O NÚCLEO E OS CROMOSSOMOS
Maximiliano Mendes
As informações que possuímos em nossos computadores são
armazenadas primordialmente nos discos rígidos (Hard Drives – HDs).
Lá estão gravados os aplicativos mais importantes, como o sistema operacional,
que permitem o funcionamento do dispositivo. Também sabemos que não é
conveniente deixar o disco rígido descoberto ou desprotegido, pois ele pode
sofrer danos, acumular poeira e passar por outros processos capazes de
comprometer a integridade dos dados. Por isso, os HDs ficam protegidos no
interior dos gabinetes, ou então, no caso dos HDs externos, são comercializados
com coberturas plásticas, os cases, que lhes conferem proteção.
Nas células, o HD pode ser representado pelas moléculas de DNA,
que por sua vez estão localizadas em um case, o envelope nuclear.
O núcleo é uma estrutura presente apenas nas células eucariontes,
onde se encontra o DNA genômico (o material genético), organizado em
cromossomos. As células procariontes não possuem núcleo, mas sim, um nucleoide,
a região citoplasmática onde se localiza o cromossomo circular desses
organismos. Visto que abriga o material genético, meio material no qual estão
inscritas as informações biológicas/genéticas, se quisermos atribuir uma função
ao núcleo, podemos considerá-lo como o centro controlador do metabolismo e do
desenvolvimento celular.
ESTRUTURA DO NÚCLEO
- Envelope nuclear ou carioteca: delimita o conteúdo do núcleo e o isola do citoplasma. A membrana da carioteca é contínua com a do retículo endoplasmático. Acredita-se que esse sistema membranoso pode ter surgido a partir de invaginações da membrana plasmática de uma célula procarionte ancestral. O interior do envelope nuclear, entre as duas membranas pode ser chamado de lúmen do envelope nuclear ou espaço perinuclear.
- Poros: selecionam as substâncias que entram e saem do núcleo (proteínas, RNAs...). Há, nos poros, um complexo proteico chamado de complexo do poro que atua nesse controle.
- Lâmina nuclear: constituída por filamentos proteicos do citoesqueleto (filamentos intermediários) que dão forma e suporte à carioteca e fornecem pontos de ancoragem aos cromossomos.
- Nucléolo: sítio onde são sintetizados a maioria dos RNAs ribossômicos, rRNAs, e da montagem dos ribossomos. Pode se dizer que eles consistem em aglomerados de partículas ribossômicas em formação. Os ribossomos são formados de rRNAs e proteínas, são gerados no núcleo e podem sair dele através dos poros.
- Cromatina: conjunto de cromossomos. Cada cromossomo é um filamento constituído de uma molécula de DNA associada à várias proteínas e, nas células, dependendo do estado e do tipo celular, os cromossomos podem ser encontrados em graus diversos de compactação ou condensação. Estima-se que, se toda a cromatina contida no núcleo das células humanas fosse esticada, mediria aproximadamente 2 m de comprimento.
- Cariolinfa ou nucleoplasma: solução contendo diversas substâncias. Os outros componentes localizados no interior do envelope nuclear estão imersos no nucleoplasma.
Há outras estruturas dentro do núcleo, porém, as mencionadas acima são
as principais.
OS CROMOSSOMOS
Cada cromossomo é um filamento constituído de uma molécula de DNA
linear associada a várias proteínas, dentre as quais, as histonas, que auxiliam
no seu empacotamento ou condensação.
(*Além das histonas, outras duas classes importantes de proteínas constituintes dos cromossomos são as DNA-topoisomerases, que atuam no grau de torção ou relaxamento da estrutura helicoidal das duas cadeias de nucleotídeos, as coesinas, que atuam unindo cromátides irmãs e as condensinas, que atuam na condensação dos cromossomos. Não se costuma cobrar essas proteínas no ensino médio).
A importância dos cromossomos está primordialmente no fato de que
as moléculas de DNA possuem os genes, as unidades que contêm as características
informacionais e hereditárias. Utilizaremos uma definição simples de gene:
sequência de nucleotídeos no DNA que especifica a sequência de aminoácidos de
uma molécula de RNA, se for um mRNA, ele pode ser traduzido em uma proteína.
Estima-se que a espécie humana possua aproximadamente de 20000 a
22000 genes. Para efeitos de comparação, as pulgas d'água, pequenos crustáceos,
parecem ser os animais com o maior número de genes, ~31000. A tabela abaixo
mostra alguns dados comparativos sobre os genomas de alguns organismos. Compare
com a espécie humana.
Organismo
|
Número
diploide de cromossomos
|
Número
de pares de bases
|
Número
de genes
|
Referência
|
Mosca
das frutas
|
8
|
1.65x108
|
13,600
|
|
Leveduras
|
16
|
12,462,637
|
6,275
|
|
Humanos
|
46
|
3.3
x 109
|
~21,000
|
|
Mitocôndria
humana
|
-
|
16,569
|
13
|
|
Arroz
|
24
|
4.66
x 108
|
46,022
-55,615
|
|
Cachorro
|
78
|
2.4
x 109
|
~25,000
|
|
Rato
|
40
|
3.4
x 109
|
~23,000
|
Fonte: http://www.edinformatics.com/math_science/human_genome.htm
Nossa espécie possui em cada célula somática (= do corpo) 46
cromossomos. Esses 46 compõem dois conjuntos (n) de 23. Por isso, dizemos que
somos uma espécie diploide, 2n. Já os nossos gametas, os espermatozoides e os
óvulos/ovócitos II, possuem apenas um conjunto cromossômico, com 23, por isso
são ditas haploides, n. Quando os dois gametas se unem para formar o zigoto, o
novo indivíduo (ou a primeira célula do novo indivíduo), cada um traz seu
conjunto de 23 cromossomos e, assim, o novo indivíduo apresenta os dois
conjuntos, 2n = 46.
Também podemos dizer que uma célula ou organismo diploide é aquele
cujos cromossomos estão presentes em pares. Cada um dos cromossomos
constituintes de um par pertence a um conjunto cromossômico herdado do pai ou
da mãe. E por que dizemos que esses cromossomos formam um par? Um par de
cromossomos 1, por exemplo? Porque esses dois cromossomos do par são iguais,
homólogos, mas iguais no sentido de que ambos possuem os mesmos genes na mesma
ordem (possuem também o mesmo comprimento e o centrômero na mesma posição,
veremos em breve o que é o centrômero).
Na imagem acima, os cromossomos estão mostrados no estado
duplicado e condensado. É a forma como eles são representados normalmente.
Veremos mais sobre isso adiante.
No tocante aos cromossomos sexuais X e y, que veremos adiante, nos tipos de cromossomos, eles apresentam apenas
uma pequena região homóloga. No restante, são cromossomos que possuem genes
diferentes.
As imagens acima representam os cromossomos X e y no estado de
cromossomos simples, não duplicados, e as suas respectivas regiões que
apresentam homologia, localizadas nas extremidades. Essas regiões são chamadas
de pseudoautossômicas (PARs – Pseudoautosomal Regions). Imagem: https://en.wikipedia.org/wiki/Pseudoautosomal_region
Estrutura dos cromossomos:
Provavelmente você não entendeu bem essas figuras de cromossomos
acima. Vejamos então a estrutura dos cromossomos duplicados e condensados, pois
normalmente eles são representados dessa forma.
Antes de iniciar o processo de divisão celular ocorre a duplicação
ou replicação do DNA, e, com isso, a duplicação dos cromossomos. O detalhe é
que, após serem duplicados, os dois cromossomos filhos permanecem ligados por
proteínas chamadas coesinas e a região estrangulada onde estão ligados é
chamada de centrômero (apesar do nome, nem sempre essa região se encontra no
centro). Como se não bastassem tantos detalhes, aqui vai mais um: quando ainda
estão unidos após a replicação do DNA e durante a divisão celular, cada um dos
dois novos cromossomos é chamado de cromátide (os dois são chamados cromátides
irmãs).
Ainda é importante mencionar que as porções dos cromossomos que
estão mais condensadas (mais enroladas) antes desse processo de condensação que
ocorre como preparação para a divisão celular, são inativas: os genes
localizados nessas porções não são transcritos. Damos a essas porções o nome de
heterocromatina. Já às porções menos condensadas e ativas, cujos genes podem
ser transcritos, damos o nome de eucromatina.
Possuímos vários tipos celulares diferenciados e vários tecidos,
mas apesar das diferenças, as células têm o mesmo genoma. As diferenças são
devidas aos genes que são expressos ou não, em outras palavras, a porção da
cromatina que corresponde à heterocromatina (condensada) e eucromatina (frouxa)
varia entre os tipos celulares.
Podemos agrupá-los em dois grupos:
Os autossomos são os cromossomos presentes igualmente no homem e
na mulher. Têm “nomes de números”: cromossomos 1 ao 22. Como a nossa espécie é
diploide, possuímos dois de cada autossomo, então temos 22 pares ou 44
autossomos ao todo em cada célula somática, dois cromossomos 1, dois do 2, dois
do 3 e assim sucessivamente até o 22.
Os cromossomos sexuais ou heterocromossomos formam um par que
difere no homem e na mulher.
- Mulheres: possuem dois cromossomos iguais, chamados de X. São XX.
- Homens: possuem em seu par sexual, um cromossomo X e um y. São Xy.
Esses cromossomos têm genes/informações relacionados à
diferenciação entre os sexos e, como já mencionado, no caso dos homens a
homologia entre os cromossomos desse par é incompleta, pois o cromossomo Y é
menor que o X.
Cariótipo feminino da espécie humana. Cariótipo é
o número e o aspecto dos cromossomos no núcleo. Também pode ser o conjunto
completo dos cromossomos de um organismo. Imagem:
Em nossa espécie, há um mecanismo capaz de condensar e inativar a maior parte dos genes de um
dos cromossomos X quando há mais de um presente. Esses cromossomos X
condensados são chamados corpúsculos de Barr ou cromatina sexual.
Aparentemente, a razão para isso é que, ao contrário dos autossomos, é preciso
apenas um cromossomo X com os seus genes ativos nas células, assim, um dos
cromossomos X nas mulheres, ou em quem quer que tenha dois ou mais cromossomos
X (como os portadores da síndrome de Klinefelter), é em grande parte condensado
e inativado de forma a compensar a presença em dose dupla dos genes localizados
no DNA do outro cromossomo X. Um bom exemplo para se perceber essa inativação
de um dos cromossomos X são as gatas Calico, nas quais se pode ver áreas com
pelos de três cores distintas: branco, preto e marrom. As cores preta e marrom
são determinadas por genes localizados nos cromossomos X. Então, dependendo de
qual cromossomo X for inativado, por conta do gene que ele possui, a cor no
local será preta ou marrom. Já a cor branca é determinada por genes localizados
nos autossomos.
Consideramos que, de maneira simplificada, para haver o desenvolvimento de sistema genital
masculino é necessário haver o cromossomo y, pois ele possui um gene
chamado sry: região determinadora de sexo do Y. sry determina
que haja a formação dos testículos, que, por sua vez, produzem testosterona, induzindo o desenvolvimento masculino. Caso esteja ausente ou haja algum tipo de
problema, ocorre o desenvolvimento dos ovários ou os testículos não completam o
desenvolvimento. Na verdade, esse gene sry é apenas um dos
vários que estão envolvidos no desenvolvimento de uma pessoa do sexo masculino
com os órgãos genitais completos e funcionais.
E de curiosidade: já se mapeou, no cromossomo X, aproximadamente
150 genes que podem estar associados às desordens cognitivas. Como os homens
têm apenas um cromossomo X, eles são mais vulneráveis a ter esses tipos de
problemas, tendo em vista que só apresentam uma cópia do gene. Se a cópia que possuem apresenta defeitos, não existe outra cópia em outro cromossomo X para compensar (pelo mesmo motivo, a incidência de hemofilia e daltonismo nos homens é bem mais alta que nas mulheres).
Aberrações cromossômicas:
Estruturais: alterações na estrutura de um ou mais cromossomos.
Exemplo: síndrome do miado do gato (cri-du-chat), consiste em deleção
(perda de parte) do cromossomo 5 e tem como sintoma principal o fato de que os recém-nascidos
acometidos choram em um tom alto que se assemelha ao miado de um gato.
Numéricas: alteração do número de cromossomos. Os tipos de alterações
numéricas são:
Poliploidias: alterações no grau de ploidia do organismo. Por
exemplo, haver o surgimento de um organismo 3n em uma espécie 2n. Uma das
causas possíveis é de haver mais de um gameta masculino fertilizando um
feminino (um evento raro). Geralmente, em animais, esse tipo de organismo morre
antes de completar o seu desenvolvimento embrionário. Acredita-se que
aproximadamente 5 % dos abortos espontâneos em nossa espécie aconteçam devido a
isso. Porém, no que diz respeito às plantas, a poliploidia não costuma gerar
problemas, ao contrário, pode promover a especiação e o aumento da produção.
Aneuploidias: alterações no número de um ou mais cromossomos. Por
exemplo, humanos gerados com 47 ou 45 cromossomos ao invés dos 46, que é o
número diploide da espécie. As aneuploidias podem ser causadas pela não
disjunção, que é um erro na separação dos cromossomos homólogos ou das
cromátides irmãs durante os processos de divisão celular (mitose e meiose), de
forma que, por conta desse erro, há a geração de células filhas com cromossomos
a mais ou a menos. Se a não disjunção ocorrer durante a meiose, que é o
processo de divisão celular responsável pela geração dos gametas, alguns deles
poderão apresentar aneuploidias e gerar indivíduos portadores de síndromes
cromossômicas, caso sejam fertilizados.
Note que quando o erro de não-disjunção ocorre na meiose 1, todos
os gametas apresentarão algum tipo de problema.
Exemplos de aneuploidias (na verdade, as aneuploidias são as
causas mais comuns e frequentes para as síndromes a seguir):
Síndrome de Down: trissomia do
cromossomo 21. Indivíduos que possuem três ao invés de dois cromossomos 21.
Dentre os sintomas podemos citar: deficiência cognitiva, problemas cardíacos, uma
única prega nas palmas das mãos, fissuras palpebrais oblíquas (olhos puxados) e
etc. Os indivíduos podem ser do sexo feminino ou masculino, visto que é uma
trissomia autossômica. Atualmente se prefere utilizar o termo deficiência cognitiva
ao invés de retardo mental.
É comum ler nos livros didáticos que a deficiência cognitiva é um
dos sintomas de várias dessas aneuploidias, porém, na verdade, para certos
casos, como é o da síndrome de Turner que veremos a seguir, a coisa não é bem
assim. Ocorre que, hoje em dia, o QI médio é de aproximadamente 100 e se
considera que a pessoa tenha deficiência caso tenha um QI inferior a 70. Os indivíduos
com síndrome de Down possuem QI por volta de 50 – 60. Porém, pessoas com QI de
50 a 70, podem viver independentemente, caso recebam a devida assistência. Não
são gênios, mas conseguem trabalhar e conviver em sociedade, pois não são
pessoas com deficiências intelectuais extremas. Mas, por marcarem 70 ou menos
em testes de QI, podem ser classificadas em certos textos como sendo
deficientes.
Síndrome de Turner: é uma
monossomia. Ao invés de possuírem um par de cromossomos sexuais, os indivíduos
possuem apenas um cromossomo X, são ditos X0. Como não possuem cromossomo Y,
são mulheres. Dentre os sintomas podemos citar: baixa estatura, infertilidade e
pescoço alado (possui pregas de pele ao lado do pescoço). O pescoço alado pode
ser reparado com cirurgia. Não se diz mais que as pessoas com síndrome de
Turner possuem retardo mental ou deficiência intelectual, porém, algumas
indivíduas podem ter dificuldades no âmbito da matemática.
Síndrome de Klinefelter: é uma trissomia.
São homens que possuem dois cromossomos X e um Y (XXY). Dentre os sintomas:
infertilidade, baixa produção de testosterona, cintura mais larga e etc. Podem
apresentar dificuldades no âmbito verbal, então, por conta disso, pode se dizer
que os indivíduos acometidos por essa síndrome podem ter deficiência
intelectual. Também é possível considerar que alguns indivíduos portadores
dessa síndrome são intersexuais (ou pseudo-hermafroditas, mais sobre isso logo
em seguida).
Há outros tipos de aneuploidias, como as síndromes de Patau
(trissomia do 13) e de Edwards (trissomia do 18), ambas com efeitos bem
danosos.
Adendo: e os hermafroditas?
Bem, em princípio, um organismo hermafrodita é aquele que possui
as gônadas masculinas e femininas funcionais, ou seja, pode produzir, mesmo que
em momentos diferentes, os gametas masculinos e femininos (algumas definições
são mais abrangentes). Na espécie humana, aparentemente isso não ocorre: as
gônadas podem ser malformadas, ou só uma ser funcional, ou se pode encontrar
uma massa de tecidos masculinos e femininos chamada ovotestis. Além disso, a
genitália é ambígua. Sendo assim, é preferível utilizar o termo pseudo-hermafrodita
ou intersexual.
Dentre as diversas causas possíveis a mais comum é a hiperplasia
congênita adrenal. É uma desordem hormonal na qual os embriões XX, que
normalmente se desenvolveriam em mulheres, têm as suas glândulas adrenais
produzindo grandes quantidades de hormônios masculinizantes durante o
desenvolvimento embrionário, como a testosterona. Pode ser detectada em exames
pré-natais e se for o caso, inicia-se o tratamento logo após o nascimento.
Outras causas podem ser, por exemplo, a incapacidade de as células
de um embrião Xy reconhecerem os hormônios andrógenos masculinizantes.
REFERÊNCIAS:
Campbell, Reece et al. Biologia. 8ª ed.
Artmed. 2010.
Catani et al. Ser Protagonista – Biologia.
Vol. 1. Edições SM. 2009.
Alberts et al. Molecular Biology of the Cell.
5th ed. Garland Science. 2008.
Amabis & Martho. Biologia das Células. 3ª ed. Moderna. 2010.
Nelson & Cox. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 6ª ed. Artmed. 2014.
Nelson & Cox. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 6ª ed. Artmed. 2014.
Na internet:
https://phys.org/news/2011-02-crustacean-genome-sequenced.html
https://blogs.scientificamerican.com/artful-amoeba/for-plants-polyploidy-is-not-a-four-letter-word/
https://en.wikipedia.org/wiki/Nondisjunction
Stevenson, R. E., & Schwartz, C. E. (2009). X-linked
intellectual disability: Unique vulnerability of the male genome. Developmental
Disabilities Research Reviews, 15(4), 361-368.
https://ghr.nlm.nih.gov/condition/klinefelter-syndrome
https://ghr.nlm.nih.gov/condition/turner-syndrome
http://en.wikipedia.org/wiki/Intersex (Nesse tem muitas informações sobre os intersexuais e inclusive
uma tabela resumindo as várias causas possíveis).
https://en.wikipedia.org/wiki/Pseudoautosomal_region
Nesse vídeo o Dr. Dráuzio Varella explica as ações dos genes na
formação dos sexos. Não concordo com tudo, mas a parte dos genes e suas ações é
muito boa: https://www.youtube.com/watch?v=KNRHPnu8uM4
