Cromosoma

Cromosoma

cromosoma - Wikilingue - Encydia

Vista geral das células em um ápice de raiz de cebolla (Allium cepa), observado com 800 aumentos. (a) Célula sem dividir-se, observe-se a rede de cromatina e o nucléolo intensamente teñido; (b) núcleos preparados para a divisão celular, pode observar-se que a cromatina se tem condensado; (c) Células em diferentes estádios de divisão mitótica, podem-se observar que a cromatina se terminou de condensar e se formaram os cromosomas.

Em biologia, denomina-se cromosoma (do grego χρώμα, -τος chroma, cor e σώμα, -τος soma, corpo ou elemento) à cada um dos pequenos corpos em forma de bastoncillos em que se organiza a cromatina do núcleo celular durante as divisões celulares (mitosis e meiosis). A cromatina é um material microscópico que leva a informação genética dos organismos eucariotas e está constituída por DNA associado a proteínas especiais telefonemas histonas. Este material encontra-se no núcleo das células eucariotas e visualiza-se como uma maraña de fios delgados. Quando o núcleo celular começa o processo de divisão (cariocinesis), essa maraña de fios inicia um fenómeno de condensación progressivo que finaliza na formação de entidades discretas e independentes: os cromosomas. Portanto, cromatina e cromosoma são dois aspectos morfológicamente diferentes de uma mesma entidade celular.^[1]

Diagrama de um cromosoma eucariótico duplicado e condensado (em metafase mitótica). (1) Cromátida, a cada uma das partes idênticas de um cromosoma depois da duplicación do DNA. (2) Centrómero, o lugar do cromosoma no qual ambas cromátidas se tocam. (3) Braço curto. (4) Braço longo.

Quando se examinam com detalhe durante a mitosis, se observa que os cromosomas apresentam uma forma e um tamanho característicos. A cada cromosoma tem uma região condensada, ou constreñida, telefonema centrómero, que confere a aparência geral da cada cromosoma e que permite classificar segundo a posição do centrómero ao longo do cromosoma. Outra observação que se pode realizar é que o número de cromosomas dos indivíduos da mesma espécie é constante. Esta quantidade de cromosomas denomina-se número diploide e simboliza-se como 2n. Quando se examina a longitude de tais cromosomas e a situação do centrómero surge o segundo rasgo geral: para a cada cromosoma com uma longitude e uma posição do centrómero determinada existe outro cromosoma com rasgos idênticos, ou seja, quase todos os cromosomas se encontram formando casais. Os membros da cada par denominam-se cromosomas homólogos.

Mapa citogenético ou cariograma de uma menina dantes de nascer, resultado de uma amniocentesis.

Na figura da direita apresentam-se todos os cromosomas mitóticos de uma menina, ordenados por casais de homólogos e por sua longitude, o que se denomina cariotipo. Pode observar-se que nesse cariotipo há 46 cromosomas (ou seja, 2n=46) que é o número cromosómico da espécie humana. Pode-se advertir, também, que a cada cromosoma tem uma estrutura dupla, com duas cromátidas irmãs que jazem paralelas entre si e unidas por um único centrómero. Durante a mitosis as cromátidas irmãs, que são idênticas, se separam uma de outra para duas novas células. Os casais de cromosomas homólogos que se observam na imagem têm, ademais, uma semelhança genética fundamental: apresentam os mesmos genes situados nos mesmos lugares ao longo do cromosoma (tais lugares denominam-se locus ou loci em plural). Isto indica que a cada membro do par de homólogos leva informação genética para as mesmas características do organismo. Em organismos com reprodução sexual, um dos membros do par de cromosomas homólogos prove da mãe (através do óvulo) e o outro do pai (através do espermatozoide). Por isso, e como consequência da herança biparental, a cada organismo diploide tem duas cópias da cada um dos genes, a cada uma localizada em um dos cromosomas homólogos.^[1] Uma excepção importante no conceito de casais de cromosomas homólogos é que em muitas espécies os membros de um casal, os cromosomas que determinam o sexo ou cromosomas sexuais, não têm usualmente o mesmo tamanho, igual situação do centrómero, a mesma proporção entre os braços ou, inclusive, os mesmos loci. Na imagem pode observar-se, por exemplo, que o cromosoma E (que determina o sexo masculino em humanos) é de menor tamanho e carece da maioria dos loci que se encontram no cromosoma X.^{[1] [2]}

História e definições

Desde um ponto de vista etimológico, a palavra cromosoma procede do grego e significa corpo que se tiñe"; enquanto a palavra cromatina significa substância que se tiñe". Os cromosomas foram observados em células de plantas pelo botánico suíço Karl Wilhelm von Nägeli em 1842 e, independentemente, pelo científico belga Edouard Vão Beneden em lombrices do género Ascaris.^{[3] [4]} O uso de drogas basofílicas (p.ex. as anilinas) como técnica citológica para observar o material nuclear foi fundamental para as descobertas posteriores. Assim, o citólogo alemão Walther Flemming em 1882 definiu inicialmente a cromatina como "a substância que constitui os núcleos interfásicos e que mostra determinadas propriedades de tinción".^[5] Por tanto, as definições iniciais de cromosoma e cromatina são puramente citológicas. A definição biológica só se atingiu a princípios do século XX, com o redescubrimiento das Leis de Mendel: tanto a cromatina como o cromosoma constituem o material genético organizado. Para isso, foram fundamentais os trabalhos do holandês Hugo de Vries (1848-1935), do alemão Carl Correns (1894-1933) e do austríaco Erich von Tschermak-Seysenegg (1871-1962), cujos grupos de investigação redescubrieron independentemente as leis de Mendel e associaram os factores genéticos ou genes aos cromosomas. Um breve resumem dos acontecimentos associados à história do conceito de cromosoma se provee a seguir.^[6]

O primeiro pesquisador que isolou DNA foi o suíço Friedrich Miescher, entre 1868 e 1869, quando realizava seus estudos postdoctorales no laboratório de Ernst Felix Hoppe-Seyler (um dos fundadores da bioquímica, a fisiología e a biologia molecular) em Tübingen . Miescher estava a analisar a composição química do pus dos vendajes usados do hospital, para o qual isolou núcleos e comprovou que estavam formados por uma única substância química muito homogénea, não proteica, à que denominou nucleína. No entanto, foi Richard Altmann em 1889 quem acuñó o termo ácido nucleico, quando se demonstrou que a nucleína tinha propriedades ácidas. Em 1881, E. Zacharias demonstrou que os cromosomas estavam quimicamente formados por nucleína , estabelecendo a primeira associação entre os dados citológicos e bioquímicos.

As primeiras observações da divisão celular (a mitosis, durante a qual a célula mãe reparte suas cromosomas entre as duas células filhas), se realizaram entre 1879 e 1882 por Walther Flemming e Robert Feulgen, de forma independente, graças ao desenvolvimento de novas técnicas de tinción. A associação entre herança e os cromosomas realiza-se pouco depois (1889) por August Weismann, de maneira teórica, quase intuitiva. Mas os primeiros dados experimentales que permitiram a Walter Sutton^[7] e Theodor Boveri^[8] propor que os "factores" de Mendel eram unidades físicas que se localizam nos cromosomas (o que se denomina com frequência a teoria cromosómica de Sutton e Boveri) datam de 1902. Estas ideias permaneceram controvertidas até que Thomas Hunt Morgan realizou os experimentos que hoje se consideram clássicos sobre os rasgos genéticos unidos ao sexo, publicados em 1910, o que lhe valeu o Prêmio Nobel em 1933.^[9]

A demonstração de que os genes estão nos cromosomas se realizou por Calvin Bridges e Nettie Stevens em 1912 e foi Alfred Henry Sturtevant quem provou que os genes se acham dispostos linealmente ao longo do cromosoma, elaborando o primeiro mapa genético de um organismo, Drosophila melanogaster. As bases fundamentais da herança ficaram definitivamente estabelecidas em 1915, quando apareceu o livro "O mecanismo da herança mendeliana" escrito por Thomas H. Morgan, Alfred Strurtevant, Hermann Muller e Calvin Bridges.^[10] Em 1919 Phoebus Levene identificou que um nucleótido está formado por uma base, um açúcar e um fosfato,^[11] iniciando assim a análise molecular do DNA, que levaria ao entendimento dos mecanismos moleculares da herança (se veja também História do DNA).

No caso dos organismos eucariontes o cromosoma está formado por três tipos diferentes de moléculas: o DNA, as histonas e as proteínas não histónicas. De facto, os cromosomas eucarióticos são moléculas muito longas de DNA de dupla hélice que interactúan com proteínas (histonas e não histonas) e se podem achar em estados relaxados ou pouco compactados, como nos núcleos das células em interfase , até em estados altamente compactados, como sucede na metafase mitótica.

Cronología de descobertas

Karl Wilhelm von Nägeli, botánico suíço descubridor dos cromosomas.

• 1841, os cromosomas foram descobertos por Karl Wilhelm von Nägeli.
• 1869, Friedrich Miescher descobre o DNA.
• 1889, Wilhelm von Waldeyer deu-lhes o nome de cromosoma que significa corpo colorido em idioma grego.
• 1910, Thomas Hunt Morgan descreveu que são os portadores dos genes.
• 1943, Oswald Avery, C. McLeod e M. McCarty descobrem que o DNA é o material hereditario.
• 1953, James Dewey Watson e Francis Harry Compton Crick descobrem a estrutura do DNA.
• 1966, Severo Ochoa completa o código genético.
• 1972, D. Jackson, R. Symons, P. Berg: molécula artificial.
• 1973, J. Boyer, S. Cohen: clonagem de bactérias.
• 1977, Frederick Sanger: secuenciación do DNA.
• 1978, produção de proteína humana em bactérias.
• 1981, faz-se o primeiro diagnóstico prenatal.
• 1982, criam-se os primeiros organismos transgénicos.
• 1983, secuenciación dos primeiros genomas inteiros.
• 2001, secuenciación do genoma humano.

Estrutura e composição química da cromatina

Os principais componentes que se obtêm quando se isola a cromatina dos núcleos interfásicos são o DNA, as proteínas histónicas, as proteínas não histónicas e o ARN. A quantidade de proteínas não histónicas pode variar de uns tecidos a outros no mesmo indivíduo e dentro do mesmo tecido ao longo do desenvolvimento.

Cromatina.

As histonas

As histonas são proteínas básicas, ricas em residuos de lisina e arginina, que mostram uma elevada conservação evolutiva e que interaccionan com o DNA formando uma subunidad que se repete ao longo da cromatina denominada nucleosoma. Os principais tipos de histonas que se isolaram nos núcleos interfásicos em diferentes espécies eucariontes são: H1, H2A, H2B, H3 e H4. Além destas histonas, também existem outras que são específicas de tecido como a histona H5 muito rica em lisina (25 moles%) específica de eritrocitos nucleados de vertebrados não mamíferos, e as histonas do endosperma.^[12] Assim mesmo, a cromatina centromérica caracteriza-se pela presença de uma isoforma específica da histona H3, denominada CENP-A em vertebrados.

Uma das características mais destacables é seu elevado conservadurismo evolutivo, sobretudo das histonas H3 e H4. A histona H4 de guisante e de fraude de ternera diferenciam-se somente em dois aminoácidos. Este dado indica que as interacções entre o DNA e as histonas para formar a cromatina devem ser muito semelhantes em todos os organismos eucariontes.

Os genes que codifican as histonas se encontram agrupados em nichos (ou clusters) que se repetem dezenas ou centenas de vezes. A cada cluster ou grupo contém a seguinte ordem de genes que codifican histonas: H1-H2A-H3-H2B-H4. Estes genes são ricos em pares G-C, já que codifican proteínas com um elevado conteúdo em lisina e arginina, mas estão separados por sequências espaçadoras ricas em pares A-T.^{[13] [14] [12] [15] [16]}

O nucleosoma

Estrutura do nucleosoma.

A cromatina de núcleos em interfase, quando se observa mediante técnicas de microscopia electrónica, se pode descrever como um colar de contas ou um rosario, no que a cada conta é uma subunidad esférica ou globular que se denomina nucleosoma; os nucleosomas acham-se unidos entre si mediante fibras de DNA. Segue-se, então, que a unidade básica da estrutura da cromatina é o nucleosoma. Um nucleosoma típico está associado a 200 pares de bases (pb) de DNA e está formado por uma medula (core em inglês) e um ligador (ou linker). A medula está formada por um octámero constituído por dois subunidades das histonas H2A, H2B, H3 e H4. Em outras palavras, trata-se de um dímero: 2×(H2A, H2B, H3, H4). Os trabalhos de Aaron Klug e colaboradores^{[17] [18]} sobre a disposição das histonas na medula do nucleosoma valeram-lhe o Prêmio Nobel de Química em 1982. Ao redor da medula se enrolla o DNA (140 pb) dando quase duas voltas (uma volta e três quartos). O resto do DNA (60 pb) faz parte do ligador (linker), que interacciona com a histona H1. A quantidade de DNA associado com um nucleosoma varia de uma espécie a outra, de 154 pb a 241 pb; esta variação deve-se fundamentalmente à quantidade de DNA associada ao ligador (linker).^[13]

As fibras de DNA dúplex nu têm uma espessura de 20 Å. A associação do DNA com as histonas gera os nucleosomas, que mostram uns 100 Å de diâmetro. A sua vez, os nucleosomas podem-se enrollar helicoidalmente para formar um solenoide (uma espécie de berço) que constitui as fibras de cromatina dos núcleos intefásicos com um diâmetro aproximado de 300 Å. Os solenoides podem voltar-se a enrollar para dar lugar a supersolenoides com um diâmetro de 4.000 Å a 6.000 Å que constituiriam as fibras dos cromosomas metafásicos.^{[17] [19]}

Proteínas cromosómicas não histónicas: o armazón proteico

As proteínas cromosómicas não histónicas são proteínas diferentes das histonas que se extraem da cromatina dos núcleos com ClNa 0.35M (solução salina), têm um alto conteúdo em aminoácidos básicos (25% ou mais), alto conteúdo em aminoácidos ácidos (20-30%), uma elevada proporção de prolina (7%), baixo conteúdo em aminoácidos hidrofóbicos e uma alta mobilidade electroforética. As proteínas cromosómicas não histónicas que se extraem da cromatina dos núcleos variam muito dependendo da técnica de isolamento empregada. Um grupo destas proteínas cromosómicas não histónicas apresentam alta mobilidade electrofóretica e se denominam abreviadamente HMG (grupo de alta mobilidade).

As proteínas HMG

Estas proteínas agrupam-se em uma superfamilia por suas similitudes físicas e químicas, e porque todas elas actuam como elementos arquitectónicos que afectam múltiplos processos dependentes de DNA no contexto da cromatina. Todas as HMGs têm um terminal carboxilo rico em aminoácidos de tipo ácido, e se classificam em três famílias (HMGA, HMGB e HMGN), a cada uma com um motivo funcional único, que induze mudanças específicos em seus lugares de união e participa em funções celulares diferentes.^[20]

A família HMGA consta de quatro membros, e todos eles contêm um motivo funcional característico, denominado gancho AT" (AT hook). Através destas sequências, as HMGAs unem-se preferencialmente a sequências ricas em AT de DNA em forma-B e induzem mudanças de conformación que induzem a união de componentes adicionais. As proteínas HMGA têm uma bicha C-terminal ácida, que poderia ser importante para a interacção com outras proteínas. Tradicionalmente, este grupo denominava-se HMG-I/E.^[21]

A família HMGB consta de três variantes, a cada uma das quais contém dois motivos funcionais (as caixas HMG) e um extremo C-terminal muito ácido. As caixas HMG estão formadas por três α-hélices dobradas conjuntamente para formar uma estrutura em forma de L, que em parte se introduz na hendidura menor do DNA, o dobrando intensamente. Existem ligeiras diferenças entre as caixas HMG das diferentes HMGB, o que confere especificidad à cada uma delas. As bichas acídicas modulan a afinidad por uma variedade de estruturas de DNA distorsionado.^[20] Tradicionalmente estas proteínas denominavam-se proteínas HMG-1/-2.^[21]

A família de proteínas HMGN caracteriza-se por um domínio carregado positivamente, o domínio de união a nucleosomas , e por uma bicha C-terminal ácida, o domínio de despregado da cromatina. As proteínas HMGN unem-se especificamente aos nucleosomas e alteram tanto a estrutura local como a estrutura de nível superior da cromatina.^[20] Estas proteínas conhecem-se tradicionalmente como a subfamilia HMG-14/-17.^[21]

Detectaram-se mais de 20 proteínas HMG; as proteínas HMG-1/-2 (HMGB) e HMG-14/-17 (HMGA) identificaram-se em todas as espécies de mamíferos, aves e peixes estudadas até o momento. As proteínas HMG-1/-2 encontram-se só no núcleo, estão implicadas na replicação, se unem preferencialmente a DNA de hélice singela, desenrollan o DNA dúplex e se estima que existe uma molécula de HMG-1 ou HMG-2 pela cada 15 nucleosomas. As proteínas HMG-14/-17 encontram-se no núcleo e no citoplasma, estão relacionadas com a regulação da transcrição e estima-se que existe uma molécula de HMG14 ou HMG-17 pela cada 10 nucleosomas.

O armazón proteico dos cromosomas

Muitos estudos citogenéticos mostram que o DNA nos cromosomas está intensamente enrollado quando se observam ao microscopio. O primeiro nível de compactación linear do DNA é o obtido pelo plegamiento da fibra do DNA ao redor dos nucleosomas,^[22] responsável pelo primeiro nível de plegamiento linear (de 6 a 7 vezes). O seguinte nível de plegamiento corresponde à denominada "fibra de 30 nm", que é o que se observa em núcleos em interfase. Ainda que tem tido muita controvérsia para descrever esta estrutura,^[23] a fibra de 30 nm considera-se normalmente como o enrollamiento helicoidal das fibras de nucleosomas, que gera a compactación de outras 6-7 vezes. Em mitosis, a fibra de 30 nm deve compactarse outras 200-500 vezes até atingir o diâmetro observado ao microscopio para as fibras cromosómicas durante a divisão celular (700 nm).^[24] Por tanto, tiveram-se que produzir novos superenrollamientos. No entanto, a explicação destes plegamientos de ordem superior tem gerado grande controvérsia.^[23]

Laemmli e colaboradores em 1977 conseguiram isolar cromosomas metafásicos desprovistos de histonas mediante um tratamento com sulfato de dextrano e heparina.^[25] Estes cromosomas metafásicos desprovistos de histonas apresentam uma medula central densamente teñida que tem sido denominada “scaffold” (armazón). Este armazón proteico (“scaffold”) é resistente à acção da ADNasa, ARNasa e também a soluções de ClNa 2M. No entanto, desaparece por tratamentos com urea 4M e dodecil sulfato sódico ou por tratamento com enzimas proteolíticas. Por tanto, trata-se de um armazón proteico.

A observação a microscopía electrónica põe de manifesto que deste armazón proteico (“scaffold”) saem e chegam laços ou fibras que podem se fazer desaparecer mediante tratamento com ADNasa. Por tanto, estes laços ou domínios que arrancam do armazón proteico são laços de DNA. Um dos principais componentes do armazón proteico é a enzima topoisomerasa II α (topoIIα),^{[26] [27]} uma enzima que produz cortes no DNA dúplex a nível de ambas hélices. A topoisomerasa II (girasa) intervém durante a replicação do DNA criando ou relaxando os superenrollamientos. Em mamíferos encontram-se dois isoformas desta enzima (α e ß), com propriedades similares in vitro. No entanto, ainda que topoIIα e β comportam-se in vivo de forma similar em interfase, em mitosis têm um comportamento diferente: só topoIIα está associado maioritariamente aos cromosomas.^[28] O aparecimento da topoisomerasa II α só no armazón proteico sugere que se encontra na base dos laços ou domínios de DNA, indicando que esta organização em domínios poderia estar relacionada com a replicação e transcrição. Outras enzimas, como a topoisomerasa I que produz cortes no DNA dúplex a nível de uma sozinha hélice e a HMG-17, se encontram só nos laços ou domínios e não no armazón proteico. A evidência existente até o momento sugere que as fibras de solenoides (30 nm) formariam os laços ou domínios que emanan do armazón proteico e que este armazón estaria a sua vez enrollado formando um torque.^[25]

Além da enzima topoisomerasa II α, o outro componente fundamental proposto do armazón proteico é a condensina 13S.^[29] A tinción dupla com anticuerpos contra topoIIα e condensina gera um armazón com aspecto de um "pólo de barbero" (um cilindro com bandas torques vermelhos e brancas que simboliza a antiga dupla profissão dos barberos como cirujanos), na qual alternam contas" enriquecidas em topoIIα e em condensina. Esta estrutura parece estar gerada por duas correntes yuxtapuestas. Parece ser que a montagem deste armazón proteico tem lugar em duas fases, já que a condensina só se associa na transição de profase a metafase durante a mitosis. No entanto, o papel estrutural da topoIIα na organização dos cromosomas ainda se discute, já que outros grupos argumentam que esta enzima se troca rapidamente tanto nos braços cromosómicos como nos cinetocoros durante a mitosis.^{[30] [28]}

Os domínios de DNA parecem estar unidos ao armazón proteico por umas regiões específicas denominadas abreviadamente SARs (scaffold associated regions, também denominadas MARS, matrix attachment regions) que se detectam quando os cromosomas metafásicos desprovistos de histonas se tratam com endonucleasas de restrição.^[31] Após este tratamento ficam regiões de DNA unidas ao armazón que a sua vez resistem a digestión com exonucleasas graças a que estão protegidas por uma proteína. Quando se digiere esta proteína, as regiões de DNA protegidas contêm sequências de vários centos de pares de bases que são muito ricas em AT e que apresentam lugares de união para topoisomerasa II e histona H1. Estas regiões de união específicas dos domínios ao armazón proteico são as regiões SARs. Sugeriu-se que estas regiões jogam um papel global durante a condensación dos cromosomas mitóticos e são necessárias para a manutenção da estrutura dos cromosomas.^[32] As regiões SARs também poderiam estar implicadas na expressão genética, ao facilitar tanto a transição como a expansão de uma estrutura aberta da cromatina.

Modelos alternativos da estrutura cromosómica

É a cada vez mais evidente que inclusive com os métodos de fixação mais utilizados^[28] se podem produzir mudanças significativos na localização das proteínas cromosómicas, e estas dificuldades técnicas têm estado presentes na maior parte das preparações cromosómicas utilizadas para realizar os estudos estruturais. Por isso, parece necessário utilizar mostras vivas sempre que seja possível, bem como aproximações alternativas que permitam uma análise complementar.^[33]

A aproximação biofísica

Um modo alternativo para a análise estrutural dos cromosomas é o biofísico. As medidas precisas da rigidez e a elasticidade dos cromosomas podem guiar a construção dos modelos estruturais. Estudos realizados em diferentes laboratórios indicam que os cromosomas apresentam uma elasticidade remarcable: tanto dentro das células como em tampones fisiológicos, os cromosomas podem esticar até várias vezes sua longitude normal e voltar de novo a sua longitude original.^[34] No entanto, os dados obtidos por diferentes laboratórios são muito variáveis, provavelmente devido à variedade de tampones utilizado pelos diferentes grupos. Um estudo de Poirier e Marko em 2002 mostrou que a elasticidade dos cromosomas é muito sensível a nucleasa.^[35] Estes dados sugerem que a integridade mecânica dos cromosomas mitóticos se mantém por enlaces entre as fibras cromosómicas, não pela existência de um armazón proteico. A natureza destes enlaces não está clara, mas este estudo estima sua frequência em 10-20 kb no mínimo.

Os componentes bioquímicos dos cromosomas

Um método convencional e muito potente para entender uma estrutura biológica consiste em estabelecer uma lista que inclua todos seus componentes. Os estudos iniciais da estrutura cromosómica enfrentaram-se a muitos problemas técnicos para conseguir isolar bioquímicamente os cromosomas mitóticos das células, ainda que métodos sofisticados permitiram o isolamento dos cromosomas completos e a identificação do armazón proteico.^[36]

Um método alternativo consiste na utilização de extractos livres de células procedentes de ovos de anfibios . Este sistema permite a reconstitución in vitro de cromosomas mitóticos a partir de sustratos simples (por exemplo, cromatina de esperma ) em condições fisiológicas, de maneira que os componentes proteicos das estruturas que se montam podem se isolar por centrifugación em um só passo e se caracterizar de forma sistémica.^[37] Além das histonas centrais e uma histona de ligamiento, a fracção assim isolada contém topoIIα (CAP-B nesse estudo), um complexo de cinco subunidades denominado condensina (CAP-C, -E, -D2, -G e -H),^{[37] [38]} cromokinesina (CAP-D/Klp1^[39] ) e a ATPasa remodeladora de cromatina ISWI^[39] (CAP-F). Uma das conclusões mais importantes destes estudos é que as ATPasas são componentes importantes dos cromosomas. A energia de hidrólisis do ATP é utilizada em muitos casos para induzir mudanças locais ou globais nos cromosomas, enquanto em outros casos serve para suportar o movimento dos cromosomas ancorados aos microtúbulos.

Uma observação surpreendente foi a identificação da proteína titina como um dos componentes dos cromosomas em embriões de Drosophila .^[40] A titina é uma proteína filamentosa gigante (3 MDa) que funciona como um componente integral do filamento grosso no sarcómero das células musculares. Propôs-se que, em analogia com sua função muscular, a isoforma da titina que se encontra nos cromosomas pode funcionar por um lado como uma "regra molecular" que determina a longitude cromosómica, e por outro como um "berço molecular" que proporciona elasticidade aos cromosomas.^[41]

O ARN

O ARN parece jogar algum papel no plegamiento do cromosoma eucariótico. Ao menos em humanos e em Drosophila encontraram-se evidências deste papel estrutural do ARN.^[42] No entanto, há que ter em conta que o armazón proteico descrito por Laemmli e colaboradores (1977) não se vê afectado pelo tratamento com ARNasa. Poderia ser que as próprias proteínas do armazón protegessem ao ARN da acção da ARNasa. Em qualquer caso, é conveniente recordar que o DNA do cromosoma bacteriano também está organizado em domínios e que o ARN poderia jogar algum papel na manutenção de dita estrutura. Em organismos com características intermediárias entre as de procariontes e eucariontes como os dinoflagelados, também existem dados que apoiam o papel estrutural do ARN na organização cromosómica.

Tipos de cromatina

A cromatina (a substância que compõe os núcleos das células e que resulta da interacção do DNA com as proteínas histónicas, não histónicas e ARN) pode apresentar diferentes graus de empaquetamiento ou contracção. Quando os cromosomas se tiñen com substâncias químicas que se unem ao DNA aparecem regiões densamente teñidas e regiões menos densamente teñidas. A cromatina maioritária, a que constitui a maior parte do núcleo recebe o nome de eucromatina e a minoritária o de heterocromatina . Enquanto a eucromatina representa a fracção que contém a maior parte dos genes activos, a heterocromatina intervém em vários processos nucleares, como a função centromérica, o silenciamiento de genes e a organização nuclear.

A heterocromatina pode aparecer mais densamente teñida que a eucromatina (heteropicnosis positiva) ou menos densamente teñida que a eucromatina (heteropicnosis negativa). A aplicação de determinados tratamentos experimentales em combinação com diferentes tipos de tinción dos cromosomas, pode produzir o aparecimento de zonas heterocromáticas nos cromosomas de muitas espécies. Estas zonas heterocromáticas apresentam uma distribuição característica ou padrão de bandas típico da cada cromosoma, que permite identificar cromosomas diferentes. Estas técnicas recebem o nome de técnicas de bandeo cromosómico" e são enormemente úteis na identificação individual dos cromosomas e na construção de cariotipos.

Diferenças entre eucromatina e heterocromatina

• Diferenças genéticas: os experimentos de construção de mapas demonstram que a maior parte dos genes activos se localizam na eucromatina. Nos núcleos interfásicos, a eucromatina se tiñe menos densamente devido ao menor grau de empaquetamiento, e em general aceita-se que este é o estado mais compatível com a actividade genética e a transcrição. A heterocromatina encontra-se em muitos organismos flanqueando as regiões centroméricas, algumas vezes também se encontra em regiões teloméricas, e em alguns casos se observou a existência de cromosomas completos heterocromáticos (por exemplo, o cromosoma E de Drosophila melanogaster). Detectaram-se muito poucos genes activos na heterocromatina.^[43] Por exemplo, em Drosophila existem mutaciones letais em genes que se localizam em regiões heterocromáticas; por tanto estes genes devem possuir alguma actividade. Em qualquer caso, a percentagem de genes activos localizados em regiões heterocromáticas é muito baixo, comparado com o de genes activos situados na eucromatina. A principal diferença entre a eucromatina e a heterocromatina radica por tanto na actividade destes dois tipos de cromatina. Estudos temporões da heterocromatina conduziram à descoberta do fenómeno conhecido como "variegación por efeito da posição" (PEV, por suas siglas em inglês),^[44] no qual se um gene eucromático se coloca perto ou dentro de uma região heterocromática, devém silenciado de forma epigenética. Este processo tem importantes envolvimentos na regulação genética, o envejecimiento e a progressão tumoral.

• Diferenças citológicas: a nível estrutural, nos núcleos interfásicos, existe um maior grau de enrollamiento ou empaquetamiento na heterocromatina que na eucromatina.^[45] Isto se demonstra porque a heterocromatina apresenta uma sensibilidade reduzida ao tratamento com nucleasas, o qual reflete um posicionamento dos nucleosomas a intervalos curtos e regulares.

• Diferencias bioquímicas: a heterocromatina apresenta modificações características nas histonas, como um alto grau de metilación na lisina 9 da histona H3 (H3K9) e na lisina 27 (H3K27), combinado com uma carência de acetilación . A heterocromatina também se caracteriza pela presença da proteína HP1 (heterochromatin protein 1). Ademais, a heterocromatina de vertebrados e plantas apresenta um elevado grau de metilación nas ilhas CpG (regiões genómicas ricas em dinucleótidos C+G).^[46] A metilación de H3K9 implica o reclutamiento a mais enzimas que transferem grupos metilo às histonas (HMTs, histone methyltransferases), mediado por HP1. Descreveram-se duas rotas diferentes para levar a cabo este processo. Uma destas rotas utiliza ARN interferente,^[47] enquanto a segunda utiliza proteínas de união a DNA que reconhecem sequências específicas para dirigir as HMTs.^[47]

• Alociclia: a heterocromatina segue um ciclo de condensación e descondensación diferente à eucromatina. A heterocromatina pode aparecer mais intensamente teñida que a eucromatina ou menos intensamente teñida dependendo do estado celular (alociclia). A alociclia a sua vez está relacionada com a replicação do DNA. A heterocromatina replica-se mais tarde que a eucromatina.

Tipos de heterocromatina

Podem-se distinguir duas classes de heterocromatina:

• Heterocromatina constitutiva: cromatina que aparece sempre mais intensamente teñida que a eucromatina (heteropicnosis positiva), ou menos intensamente teñida que a eucromatina (heteropicnosis negativa), independentemente do estado de desenvolvimento ou fisiológico. HP1 é essencial para a formação da heterocromatina constitutiva, que se caracteriza pela presença de H3K9-trimetilada, mediada pelas HMTs denominadas Suv39h1 e Suv39h2.^[48] Neste grupo incluem-se o DNA satélite das regiões centroméricas e a cromatina dos telómeros.

• Heterocromatina facultativa: cromatina que aparece mais intensamente teñida que a eucromatina, ou menos intensamente teñida que a eucromatina dependendo do estado fisiológico ou do momento de desenvolvimento. O cromosoma X, em algumas espécies animais, como o saltamontes Schistocerca gregaria, aparece mais intensamente teñido que o resto dos cromosomas durante a diplotena da profase I de meiosis . A heterocromatina facultativa gera-se de maneira diferente à constitutiva, possivelmente mediada por HMTs diferentes (como G9a, ESET/SETDB1 e/ou ErHMTasa1), e parece ser que apresenta sobretudo H3K9-macaco e dimetilada.^[46]

Na espécie humana, todos os cromosomas X que estão em excesso de um aparecem mais intensamente teñido que o resto dos cromosomas (heteropicnosis positiva) nos núcleos de células em interfase. Por tanto, as mulheres normais que têm duas cromosomas X, têm um cromosoma X que aparece mais intensamente teñido e que está inactivado. No entanto, durante as primeiras etapas do desenvolvimento embrionario (durante os 16 primeiros dias de gestación na espécie humana) ambos cromosomas X são activos.

Em algumas espécies eucariontes, o DNA satélite ou DNA minoritário que apresenta um conteúdo em G+C diferente ao DNA principal ou maioritário, está constituído por umas sequências curtas de DNA que estão repetidas milhões de vezes. Em concreto em rato demonstrou-se que o DNA satélite está localizado na zona centrómerica. Este DNA satélite constitui um exemplo de heterocromatina constitutiva cuja presença e acção é constante no cromosoma.^{[49] [50]}

Elementos diferenciados na estrutura cromosómica

A organização da cromatina não é uniforme ao longo da estrutura do cromosoma. De facto, podem-se distinguir uma série de elementos diferenciados: os centrómeros (ou constricciones primárias), os telómeros (ou extremos cromosómicos), as regiões organizadoras do nucléolo (NORs segundo a abreviatura em inglês) e os cromómeros, todos eles caracterizados por conter sequências específicas de DNA.^[1]

Centrómeros

O centrómero é a constricción primária que, utilizando tinciones tradicionais, aparece menos teñida que o resto do cromosoma. É a zona pela que o cromosoma interacciona com as fibras do fuso acromático desde profase até anafase, tanto em mitosis como em meiosis , e é responsável por realizar e regular os movimentos cromosómicos que têm lugar durante estas fases. As estruturas centroméricas que interaccionan com as fibras do fuso se denominam cinetocoros. Ademais, o centrómero contribui à nucleación da coesão das cromátidas irmãs. Na estrutura do centrómero intervêm tanto o DNA centromérico, que consta fundamentalmente de heterocromatina constitutiva, como proteínas centroméricas.

No fermento de gemación (Saccharomyces cerevisiae) o DNA centromérico consta unicamente de 125 pb e está conservado entre os diferentes cromosomas.^[51] No entanto, o DNA centromérico em metazoos pode constar de megabases, e não contém sequências consenso facilmente identificables (ver a revisão de Choo em 1997^[52] ). Apesar das diferenças entre o DNA centromérico de fermentos e metazoos, o cinetocoro monta-se em ambos casos sobre nucleosomas centroméricos que contêm uma forma especializada de histona H3 (Cse4p em fermentos^[53] ou seu homólogo CENP-A em metazoos).

Telómeros

Cromosomas humanos (em cinza) e seus telómeros (em alvo).

A palavra telómero procede do grego telos, "final" e meros, "parte". Os telómeros são os extremos dos cromosomas. São regiões de DNA não codificante, altamente repetitivas, cuja função principal é a estabilidade estrutural dos cromosomas nas células eucariotas, a divisão celular e o tempo de vida das estirpes celulares. Ademais estão envolvidas em doenças tão importantes como o cancro. Nos organismos procariotes, os cromosomas são circulares e não possuem telómeros.^[54]

Os telómeros foram descobertos por Hermann Joseph Muller durante a década dos anos 30. Desde então, avançou-se muito no conhecimento dos telómeros, graças às técnicas da genética molecular.

Regiões organizadoras do nucléolo

Além das constricciones primárias, em alguns cromosomas pode-se distinguir outro tipo de "adelgazamiento" denominada constricción secundária, as que se acham relacionadas normalmente com a presença das sequências de DNA ribosómico. Tais regiões denominam-se "regiões organizadoras do nucléolo" (ou, singelamente, "NORs" pelo acrónimo em inglês para nucleolus organizer regions). As sequências de DNA ribosómico ficam englobadas dentro do nucléolo, que permanece adosado às NORs durante boa parte do ciclo celular.^[1] Os cromosomas com NOR em muitos casos apresentam um segmento que une a esta região com o telómero, o qual se denomina satélite ou trabante.^[55]

Cromómeros

Os cromómeros são "engrosamientos" ou regiões mais compactadas da eucromatina, que se distribuem de maneira mais ou menos uniforme ao longo dos cromosomas e se podem visualizar durante as fases da mitosis ou da meiosis de menor condensación da cromatina (profase). Sua natureza molecular segue sendo controvertida, mas poderiam ser consequência de um verdadeiro grau de compartimentalización na distribuição das sequências de DNA e na organização dos cromosomas. Desde faz em vários anos, o grupo de Giorgio Bernardi na Itália, sustenta que há uma distribuição compartimentalizada de sequências relativamente grandes de DNA (telefonemas "isócoras") no genoma dos vertebrados de sangue quente, de modo tal que a cada isócora tem um conteúdo em bases (percentagem de C+G) relativamente homogéneo mas diferente ao das demais.^{[56] [57] [58] [59]} Após publicado o primeiro rascunho do "Projecto Genoma Humano", parece confirmar-se a existência de cinco isócoras no genoma dos humanos, dois delas ricas na e T, e três ricas em G e C. A distribuição alternante de ambos tipos de isócoras poderia ser a explicação molecular da existência de cromómeros.^{[60] [61]}

Estrutura externa dos cromosomas: número, forma e tamanho

O estudo da estrutura externa dos cromosomas de qualquer espécie eucariótica consiste em analisar a forma, tamanho e número dos cromosomas que possui. O melhor momento para levar a cabo dito estudo costuma ser aquele no que os cromosomas têm atingido seu máximo grau de contracção e têm suas bordas perfeitamente definidas. Dito momento costuma ser a metafase mitótica. O estudo da estrutura externa dos cromosomas culmina com a obtenção do cariotipo.^[2] Os cromosomas podem-se estudar em diferentes momentos segundo a espécie e dependendo dos objectivos propostos. Algumas espécies têm cromosomas que se podem observar com grande detalhe em interfase , tal é o caso de Drosophila melanogaster, que possui cromosomas politénicos gigantes que se observam nas glándulas salivales de dito insecto, e o de Chironomus tentans, outro díptero. O cariotipo se confecciona usualmente após um apropriado pré-tratamento e tinción das células, para fazer mais visíveis os cromosomas individuais. Ao diagrama simplificado dos cromosomas metafásicos do cariotipo denomina-lho idiograma, que se constrói com o número genómico. Para realizar o ordenamento dos cromosomas tanto em cariotipos como idiogramas se deve ter em conta o tamanho cromosómico (localizados de maior a menor, com o braço curto “bc” ou "p" para acima e o braço longo “bl” ou "q" para abaixo); posição do centrómero (geralmente alinhados) e presença de constricciones secundárias e satélites.^[2]

Constancia do número de cromosomas

Usualmente as espécies animais e vegetales têm um número de cromosomas constante e determinado que constituem seu cariotipo (lei da constancia numérica dos cromosomas), ainda que existem espécies com uma alta variabilidad cariotípica, não só em número senão em forma e tamanho dos cromosomas.

O protozoario Aulacantha, com 1600 cromosomas em suas células, é a espécie com o maior número de cromosomas.^[62]

O número de cromosomas de uma espécie (ou fase vital) diploide identifica-se como 2n enquanto esse número em uma espécie (ou fase vital) haploide se identifica com a letra n. Naquelas espécies que apresentam um número repetido de cromosomas superior a dois complementos se fala de poliploidía , se representando o múltiplo por adiante da letra n. Assim: 3n indicaria um complemento cromosómico triploide, 4n um tetraploide, etc. Todas estas são situações de euploidía . Com a indicação x quer-se expressar o número básico de cromosomas de uma espécie que apresenta indivíduos com diversos graus de ploidía ou o de uma linha filogenética a partir da qual diversos taxones têm atingido situações aneuploides variadas, sendo neste caso o número cromosómico uma variação do número original com aumento ou diminuição do número básico, por perda, fusão ou divisão de cromosomas (p. ej., n+1 ou n-1). Um exemplo desta situação anormal temo-la nos indivíduos da espécie humana que apresentam a chamada síndrome de Down, situação de aneuploidía (2n=47) pela presença de uma instância mais do habitual do cromosoma 21 (trisomía).

O número de cromosomas 2n varia muito de umas espécies a outras e não existe relação entre o número de cromosomas e a complexidade dos mesmos: existem espécies vegetales com poucos cromosomas como Haplopappus gracilis (2n=4), Crepis capillaris (2n=6) e Secale cereale (2n=14) , espécies vegetales com bastantees cromosomas como Triticum aestivum (2n=42) e espécies vegetales com muitos cromosomas como Ophioglossum petiolatum (n >500). Em animais sucede algo semelhante, há espécies com poucos cromosomas como a hormiga australiana Myrmecia pilosula cujos machos têm um cromosoma (2n=1) e as fêmeas duas cromosomas (2n=2), espécies com bastantees cromosomas como a humana Homo sapiens (2n=46) e espécies com muitos cromosomas como o lepidóptero Lysandra atlantica (2n=434-466). Não existe nenhuma relação entre o número de cromosomas 2n e a complexidade evolutiva, nem entre o número de cromosomas e a quantidade de DNA. Um exemplo claro desta situação é o dos ciervos do género Muntiacus no que há espécies muito similares (denominadas espécies gémeas) uma com 2n=6 (M. muntjak) e outra com 2n=46 (M. reevesi).^{[63] [64]}

Cromosomas sexuais

Em muitos organismos, um dos pares dos cromosomas homólogos é diferente ao resto, realizando a determinação do sexo do indivíduo. A estes cromosomas chama-se-lhes cromosomas sexuais ou heterocromosomas e inclusive gonosomas, porque determinam o sexo.

• Sistema de determinação XY: é próprio do ser humano e muitos outros animais. As fêmeas, sendo XX, darão gametos iguais com cromosoma X, sexo homogamético e os machos, sendo XY, darão dois tipos de gametos, um com o cromosoma X e outro com o cromosoma E. A probabilidade de que na fecundación, ao se unir os gametos, resulte uma combinação XX (fêmea) ou XY (macho) é aproximadamente de 50%.
• Sistema de determinação ZW: em outras espécies (borboletas, p.e.) ocorre o contrário, o sexo masculino é homogamético (ZZ) e o feminino heterogamético (ZW).
• Sistema de determinação XO: outras espécies (peixes, insectos, anfibios) que não têm o cromosoma E, se determinando o sexo pelo número de cromosomas X, macho XO e fêmea XX.

Forma dos cromosomas

O cromosoma humano 19 é metacéntrico.

O cromosoma humano 14 é acrocéntrico.

Cariotipo espectral, o cariograma obtém-se depois da identificação e clasifciación dos cromosomas. O cariotipo que se mostra corresponde a um indivíduo de sexo feminino já que se observam dois cromosomas X.

A forma dos cromosomas é para todas as células somáticas constante e característica da cada espécie. A forma depende fundamentalmente das constricciones que apresente o cromosoma e de sua localização na cromátida.

O cromosoma encontra-se constituído basicamente pelo centrómero que divide o cromosoma em um braço curto ou braço p e um braço longo ou braço q. Alguns cromosomas apresentam satélites no braço curto.

Segundo a posição do centrómero, os cromosomas classificam-se em:

Metacéntricos

O centrómero localiza-se a metade do cromosoma e os dois braços apresentam igual longitude.

Submetacéntricos

A longitude de um braço do cromosoma é algo maior que a do outro.

Acrocéntricos

Um braço é muito curto (p) e o outro longo (q).

Telocéntricos

Só se aprecia um braço do cromosoma ao estar o centrómero no extremo.

O par de gonosomas ou sexocromosomas constituem-se por X (submetacéntrico médio) e E considerado acrocéntrico sem satélites, ainda que em algumas revisões da literatura refere-se-lhe como submetacéntrico.

Tamanho cromosómico

Os cromosomas sofrem grandes variações em seu tamanho ao longo do ciclo celular, passando de estar muito pouco compactados (interfase) a estar muito compactados (metafase), por tal motivo, os estudos sobre o tamanho costumam realizar-se em metafase mitótica. Ademais, é necessário ter em conta que os tratamentos para teñir os cromosomas e para obter as metafases mitóticas influem de maneira muito importante no tamanho dos cromosomas. Em qualquer caso, em general é possível dizer que há espécies eucarióticas com cromosomas grandes e espécies com cromosomas pequenos. As monocotiledóneas (vegetales) e os anfibios e ortópteros (animais) possuem cromosomas muito longos (de 10 a 20 micras). As dicotiledóneas, as algas, os hongos e a maioria das espécies animais possuem cromosomas pequenos (longitude inferior a 5 micras). Naturalmente, existem algumas excepções nos exemplos citados. O cromosoma 1 humano tem 0,235 pg de DNA, que equivalem a uma longitude total de DNA dupla hélice de 7,3 cm e em metafase mitótica apresenta uma longitude aproximada de 0,001 cm.

Bandeo cromosómico

Em algumas espécies os pares cromosómicos não podem se diferenciar claramente considerando só seus componentes distintivos em sentido longitudinal; nestes casos deve-se recorrer a técnicas citológicas especiais para a tinción dos cromosomas, que evidencian "bandas" transversais (escuras e claras) ao longo dos mesmos, e que correspondem aos diferentes tipos de cromatina. Em uma espécie dada, estas variantes da cromatina apresentam um tamanho e disposição constante. As técnicas de bandeo cromosómico mais usadas são:

• Bandeo C : é relativamente singela, e baseia-se no uso do colorante Giemsa que tiñe regiões com heterocromatina constitutiva, que em vegetales se acha localizada principalmente em regiões teloméricas, enquanto em animais, se encontra em regiões centroméricas.
• Bandeos G, R, Q : são técnicas baseadas em tratamentos enzimáticos que põem de manifesto diferentes padrões de bandas da eucromatina ao longo do cromosoma. O material se tiñe com colorante Giemsa (G, R) ou colorantes fluorescentes, como a quinacrina (Q). São as bandas mais estudadas em animais e no homem. Nos vegetales são muito difíceis de obter pelo alto grau de empaquetamiento dos cromosomas metafásicos.
• Bandeo NOR : permite identificar cromatina com sequências mediamente repetidas de ADNr, sócia às regiões NOR do cromosoma. O número total e localização das regiões NOR é variável, pelo qual, como já se expressou, além de sua importância funcional tem valor cariotípico.^[2]

Os cromosomas humanos

O ser humano apresenta 23 pares de cromosomas em suas células somáticas: 22 autosomas e um par de cromosomas sexuais (dois X no caso das mulheres e um cromosoma X e um E no caso dos varões). O tamanho total aproximado aproximado do genoma humano é de 3200 milhões de pares de bases de DNA (3200 Mb) que contêm uns 20.000-25.000 genes.^[65] Das 3200 Mb umas 2950 Mb correspondem a eucromatina e umas 250 Mb a heterocromatina . O Projecto Genoma Humano produziu uma sequência de referência do genoma humano eucromático, usado em todo mundo nas ciências biomédicas.

A sequência de DNA que conforma o genoma humano contém codificada a informação necessária para a expressão, altamente coordenada e adaptável ao ambiente, do proteoma humano, isto é, do conjunto de proteínas do ser humano. O genoma humano apresenta uma densidade de genes muito inferior à que inicialmente se tinha predito, com só em torno do 1,5%^[66] de sua longitude composta por exones codificantes de proteínas. Um 70% está composto por DNA extragénico e um 30 % por sequências relacionadas com genes. Do total de DNA extragénico, aproximadamente um 70% corresponde a repetições dispersas, de maneira que, mais ou menos, a metade do genoma humano corresponde a sequências repetitivas de DNA. Por sua vez, do total de DNA relacionado com genes estima-se que o 95% corresponde a DNA não codificante: pseudogenes, fragmentos de genes, intrones, sequências UTR, entre outras. Ainda que tradicionalmente essas sequências de DNA têm sido consideradas regiões do cromosoma sem função, há dados que demonstram que essas regiões desenvolvem funções relacionadas com a regulação da expressão genética.

Na seguinte tabela listam-se os cromosomas humanos, o número de genes que apresenta a cada um, seu tamanho em pares de bases e seu morfología.

Técnica de estudo

É possível visualizar os cromosomas por médio da microscopía de luz e de tinciones especiais. O processo para obter o material cromosómico realiza-se em diversos passos, que incluem a obtenção de uma mostra viva, a semeia e incubación da mesma e a posterior tinción e leitura.^[a]

Tipos especiais de cromosomas

Existem alguns tipos de cromosomas presentes só em alguns tipos celulares ou em populações concretas de uma espécie. Entre eles, destacam os cromosomas politénicos, em escobilla , cromosomas B e isocromosomas.

Cromosomas politénicos

Cromosoma politénico de uma glándula salival.

Cromosoma politénicos de Drosophila melanogaster. A imagem foi obtida mediante contraste de fase. O cromocentro acha-se no ângulo superior direito. A seta assinala o extremo do cromosoma X. A imagem ampliada (B) mostra as bandas e as interbandas com maior detalhe.

As células das glándulas salivares dos insectos da ordem dos Dípteros apresentam núcleos que se acham em uma interfase permanente. Durante o crescimento e desenvolvimento das larvas destes insectos, a divisão celular detém-se em alguns tecidos mas as células continuam seu crescimento por incremento de volume. Este processo ocorre, por exemplo, nos canos de Malpighi, nas células nutricias dos ovarios, no epitelio intestinal e nas células das glándulas salivares. Nas células de tecidos mencionados, os cromosomas sofrem rodadas repetidas de duplicaciones mas sem separar-se, processo conhecido como endomitosis. Isto leva à produção de cromosomas constituídos por vários centos ou ainda milhares de fibras. Durante este processo de politenización ou politenia, os cromosomas incrementam tanto sua longitude como seu diâmetro. De facto, a longitude dos cromosomas de Drosophila em uma metafase é da ordem de 7,5 μm enquanto o longo total dos cromosomas em um núcleo das glándulas salivares é de ao redor de 2.000 μm.^{[55] [91]}

Além da mudança no tamanho, os cromosomas politénicos apresentam outras duas características. Em primeiro lugar, os cromosomas homólogos estão associados entre si em toda sua extensão. Esta condição, denominada apareamiento somático é própria da mitosis da maioria dos Dípteros.^[92] A outra característica peculiar é que os cromosomas mostram um padrão particular de bandeo transversal que consiste em zonas mais escuras, chamadas bandas, que alternam com zonas claras, telefonemas interbandas. Quando se observam ao microscopio óptico se identificam como bandas escuras e claras transversais alternantes.^[93] Ainda que a maioria das bandas são contínuas através do cromosoma, outras aparecem como uma série de pontos. Este bandeo é reproducible de núcleo a núcleo, formando um padrão constante de tal maneira que os cromosomas podem ser identificados e mapeados em toda sua longitude. Há aproximadamente 5000 bandas e 5000 interbandas ao todo no genoma de Drosophila melanogaster. Como o padrão de bandeo que apresentam os cromosomas politénicos é um reflito constante das sequências de DNA, as bandas servem como marcadores para localizar várias características genéticas (lugar dos genes, ou mudanças no genoma devido a reordenamientos cromosómicos, por exemplo deleciones, duplicaciones de bandas e translocaciones)^{[94] [95]} e se utilizaram em diversos estudos genéticos e evolutivos.^{[96] [97] [98] [99] [100]}

Em D. melanogaster o padrão de bandeo não se distingue naquelas regiões heterocromáticas presentes em região centromérica de todos seus cromosomas (n=4). As regiões heterocromáticas estão sócias formando um cromocentro. Já que dois membros do complemento haploide desta espécie são metacéntricos (os cromosomas II e III) e dois são acrocéntricos (cromosoma sexual X ou E e o cromosoma IV), os cromosomas politénicos nesta espécie aparecem como cinco braços desiguais que irradian do cromocentro: um braço correspondente ao cromosoma X, os dois braços do cromosoma II e os dois braços do cromosoma III (3L e 3R). Em alguns casos pode-se visualizar um sexto braço muito pequeno que representa o cromosoma IV.^[55]

Cromosomas em escobilla

Cromosoma em escobilla de um ovocito de tritón.^[101]

Os cromosomas em escobilla (também chamados cromosomas plumosos), observados pela primeira vez por Walther Flemming em 1882 em oocitos de salamandra (Ambystoma mexicanum),^[5] são um dos tipos de cromosomas maiores e se acham nos oocitos da maioria dos animais, excetuando aos mamíferos. Acham-se durante o estádio da meiosis I denominado diploteno. Depois deste relativamente longo período da meiosis I, os cromosomas em escobilla voltam a compactarse durante o período de metafase I. São estruturas transitórias, especificamente bivalentes (isto é, duas cromosomas juntados a cada um dos quais está formado por duas cromátidas irmãs). A cada um dos dois cromosomas está constituído por duas longas fibras que formam muitos "rulos" ou "bucles", à moda de um cepillo ou escobilla, ao longo do eixo maior do cromosoma. Esses "rulos" permitem que o DNA se ache disponível para o processo de transcrição durante a maduración do ovocito.^{[102] [103]} De facto, a presença de cromosomas em escobilla em uma célula é indicador de que está a ocorrer a transcrição do ARN mensageiro.^{[104] [105] [106]} O nome de "cromosomas em escobilla" ("lampbrush chromosome") foi acuñado por J. Rückert em 1892,^[107] quem assimilou a forma destes cromosomas a um cepillo do século XIX, bastante equivalente a ou que actualmente se denomina "limpiatubos".^[104]

Cromosomas B

A maioria dos organismos são habitualmente muito pouco tolerantes à adição ou perda de material cromosómico, inclusive em quantidades ínfimas. Assim, alterações cromosómicas como as deleciones, duplicaciones e aneuploidías (o excesso ou defeito com respeito ao número cromosómico normal em uma espécie dada) provocam no indivíduo afectado desde malformaciones até inviabilidad em diferentes níveis do desenvolvimento. No entanto, uma excepção a este facto em muitas espécies animais e vegetales consiste na existência de cromosomas supernumerarios ou cromosomas B. A distinção entre cromosomas B e os do complemento normal (cromosomas A) foi realizada pela primeira vez por Randolph em 1928.^[108] Em general, os cromosomas acessórios apresentam as seguintes características:^[109]

• não são indispensáveis para a vida normal de seus portadores;
• não são homólogos de nenhum dos cromosomas A, dos que provavelmente procedem;
• pelo geral têm sistemas de herança irregulares e não mendelianos;
• morfológicamente, costumam ser mais pequenos que os cromosomas do complemento normal, heterocromáticos e alocíclicos;
• quanto a sua distribuição, os cromosomas B variam em frequência
  • dentro de populações da mesma espécie (por exemplo, no saltamontes Myrmeleotettix maculatus só se encontraram cromosomas B na parte sul de Grã-Bretanha, não aparecendo nem em outras populações do país nem nas populações de países continentais adjacentes como França ou Bélgica^[110] );
  • dentro de indivíduos da mesma população;
  • dentro de células do mesmo organismo (por exemplo, em Aegilops mutica e Aegilops speltoides o B só estão presentes em várias partes aéreas das plantas, como hipocótilos e ápices, e não nas raízes;^[111]
• em general carecem de genes maiores,^[112] não têm efeitos cualitativos sobre o fenotipo^[110] e são daninhos para os indivíduos que os portam em número elevado.^[109]

No entanto, o termo "cromosoma B" integra um conjunto heterogéneo de cromosomas, que variam tanto em seu comportamento como em sua forma e tamanho, pelo que as generalizações devem se realizar com precaução.

Isocromosomas

Um isocromosoma é um cromosoma metacéntrico anormal originado durante a meiosis ou mitosis quando a divisão do centrómero se produz segundo o plano horizontal em vez de vertical. Como consequência, um dos braços do cromosoma original se perde e os braços do isocromosoma resultante são geneticamente idênticos entre si mas em sentido inverso.^[2]

Nos humanos, os isocromosomas acham-se associados a certas doenças. Assim, por exemplo, se acham em algumas meninas que apresentam a síndrome de Turner, nos pacientes com a síndrome de Pallister-Killian e em alguns tumores. O isocromosoma "17q" (ou seja, o isocromosoma formado por dois braços longos do cromosoma 17 e que tem perdido o braço curto) e o isocromosoma "14q" estão associados a certos tipos de leucemia.^{[113] [114]} Ademais, os indivíduos portadores de isocromosomas podem ter descendentes com maior número de cromosomas que o normal.^[115]

O cromosoma em organismos procariotas

Os procariotas, bactéria e archaea, apresentam tipicamente um sozinho cromosoma circular, conquanto existem algumas variantes a esta regra.^[116] O cromosoma bacteriano pode ter um tamanho desde 160.000 pares de bases (como no endosimbionte Carsonella ruddii,^[117] a 12.200.000 pares de bases na bactéria do solo Sorangium cellulosum.^[118]

As bactérias usualmente têm um sozinho ponto em seu cromosoma desde o qual se inicia a duplicación, enquanto algumas archeas apresentam múltiplos lugares de início da duplicación.^[119] Por outro lado, os genes dos procariotas estão organizados em operones e não contêm intrones.

Os procariotas não possuem um núcleo verdadeiro, em mudança seu DNA está organizado em uma estrutura denominada nucleoide.^[120] O nucleoide é uma estrutura distintiva e ocupa uma região definida na célula bacteriana. Esta estrutura é muito dinâmica e acha-se mantida e remodelada através da acção de proteínas similares a histonas, as quais se associam ao cromosoma bacteriano.^[121] Em archaea, o DNA no cromosoma acha-se ainda mais organizado, com o DNA empacado dentro de estruturas similares aos nucleosomas eucarióticos.^{[122] [123]}

Cromosomas artificiais

Os cromosomas artificiais são cromosomas que têm sido manipulados através de ferramentas de engenharia genética para que apresentem estruturas precisas que permitem sua integração, permanência e duplicación em determinados organismos.^[124] O cromosoma artificial de fermento ou "YAC" (acrónimo inglês por Yeast artificial chromosome) é um tipo de vetor de clonagem de alta capacidade sendo, de facto, o de maior capacidade (200 kb a 3.000 kb). Foram descritos pela primeira vez em 1983 .^[125] É um vetor que imita as características de um cromosoma normal de um fermento, já que porta um centrómero e os telómeros terminais. Isto permite clonar (isto é, multiplicar) em fermentos sequências de DNA de até um milhão de pares de bases ou mais, ao se comportar como um cromosoma próprio do fermento. São utilizados em construção de genotecas genómicas, sendo muito estendido seu uso nos primeiros anos do Projecto Genoma Humano.^[126] No entanto, são mais instáveis que outros vetores, tais como BACs (acrónimo inglês de "Bacterial artificial chromosome" ou cromosoma artificial bacteriano), que têm acabado se impondo.^[127] Estes últimos são também vetores de clonagem usados para clonar fragmentos de DNA de 100 a 300 kb de tamanho na bactéria Escherichia coli. Sua estrutura é análoga à do plásmido factor-F encontrado de modo natural nessa espécie bacteriana.^[1]

Veja-se também

• Genotipo
• Genoma
• Genoma humano
• Citogenética
• Cariotipo
• Aberración cromosómica

Notas

Referências

Bibliografía

• Adolph, K. (ed.) 1988. Chromosomes and chromatin, Vols. 1-3, Boca RAton, FL; CRC Press.
• Hsu, T.C. 1979. Human and mammalian cytogenetics: an historical perspective. New York, Springer Verlag.
• Stewart, A. 1990. The functional organization of chromosomes and the nucleus, a special issue. Trends Genet. 6:377-379
• Price, C.M. 1992. Centromeres and telomeres. Curr. Opin. Cell Biol. 4: 379-384.
• Gall, J.G. 1981. Chromosome structure and the C-avalie paradox. J. Cell Biol. 91:3-14
• Blackburn, E.H., Szostak, J.W. 1984. The molecular structure of centromeres and telomeres. Annu. Rev. Biochem. 53: 163-194.

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga conteúdo multimédia sobre cromosomas. Commons

• Exploring Genes and Genetic Disorders (em inglês).

• Os Cromosomas Video em Youtube

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