Cromossomos

Quando uma célula se divide, um dos seus principais trabalhos é ter certeza de que cada uma das duas novas células receberá uma cópia completa, perfeita do material genético. Erros durante a cópia ou divisão desigual do material genético entre as células, pode resultar em células que não são saudáveis ou são disfuncionais (e pode levar a doenças tais como o câncer).

Mas o que exatamente é esse material genético e como ele se comporta ao longo de uma divisão celular?

DNA (ácido desoxirribonucleico) é o material genético dos organismos vivos. Em humanos, o DNA é encontrado em quase todas as células do corpo e fornece as instruções que estas precisam para crescer, funcionar e responder ao meio.

Quando uma célula no corpo se divide, vai passar adiante uma cópia do seu DNA para cada uma de suas células-filhas. DNA também é passado adiante nos organismos, com o DNA no espermatozoide e no óvulo se combinando para formar um novo organismo que tem material genético de ambos os pais.

Fisicamente falando, o DNA é uma longa sequência de unidades químicas pareadas (nucleotídeos) de quatro tipos diferentes, abreviados A, T, C, e G, e que transporta as informações organizadas em unidades chamadas genes. Os genes tipicamente fornecem instruções para produzir proteínas, as quais dão às células e aos organismos, suas características funcionais.

Nos eucariontes como plantas e animais, a maior parte do DNA é encontrado no núcleo e é chamado de DNA nuclear. As mitocôndrias, organelas que produzem energia para a célula, contêm seu próprio DNA mitocondrial, e os cloroplastos, organelas que realizam a fotossíntese nas células vegetais, também possuem DNA cloroplastidial. As quantidades de DNA encontradas em mitocôndrias e cloroplastos são bem menores que a quantidade encontrada no núcleo. Em bactérias e outros procariontes, a maior parte do DNA é encontrada em uma região central da célula chamada nucleoide, que funciona como um núcleo mas não é envolta por uma membrana.

O conjunto de DNA de uma célula é chamado de genoma. Já que todas as células de um organismo (com poucas exceções) contêm o mesmo DNA, pode-se dizer que cada organismo tem seu próprio genoma, e já que os membros de uma espécie normalmente possuem genomas semelhantes, pode-se também descrever o genoma de uma espécie. Em geral, quando as pessoas se referem ao genoma humano, ou a qualquer outro genoma eucariótico, elas se referem ao conjunto de DNA encontrado no núcleo (ou seja, o genoma nuclear). Considera-se que as mitocôndrias e os cloroplastos possuam seus próprios genomas separados.

Na célula, o DNA não existe normalmente por conta própria, mas se associa a proteínas especializadas que o organizam e lhe conferem estrutura. Nos eucariontes, essas proteínas incluem as histonas, um grupo de proteínas básicas (de carga positiva) que formam "bobinas" ao redor das quais o DNA, de carga negativa, pode se enrolar. Além de organizar o DNA e de torná-lo mais compacto, as histonas possuem um papel importante na determinação de quais genes são ativos. O complexo de DNA mais histonas e outras proteínas estruturais é chamado de cromatina.

Na maior parte da vida da célula, a cromatina está descondensada, ou seja, ela existe em fitas longas e finas que parecem rabiscos ao microscópio. Neste estado, o DNA pode ser acessado com relativa facilidade pelo maquinário da célula (como as proteínas que leem e copiam o DNA), e isso é importante para que a célula cresça e funcione.

Descondensada pode parecer um termo estranho para esse estado – por que não chamá-lo de "filamentoso"? – mas faz mais sentido quando se descobre que a cromatina também pode se condensar. A condensação ocorre quando a célula está próxima de se dividir. Quando a cromatina se condensa, pode-se ver claramente que o DNA eucariótico não é apenas um filamento longo. Na verdade, ele é partido em pedaços lineares e avulsos chamados cromossomos. Bactérias também têm cromossomos, mas eles são tipicamente circulares.

Cada espécie tem seu próprio número característico de cromossomos. Humanos, por exemplo, têm 46 cromossomos em uma célula típica do corpo (células somáticas), enquanto os cães têm 78${}^1$‍. Tanto quanto muitas espécies de animais e plantas, os seres humanos são diploides (2n), isto é, a maior parte de seus cromossomos vem em conjuntos combinados conhecidos como pares homólogos. Assim, os 46 cromossomos de uma célula humana são organizados em 23 pares, e os dois membros de cada par são considerados homólogos entre si (com a leve exceção dos cromossomos X e Y; ver abaixo).

O esperma e os óvulos humanos, que possuem apenas um cromossomo homólogo de cada par, são considerados haploides (1n). Quando o esperma e o óvulo se fundem, seus materiais genéticos se combinam para formar um conjunto diploide completo de cromossomos. Assim, em cada par homólogo de cromossomos de seu genoma, um dos homólogos vem de sua mãe e o outro, de seu pai.

Os dois cromossomos de um par de homólogos são muito semelhantes entre si e têm o mesmo tamanho e forma. O mais importante, eles carregam o mesmo tipo de informação genética: isto é, têm os mesmos genes nos mesmos locais. No entanto, não necessariamente têm as mesmas versões de genes. Isso porque você pode ter herdado duas versões diferentes do gene de sua mãe e seu pai.

Como um exemplo real, vamos considerar um gene no cromossomo 9, o qual determina o tipo sanguíneo (A, B, AB ou O)${}^2$‍. É possível que uma pessoa tenha duas cópias idênticas de um gene, uma em cada cromossomo homólogo — por exemplo, você pode ter uma dose dupla da versão do gene para o tipo A. Por outro lado, você pode ter duas versões diferentes do gene em seus dois cromossomos homólogos, tais como um para tipo A e outro para o tipo B (resultando em sangue AB).

Os cromossomos sexuais X e Y determinam o sexo biológico de uma pessoa: XX especifica fêmea e XY macho. Esses cromossomos não são verdadeiramente homólogos e são uma exceção à regra dos mesmos genes nos mesmos lugares. Além de pequenas regiões de similaridade necessárias durante a meiose, ou produção de células sexuais, os cromossomos X e Y são diferentes e carregam genes diferentes. Os 44 cromossomos não sexuais nos seres humanos são chamados autossomos.

Quando uma célula se prepara para dividir, deve fazer uma cópia de cada um dos seus cromossomos. As duas cópias de um cromossomo são chamadas cromátides-irmãs. As cromátides-irmãs são idênticas entre si e estão ligadas uma a outra por proteínas chamadas coesinas. A ligação a entre as cromátides-irmãs é mais firme no centrômero, uma região do DNA que é importante para a separação das cromátides durante estágios posteriores da divisão celular.

Enquanto as cromátides-irmãs estão ligadas pelo centrômero, elas ainda são consideradas como sendo um único cromossomo. No entanto, tão logo elas se separam durante a divisão celular, cada uma é considerada um cromossomo avulso.

Por que as células colocam seus cromossomos nesses processos de replicação, condensação e separação? A resposta curta é: para certificarem-se que, durante a divisão celular, cada nova célula receberá exatamente uma cópia de cada cromossomo.

Para uma resposta mais satisfatória, confira os artigos e vídeos sobre o ciclo celular e mitose. Lá, você pode ver como o comportamento dos cromossomos ajuda as células a passar um conjunto perfeito de DNA para cada célula-filha durante a divisão.