Cromossomos: descoberta, tipos, função, estrutura - Ciência - 2023

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o cromossomos São estruturas compostas por uma molécula de DNA contínua e proteínas associadas. Eles são perfeitamente encontrados no núcleo das células eucarióticas e contêm a maior parte de seu material genético. Essas estruturas são vistas mais claramente durante a divisão celular.

Os cromossomos eucarióticos foram identificados e estudados pela primeira vez no final do século XVIII. Hoje, a palavra "cromossomo" é um termo amplamente conhecido, mesmo para pessoas que estudaram apenas os aspectos mais elementares da biologia ou genética.

Nos cromossomos estão os genes, muitos dos quais codificam proteínas, enzimas e as informações necessárias para a vida de cada célula. No entanto, muitos cromossomos cumprem funções puramente estruturais, o que significa que eles permitem um arranjo específico de genes no interior do núcleo.

Geralmente, todas as células de um indivíduo têm o mesmo número de cromossomos. Em humanos, por exemplo, cada um dos trilhões de células que se estima formarem o corpo adulto tem 46 cromossomos, que são organizados em 23 pares diferentes.

Cada um dos 46 cromossomos em humanos e outros organismos vivos tem características únicas; apenas aqueles conhecidos como "pares homólogos" compartilham características entre si, mas não com pares diferentes; ou seja, todos os cromossomos 1 são semelhantes entre si, mas são diferentes de 2 e 3 e assim por diante.

Se todos os cromossomos de uma célula humana estivessem dispostos de forma linear, eles formariam uma cadeia de mais ou menos 2 metros de comprimento, portanto uma das principais funções dos cromossomos é compactar o material genético para que ele "se encaixe" no núcleo, permitindo o acesso da maquinaria de transcrição e replicação.

Apesar das enormes diferenças que existem entre os genomas bacterianos e os de organismos eucariotos, o material genético dos procariotos (bem como o de algumas organelas internas dos eucariotos) também é chamado de cromossomo e consiste em uma molécula circular .

Descoberta

Na época em que Mendel determinou os princípios da hereditariedade, ele não tinha ideia da existência de cromossomos. No entanto, ele concluiu que os elementos hereditários eram transmitidos em duplicata por meio de partículas especiais, uma noção bem à frente de seu tempo.

Dois cientistas do século 18, o botânico K. Nageli e o zoólogo E. Beneden, engajaram-se na observação e no estudo de células vegetais e animais durante eventos de divisão celular; Esses foram os primeiros a descrever estruturas em forma de “pequenos bastões” dentro do compartimento central conhecido como núcleo.

Os dois cientistas detalharam que, durante a divisão celular de uma célula "típica", formou-se um novo núcleo, dentro do qual apareceu um novo conjunto de "pequenos bastonetes", semelhante ao encontrado inicialmente na célula.

Esse processo de divisão foi posteriormente descrito com mais precisão pelo cientista alemão W. Flemming em 1879, que, usando tinturas durante a observação, conseguiu tingir os "pequenos bastões" para melhor visualizá-los.

T. H. Morgan demonstrou que os fenótipos são herdados da maneira sugerida por Mendel e que as unidades de herança residem nos cromossomos. Morgan forneceu a evidência física que consolidou a "Revolução Mendeliana".

Os termos cromossomo e cromatina

Flemming documentou o comportamento dos "bastonetes" durante a interfase e a citocinese (divisão celular). Em 1882, ele publicou uma investigação onde cunhou pela primeira vez o termo "cromatina" para a substância que foi corada dentro do núcleo quando a célula não estava em divisão.

Ele também observou que, durante a divisão celular, o número de "bastonetes" (cromossomos) no núcleo dobrou. Um de cada par de cromossomos duplicados estava alojado dentro de cada núcleo das células resultantes, de modo que o complemento cromossômico dessas células durante a mitose era idêntico.

W. Waldeyer, seguindo os trabalhos de Flemming, estabeleceu o termo "cromossomo" (do grego "corpo que está manchado") para descrever a mesma substância que foi organizada de maneira ordenada no momento da divisão celular.

Com o tempo, diversos pesquisadores se aprofundaram no estudo do material genético, com o qual o significado dos termos "cromossomo" e "cromatina" mudou um pouco. Hoje, um cromossomo é uma unidade discreta de material genético e a cromatina é a mistura de DNA e proteínas que o compõe.

Tipos de cromossomos e suas características

E.B. Wilson, na segunda edição do livro A célula (A célula) estabeleceram a primeira classificação dos cromossomos, que se baseia na localização do centrômero, característica que influencia a fixação dos cromossomos ao fuso mitótico durante a divisão celular.

Existem pelo menos três maneiras diferentes de classificar os cromossomos, uma vez que existem cromossomos diferentes entre as espécies e em indivíduos da mesma espécie existem cromossomos com estruturas e funções diferentes. As classificações mais comuns são:

De acordo com o celular

O material genético dentro das bactérias é visto como uma massa circular densa e ordenada, enquanto nos organismos eucarióticos é visto como uma massa densa que aparece "desorganizada" dentro do núcleo. Dependendo da célula, os cromossomos podem ser classificados em dois grandes grupos:

- O cromossomos procarióticos: Cada organismo procariótico possui um único cromossomo composto por uma molécula de DNA covalentemente fechada (circular), sem proteínas histonas e localizada em uma região da célula conhecida como nucleóide.

- O cromossomos eucarióticos: em um eucarioto, pode haver dois ou mais cromossomos para cada célula, estes estão localizados dentro do núcleo e são estruturas mais complexas do que o cromossomo bacteriano. O DNA que os compõe é altamente empacotado graças à sua associação com proteínas chamadas “histonas”.

De acordo com a localização do centrômero

O centrômero é uma porção dos cromossomos que contém uma combinação bastante complexa de proteínas e DNA e que tem uma função primária durante a divisão celular, pois é responsável por “garantir” que ocorra o processo de segregação cromossômica.

De acordo com a localização estrutural deste "complexo" (o centrômero), alguns cientistas classificaram os cromossomos em 4 categorias, a saber:

– Cromossomos metacêntricos: São aqueles cujo centrômero está no centro, ou seja, onde o centrômero separa a estrutura do cromossomo em duas porções de igual comprimento.

– Cromossomos submetacêntricos: cromossomos onde o centrômero está desviado do "centro", contribuindo para o aparecimento de uma "assimetria" de comprimento entre as duas porções que ele separa.

– Cromossomos acrocêntricos: nos cromossomos acrocêntricos, o "desvio" do centrômero é consideravelmente marcado, resultando em duas seções cromossômicas de tamanhos muito diferentes, uma muito longa e outra verdadeiramente curta.

– Cromossomos telocêntricos: Aqueles cromossomos cujo centrômero está localizado nas extremidades da estrutura (telômeros).

De acordo com a função

Organismos que têm reprodução sexual e que têm sexos separados têm dois tipos de cromossomos que são classificados, de acordo com sua função, em cromossomos sexuais e cromossomos autossômicos.

Cromossomos autossômico (ou autossomos) participam do controle da herança de todas as características de um ser vivo, exceto para a determinação do sexo. Os humanos, por exemplo, têm 22 pares de cromossomos autossômicos.

Cromossomos sexual, como o próprio nome indica, cumprem uma função elementar na determinação do sexo dos indivíduos, pois carregam as informações necessárias para o desenvolvimento de muitas das características sexuais femininas e masculinas que permitem a existência da reprodução sexuada.

Função

A principal função dos cromossomos, além de abrigar o material genético de uma célula, compactando-o para que seja armazenado, transportado e “lido” dentro do núcleo, é garantir a distribuição do material genético entre as células resultantes da divisão.

Por quê? Porque quando os cromossomos são separados durante a divisão celular, o mecanismo de replicação "copia" fielmente as informações contidas em cada fita de DNA, de modo que as novas células tenham as mesmas informações da célula que as originou.

Além disso, a associação do DNA com as proteínas que fazem parte da cromatina permite definir um “território” específico para cada cromossomo, o que é de grande importância do ponto de vista de expressão e identidade gênica. celular.

Os cromossomos estão longe de ser moléculas estáticas ou "inertes", na verdade é o contrário, as proteínas histonas, que são aquelas que colaboram com a compactação de cada molécula de DNA de um cromossomo, também participam do dinamismo que tem a ver com com a transcrição ou silenciamento de partes específicas do genoma.

Assim, a estrutura cromossômica não só atua na organização do DNA dentro do núcleo, mas também determina quais genes são "lidos" e quais não, influenciando diretamente nas características dos indivíduos que o carregam.

Estrutura (partes)

A estrutura de um cromossomo pode ser analisada de um ponto de vista “microscópico” (molecular) e de um ponto de vista “macroscópico” (citológico).

- Estrutura molecular de um cromossomo eucariótico

Um cromossomo eucariótico típico é composto de uma molécula de DNA de fita dupla linear que pode ter centenas de milhões de pares de bases de comprimento. Este DNA é altamente organizado em diferentes níveis, o que permite sua compactação.

Nucleossomos

O DNA de cada cromossomo é compactado inicialmente por seu "enrolamento" em torno de um octâmero de proteínas histonas (H2A, H2B, H3 e H4), formando o que é conhecido como um nucleossomo, que tem 11 nanômetros de diâmetro.

A associação entre proteínas histonas e DNA é possível graças a uma interação eletrostática, uma vez que o DNA é carregado negativamente e as histonas são proteínas básicas, ricas em resíduos de aminoácidos carregados positivamente.

Um nucleossomo se conecta a outro por meio de uma região de junção formada por parte da fita de DNA e por uma proteína histona, H1. A estrutura resultante dessa compactação é semelhante a um colar de contas e diminui o comprimento da fita de DNA em 7 vezes.

Fibra de 30 nm

O DNA é ainda mais compactado quando a cromatina (DNA + histonas) na forma de nucleossomos se enrola, formando uma fibra de aproximadamente 30 nm de diâmetro, que compacta a fita de DNA mais 7 vezes,

A matriz nuclear

A fibra de 30 nm está associada, por sua vez, às proteínas filamentosas da matriz nuclear (as lâminas), que revestem a superfície interna da membrana nuclear interna. Essa associação permite a compactação progressiva da fibra, uma vez que são formados “domínios em loop” que ficam ancorados na matriz, organizando os cromossomos em regiões definidas dentro do núcleo.

É importante notar que o nível de compactação dos cromossomos não é igual em toda a sua estrutura. Existem locais hiper compactados, que são conhecidos como heterocromatina e que geralmente são "silenciosos" geneticamente.

Os locais mais soltos ou relaxados da estrutura, aqueles aos quais a máquina de replicação ou transcrição pode acessar com relativa facilidade, são conhecidos como locais eucromáticos, sendo regiões transcricionalmente ativas do genoma.

- Estrutura “macroscópica” ou citológica de um cromossomo eucariótico

Quando a célula não está se dividindo, a cromatina é vista como "solta" e até "desordenada". No entanto, à medida que o ciclo celular progride, esse material se condensa ou se compacta e permite a visualização das estruturas cromossômicas descritas pelos citologistas.

O centrômero

Durante a metáfase da divisão celular, cada cromossomo é visto como sendo composto de um par de "cromátides" cilíndricas que estão ligadas entre si graças a uma estrutura conhecida como centrômero.

O centrômero é uma parte muito importante dos cromossomos, pois é o local ao qual o fuso mitótico se liga durante a divisão. Essa união permite que as cromátides que são anexadas através do centrômero sejam separadas, um processo após o qual são conhecidas como “cromossomos filhos”.

O centrômero consiste em um complexo de proteínas e DNA que tem a forma de um "nó" e sua localização ao longo da estrutura de uma cromátide influencia diretamente a morfologia de cada cromossomo durante a divisão nuclear.

Em uma região especializada do centrômero está o que os cientistas conhecem como cinetocoro, que é o local específico onde o fuso mitótico se junta para separar as cromátides irmãs durante a divisão celular.

Os braços

A posição do centrômero também determina a existência de dois braços: um curto ou pequeno (p) e um maior (q). Como a posição dos centrômeros está praticamente inalterada, os citologistas usam a nomenclatura "p" e "q" durante a descrição de cada cromossomo.

Telômeros

Essas são sequências especializadas de DNA que "protegem" as extremidades de cada cromossomo. Sua função protetora é evitar que cromossomos diferentes se unam por meio de suas extremidades.

Essas regiões dos cromossomos têm recebido grande atenção, pois os cientistas consideram que as sequências teloméricas (onde o DNA forma estruturas um pouco mais complexas do que uma dupla hélice) influenciam a atividade dos genes circundantes e, além disso, na determinação de a longevidade de uma célula.

Referências

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