Entendendo Genes e Cromossomos na Genética Moderna

Dentro da genética moderna, o gene é uma sequência de nucleotídeos do DNA que pode ser transcrita em uma versão de RNA. O termo gene foi criado por Wilhelm Ludvig Johannsen. Desde então, muitas definições de gene foram propostas. O gene é um segmento de um cromossomo a que corresponde um código distinto, uma informação para produzir uma determinada proteína ou controlar uma característica, por exemplo, a cor dos olhos.

Um cromossomo é uma longa sequência de DNA, que contém vários genes e outras sequências de nucleotídeos com funções específicas nas células dos seres vivos.^[1]

Durante a mitose (ver divisão celular), os cromossomos encontram-se condensados e têm o nome de cromossomos metafásicos, e é a única ocasião em que se podem observar com um microscópio óptico.^[3]

Em biologia, damos o nome de cromatina ao complexo de DNA e proteínas (que juntas denominam-se cromossomo) que se encontra dentro do núcleo celular nas células eucarióticas. Os ácidos nucléicos encontram-se geralmente na forma de dupla-hélice. As principais proteínas da cromatina são as histonas. As histonas H2A, H2B, H3 e H4 unem-se, formando um octâmero denominado nucleossoma, enquanto que a histona H1 une os nucleossomas adjacentes, "empacotando-os", visto que a molécula de DNA "dá" uma volta e meia em torno do octômero de histonas. É essencial existir a histona H1 para estabilizar este enrolamento.

Eucromatina consiste em DNA ativo, ou seja, que pode ser expresso como proteínas e enzimas.

Heterocromatina consiste em DNA inativo e que parece ter funções estruturais durante o ciclo celular. Podem ainda distinguir-se dois tipos de heterocromatina.

Cariótipo é o conjunto cromossómico ou a constante cromossómica diploide (2n) de uma espécie. Representa o número total de cromossomos de uma célula somática (do corpo). O cariótipo é o conjunto de cromossomas dentro de um núcleo de uma célula.

A representação do cariótipo pode ser um cariograma (imagem dos cromossomos) ou um idiograma (esquema dos cromossomos), e é ele quem fornece as informações substanciais para o estabelecimento das relações entre espécies, com respeito à organização dos cromossomos.

Existem quatro níveis de compactação da cromatina:

• 1) Estrutura primária: Associação da dupla hélice do DNA com um grupo específico de histonas. Duas cópias de cada uma das quatro histonas (H2A, H2B, H3, H4) constituem um octâmero, em torno do qual um segmento de dupla hélice de DNA se enrola, como uma linha em torno de um carretel. O octâmero circundado por duas voltas de DNA constitui um nucleossomo. Cerca de 140 bases de DNA estão associadas a cada centro de histonas. Após um segmento de DNA curto (20 a 60 bases), forma-se o centro seguinte de complexo de DNA, e assim por diante, conferindo à cromatina a aparência de contas em um cordão. Este primeiro nível de compactação reduz o tamanho da molécula de DNA em 6 a 7 vezes.
• 2) Solenóides: A histona H1 tem papel na organização da cromatina, ocupando lugar na região entre os nucleossomos, forçando o material a outro tipo de compactação, em estruturas secundárias helicóides, denominadas solenóides. O solenóide corresponde à compactação de 6 a 7 nucleossomos. Essa nova fibra é a unidade fundamental da organização da cromatina. O solenóide é capaz de condensar aproximadamente 1200 bases de DNA.
• 3) Alças: Com a formação do solenóide, tem lugar a ação de proteínas não-histônicas, que formam estruturas em alças ou domínios. As alças podem ser o início de espessamentos parecidos com nós, denominados cromômeros. À medida que os cromossomos se condensam mais, os cromômeros adjacentes fundem-se em estruturas maiores, que depois se tornam as bandas cromossômicas.
• 4) Cromossomos: Encontramos essas formas na metáfase, quando há a maior condensação da cromatina. É o enrolamento final, do qual participa a topoisomerase II.

A vida de uma célula começa no momento em que a divisão celular que a originou acaba e termina quando ela mesma se divide ou morre (toda a atividade celular cessa).

A interfase corresponde ao período entre o final de uma divisão celular e o início da outra. Geralmente, a célula encontra-se nesta fase durante a maior parte da sua vida.

Durante esta fase, os cromossomos não são visíveis ao microscópio óptico. É um período de intensa atividade na célula, quando ocorre a duplicação do material genético.^[1]

A interfase divide-se em três fases:

• Fase G₁
  • Nesta fase, sintetizam-se muitas proteínas, enzimas e RNA; verifica-se também a formação de organitos celulares e, consequentemente, a célula cresce.
• Fase S
  • É nesta fase que ocorre a auto-replicação das moléculas de DNA (diz-se no plural porque para cada cromossomo existe uma molécula de DNA).
  • A partir deste momento, os cromossomos passam a possuir dois cromatídeos ligados por um centrômero.
• Fase G₂
  • Neste período, dá-se a síntese de moléculas necessárias à divisão celular (como os centríolos).

As fases G e S possuem estas denominações em decorrência de abreviações do inglês - G para gap (intervalo) e S para synthesis (síntese).

Como sabemos, a interfase é um período de intensa atividade metabólica e de maior duração do ciclo celular. Células nervosas e musculares, que não se dividem por mitose, mantêm-se permanentemente na interfase, estacionadas no período chamado G0.

Nas células que se dividem ativamente, a interfase é seguida da mitose, culminando na citocinese. Sabe-se que a passagem de uma fase para outra é controlada por fatores de regulação - de modo geral, protéicos – que atuam nos chamados pontos de checagem do ciclo celular. Dentre essas proteínas, se destacam as ciclinas, que controlam a passagem da fase G1 para a fase S e da G2 para a mitose.

Se em algumas dessas fases houver alguma anomalia, por exemplo, algum dano no DNA, o ciclo é interrompido até que o defeito seja reparado e o ciclo celular possa continuar. Caso contrário, a célula é conduzida à apoptose (morte celular programada).

Outro ponto de checagem é o da mitose, promovendo a distribuição correta dos cromossomos pelas células-filhas. Perceba que o ciclo celular é perfeitamente regulado, está sob controle de diversos genes e o resultado é a produção e diferenciação das células componentes dos diferentes tecidos do organismo. Os pontos de checagem correspondem, assim, a mecanismos que impedem a formação de células anômalas.

A replicação inicia-se numa zona da cadeia denominada tripleto de iniciação. Neste local, as helicases começam a abrir a cadeia para ambos os lados da origem, quebrando as ligações de hidrogênio existentes entre as bases complementares e dando origem a uma bolha de replicação que é constituída por duas forquilhas de replicação. Em seguida, liga-se às cadeias de DNA a enzima RNA primase, que sintetiza um primário (tinta), que consiste numa sequência de bases de RNA que iniciam a síntese, visto que a DNA polimerase III não tem a capacidade de o fazer pela ausência de grupos hidroxila -OH expostos. Após a síntese do primário (tinta), a DNA polimerase III vai continuar o processo que ocorre no sentido da extremidade 5' para a extremidade 3' da nova cadeia. Como a DNA polimerase vai atuar para ambos os lados da origem de replicação, por cada cadeia simples de DNA existente, uma parte da nova cadeia será sintetizada na direção da replicação. Esta cadeia é sintetizada de modo contínuo e denomina-se cadeia contínua. Existe uma outra parte da cadeia em que a direção da replicação é contrária à direção da síntese; esta cadeia é sintetizada descontinuamente, isto é, a RNA primase vai sintetizar vários primários (tinta) ao longo da cadeia, inicialmente próximo da origem de replicação e posteriormente a maior distância. Os fragmentos formados são denominados fragmentos de Okazaki. Entre estes fragmentos existem os primários (tinta) que serão removidos e substituídos por DNA, pela ação de uma outra DNA polimerase, a DNA polimerase I. Como a DNA polimerase não consegue estabelecer a ligação entre esses nucleótidos e os que se encontram nas extremidades dos fragmentos de Okazaki, formam-se lacunas entre o grupo fosfato de um e o carbono 3' do outro. Esses nucleótidos são posteriormente ligados pela DNA ligase. A esta cadeia chama-se cadeia descontínua. As partes finais da cadeia de DNA denominadas telômeros são sintetizadas pela enzima telomerase. A telomerase é uma DNA polimerase com atividade de transcriptase reversa. Apresenta um molde interno de RNA e, a partir daí, é capaz de sintetizar o DNA das extremidades cromossômicas, evitando a perda progressiva e encurtamento dos telômeros. Durante todo o processo de replicação, atuam outras enzimas, entre elas as SSB e as topoisomerases, que têm como função evitar o enrolamento da cadeia durante a síntese.