Os cromossomos são estruturas altamente organizadas encontradas nas células de organismos vivos. Eles desempenham um papel fundamental na hereditariedade e no controle das características e funções celulares. Os cromossomos são compostos por moléculas de ácido desoxirribonucleico (DNA), que carregam as informações genéticas de um organismo. O DNA é formado por uma dupla hélice, que consiste em duas fitas entrelaçadas compostas por nucleotídeos. Cada nucleotídeo é composto por uma base nitrogenada (adenina, timina, citosina ou guanina), um açúcar (desoxirribose) e um grupo fosfato. Os cromossomos são formados quando o DNA se enrola ao redor de proteínas chamadas histonas. Essa combinação de DNA e histonas é chamada de cromatina. Durante certos estágios do ciclo celular, a cromatina se condensa e se organiza em estruturas visíveis e distintas chamadas cromossomos. Os cromossomos são encontrados no núcleo das células eucarióticas. Em organismos multicelulares, cada célula normalmente contém um conjunto completo de cromossomos, com exceção das células sexuais (gametas), que têm metade do número usual de cromossomos.
Quais são as principais diferenças entre cromossomos autossômicos e cromossomos sexuais?
Como os cromossomos são organizados durante a divisão celular e qual é a importância desse processo?
Qual é a relação entre os cromossomos e a hereditariedade?
Além do DNA, quais outras moléculas estão associadas aos cromossomos?
O que acontece quando há uma alteração na estrutura ou no número de cromossomos? Dê exemplos de doenças causadas por essas alterações.
O que é o envelope nuclear e qual é o seu papel no núcleo celular?
O núcleo é uma estrutura característica dos eucariontes, onde está localizado o material genético responsável pelo controle das atividades celulares e pelas características hereditárias dos organismos.
O núcleo é composto pelo envelope nuclear ou carioteca, que envolve a cromatina (material genético), os nucléolos e o nucleoplasma.
Nos eucariontes, o material genético é formado pela associação de moléculas de DNA com proteínas, resultando em filamentos separados do citoplasma por um invólucro. O termo "cromatina" vem do fato de que esses filamentos adquirem cor visível ao microscópio óptico quando corados com corantes básicos, como o azul de metileno, ou por outras técnicas.
O envelope nuclear possui uma membrana dupla com poros de aproximadamente 9 µm de diâmetro, que permitem a troca de materiais entre o núcleo e o citoplasma.
A cromatina está imersa em um líquido chamado nucleoplasma ou cariolinfa, composto por água, sais minerais, proteínas e outros materiais que participam da síntese de ácidos nucleicos.
Dentro do nucleoplasma, também estão presentes um ou mais nucléolos, estruturas onde o RNA ribossômico (RNAr) é sintetizado de acordo com as instruções do DNA, que também está presente nesses nucléolos. Esse RNA se une a proteínas provenientes do citoplasma, formando as subunidades precursoras dos ribossomos, que são posteriormente exportadas para o citoplasma. As substâncias necessárias para essa síntese são transportadas do citoplasma para o núcleo através dos poros nucleares. Portanto, há uma constante troca de materiais, como nucleotídeos, RNA, proteínas, etc., entre o núcleo e o citoplasma.
Quando corada com um corante básico, a cromatina aparece no microscópio óptico como uma mancha irregular. Na realidade, ela é composta por um emaranhado de filamentos que, com as técnicas usuais, parecem muito fragmentados no microscópio eletrônico, criando uma impressão de fina granulação. As regiões mais densas, chamadas de heterocromatina, correspondem a partes dos filamentos dobrados de forma compacta. Essas regiões contrastam com outras em que os filamentos aparecem mais esticados e menos condensados, adquirindo uma coloração mais fraca e sendo chamadas de eucromatina.
A eucromatina corresponde a uma região do DNA em que os genes estão ativos, orientando a síntese de RNA e proteínas. Por isso, ela está desenrolada, permitindo que o material genético tenha uma grande superfície de contato com as enzimas e com o material necessário para a síntese de proteínas. As regiões de heterocromatina correspondem a genes inativos ou desligados, uma vez que o DNA não possui uma boa superfície de contato com as substâncias dissolvidas no nucleoplasma, que são necessárias para controlar a síntese de proteínas. No entanto, em certos momentos, essas regiões podem se desenrolar, fazendo com que seus genes se tornem ativos, e o oposto ocorre com as regiões de eucromatina.
Na maioria das espécies, incluindo os humanos, existe um par de cromossomos responsáveis pela diferença entre os sexos: os cromossomos sexuais, também conhecidos como heterocromossomos ou alossomos. Em geral, nas fêmeas, esses cromossomos são idênticos, enquanto nos machos, um dos cromossomos é idêntico ao das fêmeas e o outro é diferente.
O cromossomo que ocorre em duplicata na fêmea é chamado de cromossomo X, enquanto o exclusivo do macho é o cromossomo Y. Assim, uma fêmea é XX e produz óvulos contendo um dos cromossomos X, enquanto um macho é XY e produz espermatozoides X e espermatozoides Y. Os demais cromossomos do organismo são chamados de autossomos.
Nas mulheres e em outras fêmeas de mamíferos, há uma grande massa heterocromática com 1µm de diâmetro, conhecida como cromatina sexual ou corpúsculo de Barr, descoberta em 1948 pelo médico canadense Murray Barr (1908-1995). A explicação para isso é que a mulher possui dois cromossomos X, mas apenas um permanece condensado, formando a cromatina sexual. Os homens possuem apenas um cromossomo X, que permanece "desenrolado". Por isso, os homens não têm cromatina sexual, exceto em algumas anomalias cromossômicas.
O cromossomo X condensado forma uma projeção característica em alguns glóbulos brancos, chamada de "baqueta".
Em 1961, a geneticista britânica Mary Lyon (1925-) elaborou a hipótese de que a maioria dos genes presentes no cromossomo condensado não está ativa na célula, ou seja, a cromatina sexual seria um cromossomo X com a maioria dos genes "desligados" ou inativos (hipótese de Lyon).
Quando observamos células eucarióticas em processo de divisão, encontramos corpúsculos compactos em forma de bastonete, conhecidos como cromossomos. Cada cromossomo é formado por uma longa molécula de DNA dobrada várias vezes sobre si mesma. Em certas regiões, essa molécula se enrola em torno de proteínas chamadas histonas. Um conjunto de oito unidades de histonas com o DNA em volta é chamado de nucleossomo. Esse enrolamento permite que todo o DNA de uma célula complexa caiba no núcleo; se fosse completamente esticado, o DNA de uma célula humana teria cerca de 2 metros de comprimento.
Antes de uma célula se dividir, cada cromossomo duplica-se e cada filamento duplicado é chamado de cromátide. As cromátides de um mesmo cromossomo são chamadas de cromátides-irmãs. Durante a divisão celular, as cromátides-irmãs se separam e cada uma vai para uma célula-filha. No final da divisão, o cromossomo volta a ser simples, ou seja, é formado apenas por um fio de cromatina enrolado.
O cromossomo apresenta um estrangulamento chamado centrômero ou constrição primária. De acordo com a posição do centrômero, os cromossomos podem ser classificados em:
Metacêntrico (meta = além de) – centrômero no meio;
Submetacêntrico (sub = abaixo) – centrômero um pouco afastado do meio;
Acrocêntrico (akron = ponta) – centrômero bem próximo a um dos polos;
Telocêntrico (telos = distante) – centrômero exatamente em um dos polos; embora não ocorra na espécie humana, pode estar presente em outras espécies animais.
No centrômero, há DNA e o cinetócoro, um disco ao qual os filamentos do fuso acromático se prendem durante a divisão celular.
A extremidade do cromossomo é chamada telômero e está relacionada ao tempo de vida de uma célula. Os telômeros protegem o cromossomo contra danos e permitem que a duplicação do DNA ocorra corretamente. A cada divisão celular, os telômeros se tornam ligeiramente mais curtos e, caso sejam perdidos completamente, a célula perde a capacidade de divisão e pode morrer. Por isso, supõe-se que a diminuição dos telômeros possa estar relacionada com o número máximo de divisões que uma célula pode sofrer e sua longevidade.
O conjunto de cromossomos forma um padrão que se repete não apenas em todas as células do mesmo indivíduo, mas também nas células de todos os indivíduos da mesma espécie. Entre espécies diferentes, esse padrão é distinto. Isso ocorre porque cada espécie possui sua própria coleção de cromossomos, que pode ser identificada pelo número, forma e tamanho característicos, e é denominada cariótipo.
No estudo do cariótipo humano, os cromossomos são organizados de acordo com a posição do centrômero e numerados por ordem de tamanho, de 1 (o maior) a 22 (o menor). Esses cromossomos são chamados de autossomos, como já mencionado. Os cromossomos sexuais (X e Y) não são numerados, sendo separados dos demais.
Observa-se que, na espécie humana, existem 44 autossomos e dois cromossomos sexuais, XX na mulher e XY no homem. Essa informação pode ser expressa da seguinte forma:
Mulher: 46, XX
Homem: 46, XY Existem formas alternativas de representar essas informações, como "22AA + XX", "22AA + XY", "2AXX" e "2AXY", em que A indica um conjunto haploide de autossomos.
Outra característica importante é que os cromossomos ocorrem em pares, em que um cromossomo apresenta a mesma forma e tamanho que o outro, exceto os sexuais masculinos (X e Y). Cada par de um determinado tipo forma um par de homólogos.
Por que os cromossomos ocorrem em pares? A maioria dos organismos se desenvolve a partir de uma célula-ovo, formada pela fusão de um espermatozoide com um óvulo (ovócito II, na maioria dos mamíferos), que, na espécie humana, possuem cada um 23 cromossomos. Portanto, a célula-ovo contém 46 cromossomos; em cada par de homólogos, um foi herdado da mãe e o outro do pai.
Através das divisões celulares, a célula-ovo origina a maioria das células que formam o corpo dos seres vivos, chamadas células somáticas (soma = corpo). Em cada célula somática, há 23 pares de cromossomos homólogos. Os gametas possuem apenas um cromossomo de cada tipo, não havendo pares de homólogos.
Se denotarmos por n o número de tipos diferentes de cromossomos em uma célula, podemos afirmar que as células somáticas são diploides, ou seja, possuem 2n cromossomos, enquanto as células reprodutoras são haploides, contendo apenas n cromossomos.
A informação genética total em uma célula ou organismo é denominada genoma. Nos organismos diploides, o genoma corresponde aos genes presentes em um conjunto haploide de autossomos e nos cromossomos sexuais.
Clonar um ser vivo envolve obter uma ou mais cópias dele, resultando em clones. A clonagem pode ocorrer naturalmente ou de forma artificial, realizada pelos seres humanos.
Clones naturais são comuns em seres unicelulares. Bactérias que se reproduzem assexuadamente a partir de uma única bactéria original são geneticamente idênticas entre si, ou seja, são clones (desconsiderando mutações). A clonagem natural também ocorre em muitas plantas, como a grama ou o morangueiro, cujos ramos próximos ao solo formam raízes e geram novas plantas.
Os seres humanos produzem clones ao cortar e cultivar partes de plantas, resultando em mudas que são geneticamente idênticas às plantas originais. Algumas plantas, como a bananeira, só se reproduzem dessa forma. O termo "clone" deriva do grego "klón", que significa "broto, estaca" (referindo-se aos pedaços de ramos cortados e plantados no solo). No entanto, nos últimos tempos, os clones de animais, principalmente mamíferos, têm despertado atenção.
Em 1996, nasceu Dolly, a ovelha que se tornou o clone mais famoso. Dolly foi o primeiro mamífero clonado a partir de uma célula adulta. Anteriormente, já haviam sido produzidos clones de sapos e mamíferos a partir de células embrionárias. No entanto, a maioria das células de um indivíduo adulto, ao contrário das células embrionárias, é especializada e não se divide. Pesquisadores escoceses conseguiram unir uma célula da glândula mamária de uma ovelha da raça Finn Dorsett (de "cara branca") com um óvulo (um ovócito II) de uma ovelha da raça Scottish blackface (de "cara preta"), do qual o núcleo foi removido. A célula resultante foi tratada para "desprogramar" o núcleo especializado, permitindo que entrasse em divisão, e foi implantada no útero de outra ovelha da raça "cara preta". Dessa forma, nasceu Dolly, uma ovelha de "cara branca", clone da ovelha que forneceu a célula da glândula mamária. Posteriormente, Dolly teve um filhote chamado Bonnie, através do cruzamento com um macho de sua espécie.
Essa técnica é conhecida como clonagem por transferência nuclear, pois envolve a transferência do núcleo de uma célula (no caso de Dolly, uma célula da glândula mamária) para outra célula (um ovócito II) do qual o núcleo foi removido. Esse processo também é chamado de "clonagem reprodutiva", pois resulta na criação de um clone de um indivíduo já existente.
Além da clonagem por transferência nuclear, existem outras técnicas de clonagem utilizadas para reproduzir seres vivos. Vou explicar duas delas: clonagem por separação de embriões e clonagem por transferência de células embrionárias.
A clonagem por separação de embriões é uma técnica que envolve a divisão de um embrião em estágio inicial em dois ou mais embriões separados. Esse método é comumente utilizado em animais como bovinos, ovinos e suínos. O embrião inicialmente fertilizado é retirado do animal doador e dividido em várias partes. Cada uma dessas partes se desenvolve separadamente, resultando em múltiplos embriões geneticamente idênticos. Esses embriões são então transferidos para mães substitutas, onde continuam seu desenvolvimento e nascem como clones do animal doador original. Essa técnica permite a produção de vários clones a partir de um único embrião, aumentando a eficiência da clonagem.
Outra técnica de clonagem é a clonagem por transferência de células embrionárias. Nesse método, células embrionárias totipotentes são retiradas de um embrião em estágio inicial e transferidas para um óvulo não fertilizado, do qual o núcleo foi removido. Essa célula embrionária transferida contém todo o material genético necessário para o desenvolvimento completo de um organismo. Após a transferência, o óvulo reprograma a célula embrionária e inicia o desenvolvimento normal do embrião. Posteriormente, esse embrião é implantado em uma mãe substituta, onde continua a se desenvolver e eventualmente nasce como um clone do organismo doador das células embrionárias. Essa técnica foi usada para clonar as primeiras ovelhas, como a famosa ovelha Dolly.
Ambas as técnicas de clonagem, seja por separação de embriões ou transferência de células embrionárias, visam criar clones geneticamente idênticos de um organismo original. Esses métodos têm sido utilizados em pesquisa científica e também em aplicações práticas, como a reprodução de animais com características desejáveis para a produção de alimentos ou para preservação de espécies em risco de extinção. No entanto, é importante ressaltar que a clonagem de seres humanos permanece uma questão ética e moralmente complexa, sendo proibida em muitos países.
Com a clonagem, é possível gerar um rebanho inteiro a partir de um único animal que possua alguma característica de interesse econômico, como um boi com carne de melhor qualidade. Da mesma forma, é viável criar animais para pesquisas científicas, como aqueles com problemas genéticos a serem estudados. No Brasil, a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) já produziu diversos clones bovinos.
Além disso, a clonagem pode ser utilizada para produzir animais resistentes a doenças, como a febre aftosa e a encefalopatia espongiforme bovina (também conhecida como mal da vaca louca). Outra aplicação relevante seria a clonagem de animais em risco de extinção, permitindo que o desenvolvimento ocorra no útero de outra espécie. A possibilidade de clonar animais recém-extintos também existe, desde que seja possível obter material genético em boas condições. No entanto, é importante mencionar que, mesmo que a clonagem seja bem-sucedida, pode ser difícil salvar a espécie devido à falta de diversidade genética, o que comprometeria a sobrevivência do grupo, como veremos adiante.
Outra aplicação da clonagem é a produção de cópias de animais transgênicos, ou seja, animais que foram geneticamente modificados para carregar genes de outros organismos. Esses animais podem ser utilizados para produzir proteínas importantes para os seres humanos. Além disso, há a perspectiva de realizar transplantes de órgãos de animais geneticamente modificados (conhecidos como xenotransplantes), de modo que esses órgãos sejam compatíveis com os humanos, reduzindo assim a escassez de doadores de órgãos.
Primeiramente, é necessário fazer a distinção entre clonagem reprodutiva, que envolve a criação de cópias genéticas de um ser, e clonagem terapêutica, que se refere ao desenvolvimento de órgãos para transplante e tratamento de doenças.
Na clonagem terapêutica, são utilizadas células-tronco, que são células não especializadas capazes de se dividir e originar outros tecidos. Essas células podem ser obtidas de embriões com poucos dias de desenvolvimento e cerca de cem células, geralmente descartados por clínicas de fertilização. Além disso, também podem ser encontradas em alguns tecidos do organismo adulto, como a medula óssea, embora não apresentem o mesmo potencial para originar tecidos como as células-tronco embrionárias.
Nesse tipo de clonagem, que ainda está em fase de pesquisa, não são criados novos indivíduos. O objetivo é produzir tecidos e órgãos para transplante. A formação de órgãos a partir dessas células poderia resolver o problema da falta de doadores. No entanto, as células-tronco utilizadas precisam ser imunologicamente compatíveis com o paciente para evitar a rejeição. Isso pode ser alcançado selecionando-se entre várias linhagens de células-tronco aquelas que sejam compatíveis ou transferindo o núcleo de uma célula adulta do paciente para um óvulo no qual o núcleo tenha sido removido. Em seguida, as células-tronco seriam retiradas do embrião com cerca de cinco dias.
Também estão sendo realizados estudos para o tratamento de doenças como diabetes, câncer, mal de Parkinson, doença de Alzheimer, entre outras. O objetivo é transplantar as células-tronco para que elas possam se reproduzir e regenerar as áreas afetadas.
Vale ressaltar que nem todos os países aceitam a clonagem de embriões humanos para fins terapêuticos, e a maioria condena a clonagem com propósitos reprodutivos. Mesmo no campo terapêutico, existem questões éticas envolvidas. Enquanto algumas pessoas consideram os embriões utilizados apenas como um aglomerado de células, outras acreditam que eles devem ser tratados como seres humanos, com direitos semelhantes aos de todos nós. Para essas pessoas, mesmo que as células-tronco embrionárias sejam utilizadas para salvar vidas, outras vidas estariam sendo sacrificadas para isso.
Em meio a todas essas discussões, é crucial lembrar que as aplicações das descobertas científicas precisam ser debatidas por toda a sociedade. Para isso, é fundamental que todos estejam bem informados sobre essas aplicações, a fim de poderem tomar decisões conscientes sobre seu uso.