O que é meiose?

Todas as células surgem de outras células por meio do processo de divisão celular. Meiose é uma forma especializada de divisão celular que produz células reprodutivas, como esporos de plantas e fungos e espermatozoides e óvulos.

Em geral, este processo envolve a divisão de uma célula "mãe" em duas ou mais células "filhas". Desta forma, a célula-mãe pode passar adiante seu material genético de geração em geração.

Células eucarióticas e seus cromossomos

Com base na complexidade relativa de suas células, todos os organismos vivos são amplamente classificados como procariontes ou eucariotos. Os procariotos, como as bactérias, consistem em uma única célula com uma estrutura interna simples. Seu DNA flutua livremente dentro da célula em uma massa retorcida semelhante a um fio chamada de nucleóide.

Animais, plantas e fungos são todos eucariotos. As células eucarióticas têm componentes especializados chamados organelas, como mitocôndrias, cloroplastos e o retículo endoplasmático. Cada um deles desempenha uma função específica. Ao contrário dos procariotos, o DNA eucariótico é empacotado em um compartimento central chamado núcleo.

Dentro do núcleo eucariótico, longas fitas de dupla hélice de DNA são enroladas firmemente em torno de proteínas chamadas histonas. Isso forma uma estrutura em forma de bastonete chamada cromossomo.

As células do corpo humano têm 23 pares de cromossomos, ou 46 no total. Isso inclui dois cromossomos sexuais: dois cromossomos X para mulheres e um cromossomo X e um Y para homens. Como cada cromossomo tem um par, essas células são chamadas de células "diplóides".

Por outro lado, espermatozoides e óvulos humanos têm apenas 23 cromossomos, ou metade dos cromossomos de uma célula diplóide. Assim, eles são chamados de células "haplóides".

Quando o espermatozóide e o óvulo se combinam durante a fertilização, o número total de cromossomos é restaurado. Isso ocorre porque os organismos que se reproduzem sexualmente recebem um conjunto de cromossomos de cada pai: um conjunto materno e paterno. Cada cromossomo tem um par correspondente, orhomolog.

Mitose vs. meiose

Os eucariotos são capazes de dois tipos de divisão celular: mitose e meiose

A mitose permite que as células produzam cópias idênticas de si mesmas, o que significa que o material genético é duplicado das células-mãe para as células-filhas. A mitose produz duas células-filhas de uma célula-mãe.

Os eucariotos unicelulares, como a ameba e a levedura, usam a mitose para se reproduzir assexuadamente e aumentar sua população. Os eucariotos multicelulares, como os humanos, usam a mitose para crescer ou curar tecidos feridos.

A meiose, por outro lado, é uma forma especializada de divisão celular que ocorre em organismos que se reproduzem sexualmente. Como mencionado acima, ele produz células reprodutivas, como espermatozoides, óvulos e esporos em plantas e fungos.

Em humanos, células especiais chamadas células germinativas sofrem meiose e, por fim, dão origem a espermatozoides ou óvulos. As células germinativas contêm um conjunto completo de 46 cromossomos (23 cromossomos maternos e 23 cromossomos paternos). Ao final da meiose, as células reprodutivas resultantes, ou gametas, cada uma tem 23 cromossomos geneticamente únicos.

O processo geral da meiose produz quatro células-filhas de uma única célula-mãe. Cada célula filha é haplóide, porque tem metade do número de cromossomos da célula-mãe original.

"Meiose é reducionista", disse M. Andrew Hoyt, biólogo e professor da Universidade Johns Hopkins.

Ao contrário da mitose, as células-filhas produzidas durante a meiose são geneticamente diversas. Cromossomos homólogos trocam pedaços de DNA para criar cromossomos híbridos geneticamente únicos destinados a cada célula filha.

Um olhar mais atento sobre a meiose

Antes do início da meiose, algumas mudanças importantes ocorrem nas células-mãe. Primeiro, cada cromossomo cria uma cópia de si mesmo. Esses cromossomos duplicados são conhecidos como cromátides irmãs. Eles são fundidos e o ponto onde eles são unidos é conhecido como centrômero. As cromátides irmãs fundidas lembram aproximadamente a forma da letra "X".

A meiose ocorre ao longo de duas rodadas de divisões nucleares, chamadas meiose I e meiose II, de acordo com Scitable da Nature Education. Além disso, a meiose I e II são divididos cada um em quatro estágios principais: prófase, metáfase, anáfase e telófase.

A meiose I é responsável por criar cromossomos geneticamente únicos. As cromátides irmãs emparelham-se com seus homólogos e trocam material genético entre si. No final desta divisão, uma célula-mãe produz duas células-filhas, cada uma carregando um conjunto de cromátides irmãs.

Meiose II se assemelha muito à mitose. As duas células filhas passam para esta fase sem qualquer duplicação cromossômica adicional. As cromátides irmãs são separadas durante essa divisão. Um total de quatro células-filhas haplóides são produzidas durante o curso da meiose II.

Meiose I

Os quatro estágios da meiose são os seguintes, de acordo com "Molecular Biology of the Cell". (Garland Science, 2002):

Prófase I: Nesta fase, os cromossomos tornam-se estruturas compactas e densas e são facilmente visíveis ao microscópio. Os cromossomos homólogos formam pares. Os dois conjuntos de cromátides irmãs lembram dois X's alinhados um ao lado do outro. Cada conjunto troca pedaços de DNA com o outro e se recombina, criando assim uma variação genética. Este processo é conhecido como crossing over ou recombinação.

Mesmo que em humanos os cromossomos sexuais masculinos (X e Y) não sejam homólogos exatos, eles ainda podem emparelhar e trocar DNA. O cruzamento ocorre apenas em uma pequena região dos dois cromossomos.

No final da prófase I, a membrana nuclear se quebra.

Metafase I: O fuso meiótico, uma rede de filamentos de proteínas, emerge de duas estruturas chamadas centríolos, posicionadas em cada extremidade da célula. O fuso meiótico se agarra às cromátides irmãs fundidas. No final da metáfase I, todas as cromátides irmãs fundidas são amarradas em seus centrômeros e alinhadas no meio da célula. Os homólogos ainda parecem dois X sentados próximos um do outro.

Anáfase I: As fibras do fuso começam a se contrair, puxando as cromátides irmãs fundidas com elas. Cada complexo em forma de X se afasta do outro, em direção às extremidades opostas da célula.

Telófase I: As cromátides irmãs fundidas alcançam qualquer extremidade da célula e o corpo celular se divide em dois.

A meiose I resulta em duas células-filhas, cada uma contendo um conjunto de cromátides irmãs fundidas. A composição genética de cada célula filha é distinta por causa da troca de DNA entre homólogos durante o processo de crossing-over.

Meiose II

"Meiose II parece mitose", disse Hoyt. "É uma divisão equacional."

Em outras palavras, ao final do processo, o número de cromossomos permanece inalterado entre as células que entram na meiose II e as células filhas resultantes.

Os quatro estágios da meiose II são os seguintes, de acordo com “Biologia Molecular da Célula, 4ª edição.”

Prófase II: A membrana nuclear se desintegra e os fusos meióticos começam a se formar novamente.

Metáfase II: Os fusos meióticos se prendem ao centrômero das cromátides irmãs, e todos eles se alinham no centro da célula.

Anáfase II: As fibras do fuso começam a se contrair e separar as cromátides irmãs. Cada cromossomo individual agora começa a se mover para qualquer extremidade da célula.

Telófase II: Os cromossomos alcançam extremidades opostas da célula. A membrana nuclear se forma novamente, e o corpo celular se divide em dois

A meiose II resulta em quatro células-filhas haplóides, cada uma com o mesmo número de cromossomos. No entanto, cada cromossomo é único e contém uma mistura de informações genéticas dos cromossomos maternos e paternos na célula-mãe original.

Por que a meiose é importante?

Adequado “segregação cromossômica,” ou a separação das cromátides irmãs durante a meiose I e II é essencial para gerar espermatozoides e óvulos saudáveis ​​e, por extensão, embriões saudáveis. Se os cromossomos falham em segregar completamente, é chamado de não disjunção e pode resultar na formação de gametas que têm cromossomos ausentes ou extras, de acordo com "Biologia Molecular da Célula, 4ª edição."

Quando gametas com números de cromossomos anormais fertilizam, a maioria dos embriões resultantes não sobrevive. No entanto, nem todas as anomalias cromossômicas são fatais para o embrião. Por exemplo, a síndrome de Down ocorre como resultado de ter uma cópia extra do cromossomo 21. E, as pessoas com síndrome de Klinefelter são geneticamente masculinas, mas têm um cromossomo X extra.

O impacto mais significativo da meiose é que ela gera diversidade genética, o que é uma grande vantagem para a sobrevivência das espécies.

"Misturar as informações genéticas permite que você encontre novas combinações que talvez sejam mais adequadas ao mundo real", disse Hoyt..