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Conteúdo principal

Meiose

Como a meiose reduz o número de cromossomos pela metade: "crossing over", meiose I, meiose II e variação genética.

Introdução

Mitose é usada para quase todas as necessidades de divisão celular de seu corpo. Ela adiciona novas células durante o desenvolvimento e substitui células velhas e desgastadas ao longo de toda sua vida. O objetivo da mitose é produzir células filhas que são geneticamente idênticas às suas mães, com nenhum cromossomo a mais ou a menos.
A meiose, por outro lado, é utilizada apenas para um propósito no corpo humano: a produção de gametas - as células sexuais, ou espermatozoides e óvulos. Seu objetivo é fazer células filhas com exatamente metade dos cromossomos da célula inicial.
Para explicar de outra forma, a meiose em humanos é o processo de divisão que nos leva de uma célula diploide - com dois conjuntos de cromossomos - a células haploides - com apenas um conjunto de cromossomos. Em humanos, as células haploides feitas a partir da meiose são os espermatozoides e os óvulos. Quando um espermatozoide e um óvulo se unem na fertilização, os dois conjuntos haploides de cromossomos formam um conjunto diploide completo: um novo genoma.

Fases da meiose

Em muitos aspectos, a meiose é muito semelhante à mitose. A célula passa por etapas similares e usa estratégias semelhantes para organizar e separar os cromossomos. Na meiose, contudo, a célula tem uma tarefa mais complexa. Ainda precisa separar as cromátides-irmãs (as duas metades de um cromossomo duplicado), como na mitose. Mas também deve separar os cromossomos homólogos, os pares de cromossomos similares mas não idênticos que um organismo recebe de seus dois genitores.
Estes objetivos são alcançados na meiose através de um processo de divisão em duas etapas. Pares homólogos separam-se durante a primeira parte da divisão celular, chamada de meiose I. As cromátides-irmãs separam-se durante a segunda parte, chamada de meiose II.
Uma vez que a divisão celular ocorre duas vezes durante a meiose, uma célula pode produzir quatro gametas (óvulos ou espermatozoides). Em cada parte da divisão, as células passam por quatro estágios: prófase, metáfase, anáfase e telófase.

Meiose I

Antes de entrar na meiose I, a célula precisa primeiro passar pela interfase. Como na mitose, a célula cresce durante a fase G1, copia todos os seus cromossomos na fase S e se prepara para a divisão durante a fase G2.
Durante a prófase I, diferenças com a mitose começam a aparecer. Como na mitose, os cromossomos começam a se condensar, mas na meiose I, eles também pareiam. Cada cromossomo cuidadosamente se alinha com o seu par homólogo, de forma que os dois se combinem ao longo de suas porções correspondentes por todo seu comprimento.
Por exemplo, na imagem abaixo, as letras A, B e C representam genes encontrados em pontos particulares no cromossomo, com letras maiúsculas e minúsculas representando diferentes formas, ou alelos, de cada gene. O DNA é quebrado no mesmo ponto em cada homólogo - aqui, entre os genes B e C - e reconecta-se em um padrão cruzado, de forma que os homólogos troquem parte de seu DNA um com o outro.
Imagem do crossing-over. Dois cromossomos homólogos carregam diferentes versões de três genes. Um possui as versões A, B e C, enquanto o outro possui as versões a, b e c. Em um evento de crossover, no qual duas cromátides (uma de cada homólogo) trocam fragmentos, os genes C e c são trocados. Agora, cada homólogo possui duas cromátides diferentes:
Uma tem A, B e C em uma cromátide e A, B e c na outra cromátide.
O outro homólogo tem a, b, c em uma cromátide e a, b, C na outra cromátide.
Crédito da imagem: com base em "O processo da meiose: Figura 1", por OpenStax College, Biology, CC BY 3.0
Este processo, no qual os cromossomos homólogos trocam partes, é chamado de crossing-over. Ele é facilitado por uma estrutura proteica, chamada de complexo sinaptonêmico, que mantém os homólogos juntos. Os cromossomos estariam na verdade posicionados um sobre o outro - como na imagem abaixo - durante o crossing-over; eles somente são mostrados lado a lado na imagem acima para facilitar a visualização da troca de material genético.
Imagem de dois cromossomos homólogos, colocados um em cima do outro, e ligados pelo complexo sinaptonêmico.
Crédito da imagem: com base em "O processo de meiose: Figura 1", por OpenStax College, Biology, CC BY 3.0
Você pode ver sob microscópio os cromossomos em crossing-over como quiasmas, estruturas em forma de cruz onde os homólogos estão unidos. Os quiasmas mantem os homólogos conectados um ao outro após o rompimento do complexo sinaptonêmico, por isto cada par de homólogos precisa de pelo menos um. É comum acontecerem vários crossovers (até 25) para cada par de homólogos 1.
Os pontos onde acontecem crossovers são mais ou menos aleatórios, levando à formação de cromossomos novos e "remisturados" com combinações únicas de alelos.
Após o crossing-over, o fuso começa a capturar os cromossomos e movê-los em direção ao centro da célula (placa metafásica). Isto pode parecer familiar em relação à mitose, mas há uma mudança. Cada cromossomo se prende a microtúbulos de apenas um dos pólos do fuso, e os dois homólogos de um par ligam-se a microtúbulos de pólos opostos. Assim, durante a metáfase I, os pares de homólogos - não cromossomos individuais - se alinham na placa metafásica para a separação.
As fases da meiose I.
Prófase I: a célula inicial é diploide (2n = 4). Os cromossomos homólogos formam pares e trocam fragmentos no processo de crossing over.
Metáfase I: os pares homólogos se alinham na placa metafásica.
Anáfase I: os homólogos se separam e vão para extremidades opostas da célula. As cromátides-irmãs permanecem juntas.
Telófase I: as células recém-formadas são haploides, n=2. Cada cromossomo ainda tem duas cromátides-irmãs, mas as cromátides de cada cromossomo não são mais idênticas entre si.
Quando os pares de homólogos se alinham na placa metafásica, a orientação de cada par é ao acaso. Por exemplo, no diagrama acima, a versão rosa do cromossomo grande e a versão roxa do cromossomo pequeno estão posicionadas em direção ao mesmo pólo e vão para a mesma célula. Mas a orientação poderia ter sido igualmente invertida, de forma que ambos os cromossomos roxos fossem juntos para a mesma célula. Isto possibilita a formação de gametas com diferentes conjuntos de homólogos.
Na anáfase I, os homólogos são separados e levados para pólos opostos da célula. Contudo, as cromátides-irmãs de cada cromossomo permanecem unidas uma a outra e não se separam.
Finalmente, na telófase I, os cromossomos chegam aos pólos opostos da célula. Em alguns organismos, a membrana nuclear se reorganiza e os cromossomos se descondensam, mas em outros, esta etapa é pulada — já que as células rapidamente vão entrar em outro ciclo de divisão, a meiose II2,3. A citocinese geralmente ocorre ao mesmo tempo que a telófase I, formando duas células-filhas haploides.

Meiose II

AS células passam da meiose I para a meiose II sem copiar o seu DNA. A meiose II é um processo mais curto e mais simples do que a meiose I, e pode ser que você ache mais útil pensar na meiose II como a "mitose das células haploides".
As células que entram na meiose II são aquelas formadas na meiose I. Estas células são haploides — têm apenas um cromossomo de cada par homólogo — mas seus cromossomos ainda consistem de duas cromátides-irmãs. Na meioses II, as cromátides-irmãs se separam, formando células haploides com cromossomos não duplicados.
Fases da meiose II
Prófase II: as células iniciais são as células haploides produzidas na meiose I. Os cromossomos se condensam.
Metáfase II: os cromossomos se alinham na placa metafásica.
Anáfase II: cromátides-irmãs se separam para extremidades opostas da célula.
Telófase II: os gametas recém formados são haploides, e cada cromossomo agora tem apenas uma cromátide.
Durante a prófase II , os cromossomos condensam-se e o envelope nuclear é rompido, se necessário. Os centrossomos se separam, o fuso é formado entre eles, e os microtúbulos do fuso começam a capturar os cromossomos.
As duas cromátides-irmãs de cada cromossomo são capturadas pelos microtúbulos dos pólos opostos do fuso. Na metáfase II, os cromossomos se alinham individualmente ao longo da placa metafásica. Na anáfase II, as cromátides-irmãs se separam e são levadas para pólos opostos da célula.
Na telófase II, as membranas nucleares formam-se novamente em torno de cada conjunto de cromossomos, e estes se descondensam. A citocinese separa os conjuntos de cromossomos em novas células, formando os produtos finais da meiose: quatro células haploides nas quais cada cromossomo tem apenas uma cromátide. Em humanos, os produtos da meiose são os espermatozoides ou os óvulos.

Como a meiose "mistura e combina" genes

Os gametas produzidos na meiose são todos haploides, mas eles não são geneticamente idênticos. Por exemplo, observe o diagrama da meiose II acima, que mostra os produtos da meiose de uma célula com 2n=4 cromossomos. Cada gameta tem uma "amostra" exclusiva do material genético presente na célula inicial.
Ao que parece, há muitos outros tipos potenciais de gametas do que somente os quatro mostrados no diagrama, mesmo para uma célula com apenas quatro cromossomos. As duas razões principais para que possamos ter vários gametas geneticamente diferentes são:
  • Crossing-over. Os pontos nos quais os homólogos se cruzam e trocam material genético são escolhidos mais ou menos ao acaso, e eles serão diferentes em cada célula que passa por meiose. Se a meiose ocorrer muitas vezes, como em humanos, os crossovers vão acontecer em muitos pontos diferentes.
  • Orientação aleatória dos pares homólogos. A orientação aleatória dos pares de homólogos na metáfase I permite que a produção de gametas tenha muitas variedades diferentes de cromossomos homólogos.
Em uma célula humana, a orientação aleatória de pares homólogos, por si só, possibilita a formação de mais de 8 milhões de tipos diferentes de gametas7.
Ao agregarmos nisso o crossing-over, o número de gametas geneticamente diferentes que você—ou qualquer outra pessoa—pode produzir é efetivamente infinito.
Confira o vídeo sobre variação em uma espécie para aprender como a diversidade genética gerada por meiose (e fertilização) é importante na evolução e ajuda as populações a sobreviver.

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