Hierarquia estrutural e ciclo celular
A base da hereditariedade é a molécula de ADN. As células somáticas humanas contêm um conjunto diploide composto por 46 moléculas. O ADN liga-se a proteínas especializadas para formar um filamento desoxirribonucleoproteico — o cromatídeo.
O nível mais alto de organização é o cromossoma, cuja composição é dinâmica e depende da fase do ciclo celular:
- No período principal da vida celular: o cromossoma consiste apenas num cromatídeo. Antes do início da preparação para a divisão, os conceitos de «cromossoma» e «cromatídeo» são idênticos.
- No período que antecede a divisão: ocorre a replicação — duplicação do ADN. O número total de cromossomas permanece inalterado (46), mas cada um passa a incluir dois cromatídeos irmãos. Como resultado, o núcleo contém 46 cromossomas e 92 moléculas de ADN. A célula mantém o conjunto diploide de cromossomas, mas torna-se tetraploide em termos de quantidade de ADN.
Estados morfofuncionais dos cromossomas
Os cromossomas alternam entre duas formas análogas dependendo da atividade celular:
- Cromossomas interfásicos (na célula em divisão não ativa). Estão maximamente descondensados e não são visualmente distinguíveis. Apesar do estado desenrolado, a sua disposição no núcleo é estritamente ordenada. Cada cromossoma está individualmente fixado à membrana nuclear interna por ambas as extremidades e por regiões intercalares.
- Cromossomas metafásicos (durante o processo de divisão). Sofrem uma condensação drástica, encurtam e tornam-se claramente visíveis ao microscópio ótico. É precisamente na fase de metáfase que os cromossomas são descritos num estudo citogenético para diagnóstico no aconselhamento genético-médico. Os cromossomas homólogos são agrupados em pares, sendo que o 23.º par determina o sexo.
Estrutura e função informacional do ADN
O ADN nuclear tem a forma de uma dupla hélice composta por duas cadeias polinucleotídicas. Estas mantêm-se firmemente unidas graças à complementaridade das bases azotadas: a adenina (A) liga-se sempre à timina (T), e a guanina (G) à citosina (C). Esta complementaridade mútua garante o empacotamento mais denso possível das cadeias.
O ADN codifica a estrutura primária de proteínas, ARNs de transferência e ribossómicos, bem como o programa da ontogenia. O fluxo de informação para a síntese proteica passa por três etapas:
- Transcrição: síntese de pré-ARNm numa matriz de ADN no núcleo.
- Processamento e transporte: maturação do ARNm e o seu transporte para o citoplasma.
- Tradução: montagem da cadeia polipeptídica nos ribossomas de acordo com os tripletos de ARNm.
Nuance química: nas moléculas de ARN, a timina (T) é sempre substituída pelo uracilo (U).
Barreiras biológicas da clonagem
Uma vez que o núcleo de qualquer célula somática contém toda a informação genética do organismo, é teoricamente adequado para a criação de clones. Contudo, na prática, surge um problema associado à hipótese do envelhecimento do genoma.
As linhas de células somáticas não passam pela meiose. Considera-se que é precisamente na meiose (nas células germinativas) que o genoma é «rejuvenescido» através de processos de super-reparação do ADN e seleção estrita de cromossomas. As células somáticas acumulam mutações e alterações relacionadas com a idade. Consequentemente, os clones obtidos a partir desses núcleos (como a ovelha Dolly) carregam desde o nascimento a «carga etária» do dador, o que reduz a sua viabilidade.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais são exatamente as proteínas que participam no empacotamento do ADN e na formação dos cromatídeos?
Complexos de proteínas histonas e não histonas participam no empacotamento espacial do ADN e na formação das estruturas da cromatina, enquanto nas células germinativas participam as protaminas.
- Histonas — formam o octâmero proteico do nucleossoma (inclui duas moléculas de H2A, H2B, H3, H4), no qual o ADN se enrola, estando a histona H1 associada à região do ligante (linker).
- Proteínas não histonas ácidas — asseguram o nível cromomérico de compactação, formando centros para a fixação de rosetas de ansas e ligando-as à matriz nuclear.
- Protaminas — proteínas principais que substituem as histonas nos espermatozoides; contêm uma grande quantidade de arginina e asseguram a máxima densidade de empacotamento da cromatina.
Quais são especificamente as reestruturações do genoma que ocorrem nos linfócitos maduros?
Nos linfócitos, ocorre recombinação somática (rearranjo) dos genes das imunoglobulinas para formar recetores antigénicos únicos.
- Remoção de intrões — durante a transcrição e o posterior *splicing*, as regiões não codificantes são cortadas, perdendo-se assim uma parte significativa do material genético inicial.
- Exclusão alélica — a montagem bem-sucedida de um gene funcional num cromossoma homólogo bloqueia rigidamente o processo análogo no segundo.
- Eliminação — as células com danos irreparáveis (quebras no ADN) ou erros de montagem são destruídas por apoptose.
A regra de ouro das relações quantitativas: «1 molécula de ADN = 1 cromatídeo». Esta regra é imutável. A igualdade «1 cromossoma = 1 molécula de ADN» é válida apenas para uma célula em divisão não ativa até ao momento da replicação.
Questões de aulas e exames
Qual é a diferença entre cromossomo e cromátide?
A cromátide é uma única molécula de DNA com proteínas associadas. O cromossomo é a unidade estrutural superior, que pode consistir em uma ou duas cromátides, dependendo da etapa do ciclo de vida da célula.
O número de cromossomas altera-se após a replicação do ADN?
Não, o número de cromossomas numa célula somática humana permanece igual a 46. Apenas aumenta a quantidade de ADN (criam-se cromatídeos irmãos), tornando a célula tetraploide em termos de ADN.
Porque é que, na coloração de Feulgen, os nucléolos permanecem claros?
O método de Feulgen deteta especificamente o ADN, corando o núcleo com a cor cereja. Nos nucléolos, a concentração de ADN é extremamente baixa (contêm principalmente ARN e proteínas), pelo que não se coram.
O que mais estudar sobre o tema
- Mecanismos de reparação do ADN e o seu papel na manutenção da estabilidade do genoma
- Processamento do ARN mensageiro e o seu transporte do núcleo para o citoplasma
- Tipos de ARN (de transferência, ribossómicos) e as suas funções
- Topologia de fixação dos cromossomas interfásicos à membrana nuclear
- Características da reestruturação do genoma em linfócitos maduros
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