O documento resume os principais conceitos de genética citológica, incluindo a estrutura e função dos cromossomos, os tipos de divisão celular (mitose e meiose), e os processos de duplicação do DNA e controle do ciclo celular.
1. Universidade Federal do Piauí
Campus Ministro Reis Velloso – Parnaíba
Curso Biomedicina
Disciplina Genética Básica
As Bases Citológicas da
Hereditariedade
Profa Renata Canalle
2. Genética (do grego genno; fazer nascer)
GENÉTICA → estuda a forma como se transmitem as características
biológicas de geração para geração (Fonte: Wikipédia)
Ciência que estuda as
características hereditárias
e suas variações
4. CROMOSSOMOS
Estruturas filamentosas localizadas no interior do
núcleo das células, duplicação
Contém os genes (transmissores das características
hereditárias)
Cromatina: complexo de DNA + histonas
(proteínas básicas) + proteínas não histônicas
(ácidas) + RNA
2 H2A, 2 H2B, 2 H3 e 2 H4 (octâmero de histonas) / H1
Melhor visualização (microscopia): durante a divisão
celular (metáfase) – máximo de condensação,
identificado individualmente
genes não transcritos
5. O nucleossomo está organizado em fibras de 30 nm
Subunidade básica estrutural
da cromatina: cerca de 146 pb
(1 volta e ¾)
Compacta o DNA cerca de 100 vezes
6. CROMOSSOMOS
Definição:
É uma unidade do genoma constituída de cromatina (DNA +
proteínas) ao longo da qual se dispõem os genes.
Visível como entidade morfológica somente durante a divisão
celular.
1 vídeo: compactação cromossômica
7. CROMOSSOMOS
Cada indivíduo possui dois cromossomos de cada tipo (diplóide), do mesmo
tamanho e igual localização do centrômero → homólogos
Os cromossomos homólogos têm, normalmente, a mesma seqüência de genes
Cada gene é representado por dois alelos, um em cada homólogo → locus gênico
Organismo diplóide: contém duas cópias do mesmo gene (alelos)
Ser humano → 2n = 46
22 pares de cromossomos homólogos → autossomos
1 par de cromossomos não homólogos → sexuais
Homozigoto: alelos idênticos
Heterozigoto: alelos diferentes
8. CROMOSSOMOS
Células somáticas – 2n (diplóide)
Células germinativas ou gametas – n (haplóide)
Definições
Diplóide: um organismo ou célula com dois conjuntos de cromossomos
(2n) ou dois genomas
Haplóide: um organismo ou célula que possui apenas um conjunto
completo (n) de cromossomos ou genoma
9. TIPOS DE CROMOSSOMOS
A – telocêntrico
B – acrocêntrico
C – submetacêntrico
D - metacêntrico
10. TIPOS DE CROMOSSOMOS
Telômero (TTAGGG)
Braço
Curto (p)
p
p
Braço q
q
Longo (q)
21 (D e G)
17
3
Humanos
11. Telômeros
Estabilidade e integridade
Redução no nível de telomerase; decréscimo do número de repetições (TTAGGG em
tandem): morte celular e envelhecimento celular
A cada mitose os
telômeros perdem
de 50 a 200 desses
nucleotídeos
Telômero e telomerase
12. Divisão Celular
MITOSE MEIOSE
CÉLULAS SOMÁTICAS (2n) CÉLULAS GERMINATIVAS (n)
Garante o crescimento dos
Formação dos gametas (seres
organismos; reposição das
de reprodução sexuada)
células mortas
Material genético transmitido de Material genético reduzido à metade:
forma igual de uma célula para manutenção da quantidade de DNA
as descendentes necessária para cada espécie;
crossing-over (variabilidade)
dois cromossomos de cada
tipo: um de origem paterna
e outro materna
13. O Ciclo Celular
Divisão celular Regulam o número de
células do organismo vivo
Morte celular (apoptose)
As células passam por ciclos de crescimento e replicação (mitose),
aumentando o número celular
Um ciclo celular é o intervalo entre uma geração celular e outra: um
ciclo mitose-mitose
Apoptose: remove normalmente determinadas células durante o
crescimento e o desenvolvimento, diminuindo o número de células,
bem como eliminando células danificadas por agentes mutagênicos
Mitose e apoptose → geneticamente controladas
14. O Ciclo Celular
Divisão celular
CÂNCER
desequilíbrio
Morte celular (apoptose)
Varia em diferentes tecidos e em diferentes épocas do desenvolvimento:
- revestimento da parede interna do intestino pode se dividir ao longo da vida
- uma célula do cérebro pode não se dividir mais após o nascimento
- Embrião e feto – mitoses rápidas
- ao nascer – taxa mitótica baixa de maneira espantosa
15. O Ciclo Celular
Ciclo de vida das células pode ser dividido em 2 períodos:
Intérfase – 16 a 24 h
reprodução ou mitose – 1 a 2 h
G0
Intérfase: dividida em 3
fases - G1, S e G2;
replicação do DNA e
transcrição gênica
Ciclo celular mitótico
16. MITOSE
Fase G2 Divisão celular
Preparação para a
divisão celular: síntese
G1, S, G2
de proteínas e
membrana
Intérfase
FASE S
Duplicação do DNA
FASE G1
Atividade metabólicas
associadas com
Células fígado:
crescimento celular e
vários anos;
replicação do DNA: medula óssea
síntese de proteínas, de 16-24 h
lipídios, glicídios
FASE G0
Fase G0
A célula não está
se reproduzindo Células nervosas, músculo
esquelético, linfócitos
17. O Ciclo Celular
Com a síntese de DNA cada cromossomo sofre duplicação 2
filamentos ligados pelos centrômeros cromátides irmãs
região de DNA que se associa a várias proteínas
Centrômeros cinetócoro
liga os cromossomos aos microtúbulos
18. O núcleo interfásico
A aparência do núcleo interfásico é muito semelhante em todas as
fases da intérfase (G1, S e G2)
Intérfase : fase G1
Período de crescimento : a célula se prepara para a
duplicação do DNA
O núcleo está com conteúdo diplóide de DNA (por ex., 46
cromossomos em humanos, 2n)
Os cromossomos não são visíveis (descondensados)
19. Intérfase – fase S
Fase de síntese (duplicação) do DNA - os cromossomos são duplicados
Os cromossomos não são visíveis (descondensados)
Célula com cromossomos
Célula diplóide
duplicados (2 vezes a
quantidade diplóide)
20. Intérfase – fase G2
Segunda fase de crescimento – a célula se prepara para a mitose
Os cromossomos estão duplicados (4n), mas não estão visíveis
21. Mitose : a divisão celular propriamente dita
Durante a mitose, os
cromossomos sofrem
condensação; cai a síntese
de RNA e proteínas
Observe : uma cromátide do
cromossomo duplicado é
equivalente, na verdade, a um
cromossomo antes da duplicação
22. Mitose
Divisão equacional das células
somáticas cada célula filha recebe
um lote completo de cromossomos
Processo de distribuição de uma
cópia de cromossomo para cada
célula- filha segregação
cromossômica.
Importância: muitos tumores são
caracterizados por um estado de
desequilíbrio genético que resulta de
erros mitóticos
Primeiro divide-se o núcleo
(cariocinese) e depois o citoplasma
(citocinese)
Fases da Mitose: 5 fases
23. Estágios da Mitose
Os cromossomos passam pelos seguintes processos :
Condensação
Migração para o meio
da célula
Separação das
cromátides irmãs
Migração das cromátides
irmãs para o pólo da
célula
Citocinese (separação
do citoplasma)
24. Estágios da Mitose
Prófase:
- condensação gradual dos cromossomos;
- nucléolo e citoesqueleto se desintegram;
- início da formação do fuso mitótico centrossomos movem-se
gradualmente para tomar posição nos pólos das células formam
focos dos quais se irradiam os microtúbulos.
Pró-metáfase:
- Carioteca se desintegra;
- Cromossomos se dispersam na célula e se ligam aos microtúbulos
do fuso (através do cinetócoro);
- cromossomos começam a mover entre os pólos do fuso;
- cromossomos continuam se condensando.
25. Estágios da Mitose
Metáfase:
- Cromossomos atingem a máxima condensação
período ótimo para a análise do cariótipo
humano;
- Cromossomos se dispõem na placa equatorial
da célula.
Anáfase:
- Cromossomos se separam na região do centrômero;
- Cromátides irmãs tornam-se cromossomos filhos;
- Cromossomos filhos se movem para os pólos opostos da célula.
Telófase:
- Cromossomos começam a se descondensar;
- Carioteca começa a ser reconstituída;
- Núcleo gradualmente reassume aspecto interfásico.
27. Ciclo de condensação e descondensação à medida que um
cromossomo progride no ciclo celular
28. Controle do Ciclo Celular
Como é garantido que os eventos do ciclo celular ocorram
na ordem correta ?
uma célula não pode começar a se dividir até que
seu DNA tenha sido replicado, e corretamente
Controlado por sinais químicos de fora e de dentro da célula que
induzem a proliferação celular (controle positivo)
Sinais externos: hormônios (que agem à distância) e fatores de
crescimento (que atuam mais localmente; PDGF, FGF, EGF)
Sinais internos: proteínas de dois tipos – ciclinas e quinases
dependentes de ciclinas (CDKs)
29. CDKs e ciclinas
CICLINAS : síntese e destruição contínuas, níveis aumentam
durante a intérfase (quando a célula se aproxima da mitose)
CDKs : atividade quinase dependente das ciclinas, sempre
presente na célula
Ciclina-quinase: fosforilam e ativam
moléculas responsáveis pela divisão celular
30. Várias classes de ciclinas: concentrações elevam e descem em diferentes
momentos do ciclo celular - Ciclinas G1 e as Ciclinas M
Duas quinases dependentes de ciclinas: CDK2 (cyclin-dependent protein
kinase) e Cdc2 (cell-division cycle)
31. O fator promotor da fase S (SPF)
A fase S: ocorre quando a ciclina G1 ou A ativa a CDK2 = SPF
fosforilação e ativação de moléculas responsáveis pela duplicação do DNA
Ciclina começa declinar → separa-se da CDK2 → desaparece SPF →
ciclina degradada por proteassomas (ubiquitinação)
32. O fator promotor de mitose (MPF)
A fase M: ocorre quando a ciclina M ou B ativa a CDC2 (CDK1) = MPF
ciclina M começa a ser sintetizada a partir da fase G2, antes que desapareça ciclina G1
A dissociação do MPF ocorre no começo da anáfase, e só se todos os
cromossomos estiverem no plano equatorial
34. Proteína pRb e fator E2F (proteína de regulação gênica;
fator de transcrição)
atuam na fosforilação
CICLINAS G1
Início de G1: síntese da ciclina D
liga-se com CDK4 e 6, formando dois
complexos
D1 D2 D3
Mais tarde: síntese da ciclina E
CDK4 CDK6
liga-se a CDK2
atuam (bloqueiam)
E
Controladores negativos do ciclo celular: CDK2
CKIs (inibidores de quinase dependente de ciclinas)
p15, p16, p21, p27, p53
35. G1 S G2 M
CDK2
CDK4
CDK1
CIC.D CIC.A
CDK6
CIC.B
CIC.D
CDK1
CDK2
CIC.A
CIC.E
37. Mecanismos de checagem do ciclo celular : os checkpoints
Mecanismos de “vigilância”:
Níveis intracelulares
Integridade do DNA
Sinais extracelulares
OK !
CUIDADO ! Terminar o ciclo celular
Reparar o dano
G1 e G2 são “checkpoints”
do ciclo celular
APOPTOSE
Se danos forem detectados: Morte celular
a célula se recupera
é instruída a morrer por morte celular programada (apoptose)
39. MEIOSE
Divisão celular onde células diplóides (2n) da linhagem germinativa
originam gametas haplóides (n)
Uma rodada de síntese de DNA seguida de duas rodadas de
segregação cromossômica e divisão celular
Meiose é composta de duas divisões meiose I e meiose II
Meiose I reducional (segregação dos cromossomos homólogos)
Na meiose I ocorre a recombinação ou crossing-over
Meiose II equacional (segregação das cromátides irmãs)
41. Fases da Meiose I
Prófase I
Estágio complexo, sub-dividido em 5 sub-fases: leptóteno, zigóteno,
paquíteno, diplóteno e diacinese
Leptóteno: filamento fino
Cromossomos já duplicados tornam-se visíveis como filamentos
finos que estão começando a condensar
Cromátides irmãs não podem ser distinguíveis
regiões mais espessas (cromômeros) e menos espessas
Zigóteno: parelha
Cromossomos homólogos começam a se parear (sinapse)
complexo sinaptonêmico → troca entre cromátides (crossing-over)
42. Fases da Meiose I
Paquíteno: grosso
Cromossomos tornam-se mais helicoidizados (condensados)
Cromossomos são chamados de tétrades – 4 cromátides
célula germinativa masculina: cromossomos X e Y unidos apenas
pelas porções distais dos braços curtos
ocorrem os crossing-overs (recombinação) dos cromossomos
paternos e maternos → VARIABILIDADE GENÉTICA
mapeamento gênico de distúrbios herdados
Diplóteno: duplo
após a recombinação, cromossomos homólogos começam a se
separar;
centrômeros continuam intactos cromátides irmãs continuam
unidas;
aparecem os quiasmas marcam a posição onde ocorreram
recombinações.
Diacinese: através
cromossomos atingem condensação máxima; fim da prófase I
43. Prófase I - paquíteno
Meiose sem crossing-over Meiose com crossing-over
Novas combinações de alelos
1 vídeo: meiose com e sem crossing-over
44. Fases da Meiose I
Metáfase I
Membrana nuclear desaparece
cromossomos alinham-se na placa equatorial
Anáfase I
Os cromossomos homólogos se separam, migrando para pólos opostos
da célula disjunção 1ª lei de Mendel
a distribuição ou segregação dos membros de cada par de homólogos
é aleatória (independente se paterno ou materno) – VARIABILIDADE
GENÉTICA – 223 (8.388.608) 2ª lei de Mendel
na mitose as cromátides-irmãs se separam, não os homólogos
número cromossômico é reduzido a metade.
Obs: muitos erros podem ocorrer nesta fase, resultando em ambos os homólogos
de um par indo para o mesmo pólo celular não-disjunção
45. Fases da Meiose I
a distribuição ou segregação dos membros de cada par de homólogos é
aleatória (independente se paterno ou materno) – VARIABILIDADE GENÉTICA
223 (8.388.608)
Anáfase I
1 vídeo: meiose, segregação
dos homólogos
46. Fases da Meiose I
Anáfase I
Aneuploidia; aberrações
cromossômicas numéricas
Não-disjunção mitótica –
doença genética; mosaicismo
Telófase I
Citoplasma se divide formando duas células com lotes haplóides
Meiose II
Similar a mitose, só que ocorre em células haplóides
47. Fases da Meiose I
2 vídeos: não-disjunção meiose I e meiose II
49. Comparação entre Mitose e Meiose
Meiose: redução de cromossomos à metade; recombinação genética, ou seja,
troca de segmentos cromossômicos; segregação aleatória dos cromossomos
homólogos paternos e maternos → variabilidade genética
mecanismo destinado a distribuir aleatoriamente os genes paternos e maternos nos gametas,
tanto pela recombinação genética como pela segregação dos cromossomos homólogos
50. Gametogênese
não é contínua ao longo da vida. Na mulher, os
Ovulogênese
estágios da meiose ocorrem no ovário fetal → ovócitos primários (param
em prófase I até a puberdade). Na puberdade, onde o ovócito primário,
próximo à época da ovulação, reinicia sua meiose I → ovócito secundário
→ meiose II, e após a fertilização, o ovócito secundário dá origem ao
óvulo, completando a meiose II apenas se fecundado. São 3000 ovócitos
primários, sendo que apenas 300 óvulos são expelidos
No homem ocorre dia a dia. Na puberdade, por
Espermatogênese
ação hormonal, os túbulos seminíferos amadurecem e as células sexuais
primárias multiplicam-se (mitose) → espermatogônias → aumentam de
tamanho → espermatócitos primários → meiose I → espermatócitos
secundários → meiose II → espermátides → espermatozóides (todo o
processo leva entre 64 e 74 dias)
53. Relevância Médica da Mitose e da Meiose
Significado biológico: garantia da constância do número de
cromossomos
– integridade do genoma
Relevância Médica: erros nesses mecanismos de divisão celular →
formação de um indivíduo ou de uma linhagem celular com um número
anormal de cromossomos.
- não-disjunção meiótica: mecanismo de mutação mais comum, fetos
cromossomicamente anormais, retardo mental, abortos, síndromes.
- não-disjunção mitótica: mosaicismo cromossômico (S. Down);
tumores cromossomicamente anormais.