn, ganhadora do Prêmio Nobel de 2009, foi a cientista que descobriu como a telomerase funciona. (crédito: Embaixada dos EUA, Estocolmo, Suécia)

A telomerase não é ativa nas células somáticas adultas. As células somáticas adultas que sofrem divisão celular continuam a ter seus telômeros encurtados. Isso significa essencialmente que o encurtamento do telômero está associado ao envelhecimento. Em 2010, os cientistas descobriram que a telomerase pode reverter algumas condições relacionadas à idade em camundongos, e isso pode ter potencial na medicina regenerativa. 1 Camundongos com deficiência de telomerase foram usados ​​nesses estudos, esses camundongos apresentam atrofia do tecido, depleção de células-tronco, falha do sistema de órgãos e respostas prejudicadas à lesão do tecido. A reativação da telomerase nesses camundongos causou extensão dos telômeros, redução do dano ao DNA, reversão da neurodegeneração e melhora do funcionamento dos testículos, baço e intestinos. Assim, a reativação dos telômeros pode ter potencial para o tratamento de doenças relacionadas à idade em humanos.

Replicação de DNA em procariontes

Lembre-se de que o cromossomo procariótico é uma molécula circular com uma estrutura de enrolamento menos extensa do que os cromossomos eucarióticos. O cromossomo eucariótico é linear e altamente enrolado em proteínas. Embora existam muitas semelhanças no processo de replicação do DNA, essas diferenças estruturais exigem algumas diferenças no processo de replicação do DNA nessas duas formas de vida.

A replicação do DNA foi extremamente bem estudada em procariotos, principalmente por causa do pequeno tamanho do genoma e do grande número de variantes disponíveis. Escherichia coli tem 4,6 milhões de pares de bases em um único cromossomo circular, e tudo isso é replicado em aproximadamente 42 minutos, partindo de uma única origem de replicação e prosseguindo ao redor do cromossomo em ambas as direções. Isso significa que aproximadamente 1000 nucleotídeos são adicionados por segundo. O processo é muito mais rápido do que em eucariotos. A Tabela 9.2.1 resume as diferenças entre as replicações procarióticas e eucarióticas.

Tabela 9.2.1: Diferenças entre as replicações procarióticas e eucarióticas
Propriedade Procariontes Eucariotos
Origem de replicação Solteiro Múltiplo
Taxa de replicação 1000 nucleotídeos / s 50 a 100 nucleotídeos / s
Estrutura cromossômica circular linear
Telomerase Não presente Presente

Clique em um tutorial sobre a replicação do DNA.

A DNA polimerase pode cometer erros ao adicionar nucleotídeos. Ele edita o DNA revisando cada base recém-adicionada. As bases incorretas são removidas e substituídas pela base correta e, em seguida, a polimerização continua (Figura 9.2.6uma) A maioria dos erros é corrigida durante a replicação, embora, quando isso não acontece, o mecanismo de reparo de incompatibilidade seja empregado. As enzimas de reparo de incompatibilidade reconhecem a base incorretamente incorporada e a extirpam do DNA, substituindo-a pela base correta (Figura 9.2.6b) Em ainda outro tipo de reparo, o reparo por excisão de nucleotídeo, a fita dupla de DNA é desenrolada e separada, as bases incorretas são removidas junto com algumas bases nas extremidades 5 'e 3', e estas são substituídas copiando o modelo com a ajuda de DNA polimerase (Figura 9.2.6c) O reparo por excisão de nucleotídeos é particularmente importante na correção de dímeros de timina, que são causados ​​principalmente pela luz ultravioleta. Em um dímero de timina, dois nucleotídeos de timina adjacentes um ao outro em uma fita estão covalentemente ligados um ao outro, em vez de suas bases complementares. Se o dímero não for removido e reparado, ocorrerá uma mutação. Indivíduos com falhas em seus genes de reparo por excisão de nucleotídeos mostram extrema sensibilidade à luz solar e desenvolvem câncer de pele cedo na vida.

Figura 9.2.6: A revisão pela DNA polimerase (a) corrige os erros durante a replicação. No reparo de incompatibilidade (b), a base adicionada incorretamente é detectada após a replicação. As proteínas de reparo de incompatibilidade detectam essa base e a removem da fita recém-sintetizada por ação de nuclease. A lacuna agora é preenchida com a base emparelhada corretamente. A excisão de nucleotídeo (c) repara dímeros de timina. Quando expostas aos raios ultravioleta, as timas adjacentes umas às outras podem formar dímeros de timina. Em células normais, eles são excisados ​​e substituídos.

A maioria dos erros são corrigidos se não forem, eles podem resultar em uma mutação - definida como uma mudança permanente na sequência de DNA. Mutações em genes de reparo podem levar a consequências graves, como câncer.


A Fase Mitótica e a Fase G0

Durante a fase mitótica de várias etapas, o núcleo da célula se divide e os componentes da célula se dividem em duas células-filhas idênticas.

Objetivos de aprendizado

Descreva os eventos que ocorrem nas diferentes fases da mitose

Principais vantagens

Pontos chave

  • Durante a prófase, o núcleo desaparece, as fibras do fuso se formam e o DNA se condensa em cromossomos (cromátides irmãs).
  • Durante a metáfase, as cromátides irmãs se alinham ao longo do equador da célula, anexando seus centrômeros às fibras do fuso.
  • Durante a anáfase, as cromátides irmãs são separadas no centrômero e puxadas em direção aos pólos opostos da célula pelo fuso mitótico.
  • Durante a telófase, os cromossomos chegam a pólos opostos e se desdobram em finas fitas de DNA, as fibras do fuso desaparecem e a membrana nuclear reaparece.
  • A citocinese é a divisão real da membrana celular que as células animais se separam, enquanto as células vegetais formam uma placa celular que se torna a nova parede celular.
  • As células entram no G0 fase (inativa) após saírem do ciclo celular, quando não estão ativamente se preparando para se dividir, algumas células permanecem em G0 fase permanentemente.

Termos chave

  • cariocinese: (mitose) a primeira porção da fase mitótica em que ocorre a divisão do núcleo da célula
  • centrossoma: uma organela próxima ao núcleo no citoplasma da maioria dos organismos que controla a organização de seus microtúbulos e dá origem ao fuso mitótico
  • citocinese: a segunda porção da fase mitótica em que o citoplasma de uma célula se divide seguindo a divisão do núcleo

A Fase Mitótica

A fase mitótica é um processo de várias etapas durante o qual os cromossomos duplicados são alinhados, separados e se movem em duas novas células-filhas idênticas. A primeira parte da fase mitótica é chamada de cariocinese ou divisão nuclear. A segunda parte da fase mitótica, chamada citocinese, é a separação física dos componentes citoplasmáticos nas duas células-filhas.

Cariocinese (mitose)

A cariocinese, também conhecida como mitose, é dividida em uma série de fases (prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase) que resultam na divisão do núcleo da célula.

Estágios do ciclo celular: A cariocinese (ou mitose) é dividida em cinco estágios: prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase. As imagens na parte inferior foram obtidas por microscopia de fluorescência (daí o fundo preto) de células coradas artificialmente por corantes fluorescentes: fluorescência azul indica DNA (cromossomos) e fluorescência verde indica microtúbulos (aparato do fuso).

Durante a prófase, a & # 8220 primeira fase, & # 8221 o envelope nuclear começa a se dissociar em pequenas vesículas. As organelas membranosas (como o aparelho de Golgi e o retículo endoplasmático) se fragmentam e se dispersam em direção à periferia da célula. O nucléolo desaparece e os centrossomas começam a se mover para pólos opostos da célula. Os microtúbulos que irão eventualmente formar o fuso mitótico se estendem entre os centrossomas, afastando-os mais à medida que as fibras dos microtúbulos se alongam. As cromátides irmãs começam a se enrolar com mais força com a ajuda de proteínas condensinas e se tornam visíveis ao microscópio óptico.

Durante a pró-fase, a & # 8220primeira fase de mudança, & # 8221 muitos processos que começaram na pró-fase continuam a avançar. Os restos do fragmento do envelope nuclear. O fuso mitótico continua a se desenvolver à medida que mais microtúbulos se agrupam e se estendem por toda a extensão da área nuclear anterior. Os cromossomos tornam-se mais condensados ​​e discretos. Cada cromátide irmã desenvolve uma estrutura de proteína chamada cinetocoro na região centromérica. As proteínas do cinetocoro atraem e ligam os microtúbulos do fuso mitótico.

Kinetochore e Fuso Mitótico: Durante a prometáfase, os microtúbulos do fuso mitótico de pólos opostos se ligam a cada cromátide irmã no cinetocore. Na anáfase, a conexão entre as cromátides irmãs é quebrada e os microtúbulos puxam os cromossomos em direção a pólos opostos.

Durante a metáfase, a fase de mudança & # 8220, & # 8221 todos os cromossomos são alinhados em um plano chamado placa metafásica, ou plano equatorial, a meio caminho entre os dois pólos da célula. As cromátides irmãs ainda estão fortemente ligadas umas às outras por proteínas de coesina. Nesse momento, os cromossomos estão condensados ​​ao máximo.

Durante a anáfase, a & # 8220 fase ascendente, & # 8221 as proteínas coesina se degradam e as cromátides irmãs se separam no centrômero. Cada cromátide, agora chamada de cromossomo, é puxada rapidamente em direção ao centrossoma ao qual seu microtúbulo está ligado. A célula torna-se visivelmente alongada (forma oval) à medida que os microtúbulos polares deslizam uns contra os outros na placa metafásica onde se sobrepõem.

Durante a telófase, a & # 8220 fase de distância & # 8221, os cromossomos alcançam os pólos opostos e começam a se descondensar (desvendar), relaxando em uma configuração de cromatina. Os fusos mitóticos são despolimerizados em monômeros de tubulina que serão usados ​​para montar os componentes do citoesqueleto para cada célula filha. Os envelopes nucleares se formam ao redor dos cromossomos e os nucleossomos aparecem dentro da área nuclear.

Citocinese

Citocinese, ou & # 8220 movimento celular, & # 8221 é o segundo estágio principal da fase mitótica durante a qual a divisão celular é completada por meio da separação física dos componentes citoplasmáticos em duas células-filhas. A divisão não está completa até que os componentes celulares tenham sido distribuídos e completamente separados nas duas células-filhas. Embora os estágios da mitose sejam semelhantes para a maioria dos eucariotos, o processo de citocinese é bastante diferente para os eucariotos que possuem paredes celulares, como as células vegetais.

Em células como células animais, que não possuem paredes celulares, a citocinese segue o início da anáfase. Um anel contrátil composto de filamentos de actina se forma no interior da membrana plasmática na placa metafásica anterior. Os filamentos de actina puxam o equador da célula para dentro, formando uma fissura. Esta fissura ou & # 8220 rachadura & # 8221 é chamada de sulco de clivagem. O sulco se aprofunda à medida que o anel de actina se contrai, eventualmente a membrana é dividida em dois.

Citocinese: Durante a citocinese em células animais, um anel de filamentos de actina se forma na placa metafásica. O anel se contrai, formando um sulco de clivagem, que divide a célula em duas. Nas células vegetais, as vesículas de Golgi coalescem na placa anterior da metáfase, formando um fragmoplasto. Uma placa celular formada pela fusão das vesículas do fragmoplasto cresce do centro em direção às paredes celulares e as membranas das vesículas se fundem para formar uma membrana plasmática que divide a célula em duas.

Nas células vegetais, uma nova parede celular deve se formar entre as células filhas. Durante a interfase, o aparelho de Golgi acumula enzimas, proteínas estruturais e moléculas de glicose antes de se quebrar em vesículas e se dispersar por toda a célula em divisão. Durante a telófase, essas vesículas de Golgi são transportadas em microtúbulos para formar um fragmoplasto (uma estrutura vesicular) na placa metafásica. Lá, as vesículas se fundem e se aglutinam do centro em direção às paredes celulares, essa estrutura é chamada de placa celular. À medida que mais vesículas se fundem, a placa celular aumenta até se fundir com as paredes celulares na periferia da célula. As enzimas usam a glicose que se acumulou entre as camadas da membrana para construir uma nova parede celular. As membranas de Golgi tornam-se partes da membrana plasmática em ambos os lados da nova parede celular.

G0 Estágio

Nem todas as células aderem ao padrão clássico do ciclo celular, no qual uma célula filha recém-formada entra imediatamente nas fases preparatórias da interfase, seguida de perto pela fase mitótica. Células em G0 fase não estão se preparando ativamente para se dividir. A célula está em um estágio quiescente (inativo) que ocorre quando as células saem do ciclo celular. Some cells enter G0 temporarily until an external signal triggers the onset of G1. Other cells that never or rarely divide, such as mature cardiac muscle and nerve cells, remain in G0 permanently.


0. The S phase stands for synthesis, which means to make or build something more complex out of simpler parts. cell. Why do you think the cell needs to make more DNA at this time in the cell cycle? Scientists know that during the S phase DNA is being made in the nucleus of the 11. Refer to Model 1. The chromosomes that are shaped like "X" (made of two sister chromatids) have double thec amount of DNA than the chromosomes that are shaped like "I." During what phase of the cell cycle do you think the chromosomes are replicated (copied)?

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