Reprodução Sexuada - MEIOSE E FECUNDAÇÃO

Introdução:
A reprodução sexuada é o processo de reprodução mais frequente nos seres vivos: é quase exclusivo nos animais superiores e também o mais usual nas plantas superiores. Na reprodução sexuada, os novos indivíduos são originados a partir de um ovo, célula que resultada da fusão do gâmeta masculino com gâmeta feminino.
A reprodução sexuada está dependente da fecundação, isto é, da união dos gâmetas.
A reprodução sexuada é caracterizada pela intervenção de células reprodutoras sexuadas gâmetas - que por fecundação dão origem a um ovo, primeira célula do futuro ser vivo. A principal característica da reprodução sexuada é o processo de fecundação, no qual dois gâmetas haplóides se unem, originando uma entidade que, desenvolvendo-se, origina um novo indivíduo diplóide. Outra característica importante do processo sexuado é a meiose, que origina os gâmetas. A meiose é necessária para a produção de gâmetas haplóides, os quais, contribuem com os seus cromossomas para os descendentes sem aumentar o número de cromossomas característicos da espécie. As células diplóides contêm os dois cromossomas de cada par.
A diferença entre gâmetas e células somáticas reside no número de cromossomas. Os gâmetas são haplóides e as células somáticas são diplóides.

Figura 1 - Fecundação

in: http://www.cartoonstock.com/directory/s/sexual_reproduction.asp

Objectivos:
- Dar a conhecer o conceito de reprodução sexuada.
- Contextualizar os termos Meiose e Fecundação
- Conhecer as diferentes fases da Meiose.
- Distinguir as várias fases da Meiose
- Reconhecer semelhanças e diferenças entre a Meiose e a Mitose.
- Conhecer a regulação da Meiose.


Desenvolvimento:
A meiose é o processo de divisão nuclear através do qual uma célula diplóide origina quatro células haplóides, isto é, que têm metade do número de cromossomas do núcleo inicial. Na fecundação ocorre a união aleatória de uma grande variedade de gâmetas, geneticamente diferentes. A variabilidade genética é consequência de fenómenos que ocorrem na fecundação e na meiose.
A reprodução sexuada consiste na união dos gâmetas, formando-se uma única célula, o ovo ou zigoto. Este fenómeno, desiginado por fecundação, é um dos acontecimentos fulcrais da reprodução sexuada. A fusão dos núcleos dos dois gâmetas na fecundação (cariogamia) implica a associação dos cromossomas que provêm de cada um dos progenitores. O núcleo do ovo apresenta, portanto, um número de cromossomas igual à soma do número de cromossomas de cada gâmeta.
A fecundação contribui significativamente para a grande variabilidade genética dos indivíduos de cada espécie.
Como é possível que, apesar da duplicação cromossómica, o número de cromossomas de cada espécie permaneça constante ao longo das sucessivas gerações?
A constância do número de cromossomas numa dada espécie implica que, em certo momento, haja redução no número de cromossomas que permite compensar a duplicação ocorrida na fecundação. Sendo assim, no ciclo de vida dos organismos que se reproduzem sexuadamente terá de ocorrer um fenómeno especial da divisão nuclear - a meiose - mediante o qual se reduzirá a metade o número específico de cromossomas que caracteriza a espécie.
A meiose é um processo de divisão celular que está associado à reprodução sexuada.
É um processo que permite a formação de células haplóides a partir de células dipolóides.
A meiose é um processo nuclear que envolve duas divisões sucessivas - divisão I e divisão II -, durante as quais, a partir de um núcleo diplóide, se obtêm 4 núcleos haplóides. A anteceder a meiose, na interfase, ocorre, tal como antes da mitose, a replicação do DNA, pelo que no início da meiose existem 2n cromossomas, cada um dos quais é já formado por dois cromatídeos ligados pelo centrómero.
Na divisão I, que é precedida pela interfase, um núcleo diplóide origina dois núcleos haplóides, cujos cromossomas são formados por dois cromatídeos - divisão reducional. Na divisão II, ocorre a separação dos cromatídeos, obtendo-se, assim, quatro núcleos haplóides cujos cromossomas são constituídos por um cromatídeo - divisão equacional.
Na meiose, a informação genética das células-filhas é diferente entre si e da célula-mãe, devido à ocorrência de crossing-over (que ocorre na profase I) e à separação aleatória dos homólogos.
Durante a meiose podem ocorrer mutações cromossómicas (anomalias que afectam o número ou a estrutura dos cromossomas).

Figura 2 - crossing-over
in: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Cross-over.jpg

Video 1 - Crossing-over

in: www.youtube.com

Estas mutações podem ocorrer em diferentes etapas da meiose:
- se não houver separação dos homólogos durante a divisão I;
- se não ocorrer a separação dos dois cromatídeos de cada cromossoma durante a divisão II;
- durante o crossing-over.
A meiose é, em linhas gerais, o conjunto de duas divisões nucleares:
- divisão I (reducional);
- divisão II (divisão equacional)
Cada uma das divisões consta de quatro etapas: profase, metafase, anafase e telofase. As etapas da meiose são semelhantes às etapas da mitose, pelo que têm a mesma designação. A figura seguinte representa os vários estádios da meiose, cujos principais acontecimentos se descrevem a seguir.

A interfase é a fase que precede a meiose e que se caracteriza pela replicação do DNA. No final desta fase, cada cromossoma é constituido por dois cromatídeos, ligados pelo centrómero. O centrossoma também duplica.

A divisão reducional ou meiose I, reduz para metade o número de cromossomas em cada célula. Nesta fase, separam-se os cromossomas homólogos, que ficam repartidos pelas duas células filhas. Os cromossomas homólogos são herdados de cada um dos progenitores; possuem um tamanho e uma morfologia semelhantes e têm genes que codificam o mesmo tipo de características.
A meiose I inclui as seguintes etapas:

Profase I - É a etapa mais longa e complexa. Os cromossomas condensam e os cromossomas homólogos emparelham, num processo que se designa sinapse. Durante a sinapse, os cromossomas homólogos ficam unidos ao longo de todo o seu comprimento e alinham, precisamente, gene por gene, formando um conjunto constituído por quatro cromatídeos, ao qual se chama tétrada cromatídica ou bivalente cromossómico. Cromatídeos pertencentes a cromossomas homólogos cruzam-se e trocam segmentos equivalentes, num processo desginado crossing-over. Os locais onde ocorreram as trocas ficam visíveis ao microscópio como zonas em forma de X; chamamos a estes locais quiasmas. Nas células animais, os centrossomas deslocam-se para pólos opostos da célula, formando-se o fuso acromático entre eles. O nucléolo e o invólucro nuclear desorganizam-se.

Metafase I - Os bivalentes dispõem-se na placa equatorial. A orientação dos cromossomas de cada bivalente é aleatória. São os pontos de quiasma que se localizam no plano equatorial.

Anafase I - Ocorre a segregação independente dos cromossomas homólogos. Os dois cromossomas homólogos de cada bivalente separam-se e migram aleatoriamente para pólos opostos da célula.

Telofase I - Em cada pólo da célula, constitui-se um conjunto haplóide de cromossomas, com dois cromatídeos cada um. Os cromossomas descondensam; o invólucro nuclear e os nucléolos reorganizam-se. Em alguns casos, segue-se a citocinese e formam-se duas células haplóides.
Pode existir ou não uma interfase entre a divisão reducional e a divisão equacional; em qualquer dos casos, não se verifica a replicação do material genético.

Na divisão equacional ou meiose II, separam-se os dois cromatídeos de cada cromossoma.
A meiose II inclui as seguintes etapas:

Profase II - Os cromossomas, constituídos por dois cromatídeos, condensam. Forma-se o fuso acromático; o invólucro nuclear e os nucléolos desorganizam-se.

Metafase II - Os cromossomas dispõem-se na placa equatorial. São os centrómeros que se localizam no plano equatorial.

Anafase II - Os dois cromatídeos de cada cromossoma separam-se pelo centrómero e migram para pólos opostos da célula.

Telofase II - Os cromossomas, agora formados por um único cromatídeo, descondensam. O invólucro nuclear reorganiza-se e formam-se dois núcleos, cada um com um conjunto haplóide de cromossomas.
Pelo processo meiótico, uma célula diplóide dá origem a quatro células haplóides.

Video 2 - Os vários estádios da Meiose
in: www.youtube.com



Figura 3 - As várias etapas da meiose

in: http://formacao.es-loule.edu.pt/biogeo/biogeo11/bio/unid06/biogeo11_bio_unid06.htm

O quadro e a imagem seguinte resumem as principais semelhanças e diferenças entre a mitose e a meiose.


Quadro 1 - Diferenças entre meiose e mitose
in: http://formacao.es-loule.edu.pt/biogeo/biogeo11/bio/unid06/biogeo11_bio_unid06.htm


Figura 4 - Mitose vs Meiose
in: http://formacao.es-loule.edu.pt/biogeo/biogeo11/bio/unid06/biogeo11_bio_unid06.htm

Video 3 - Meiose vs Mitose

in: www.youtube.com

A regulação da meiose é assegurada por inúmeras proteínas que interagem para garantir que a progressão do fenómeno ocorra dentro da normalidade. Estes complexos proteícos garantem a regulação de momentos-chave vitais para a meiose tais como: a finalização da fase G1 e o início da fase S; a entrada da célula em divisão nuclear (meiose); o estado dos cromossomas na profase I e os acontecimentos da metafase II. A regulação da meiose é ainda assegurada por factores extracelulares que são também responsáveis pelo decorrer das diferentes etapas. Apesar dos inúmeros pontos de controlo podem por vezes subsistir erros que vão originar, no final, gâmetas com deficiências quanto ao número ou à morfologia dos cromossomas. As células formadas, haplóides, deverão ter um número de cromossomas correspondente a metade daquele que existia numa célula somática. Na anafase I, a segregação tem de ocorrer entre os pares homólogos, para que cada nova célula receba um representante de cada par. Se este fenómeno não decorrer dentro da normalidade, é possível que, no final, os gâmetas tenham um número de cromossomas diferente ao esperado. Um fenómeno parecido pode resultar de erros na anafase II.Também através do crossing-over, descrito na profase I, poderão ocorrer alterações que levem à perda, à troca ou à repetição de porções de DNA (um a vários genes).Estas mutações cromossómicas, podem alterar o número de cromossomas (como no primeiro caso) ou a sua morfologia (quando existe alteração na sequência de genes). No entanto, em ambas as situações se formam gâmetas que, se vierem a ser utilizados numa fecundação, originam uma célula, o ovo, com uma carga genética diferente do normal, o que, provavelmente, resulta no desenvolvimento de um organismo deficiente.


Conclusão:
A reprodução sexuada mistura parte dos genomas de dois indivíduos e produz uma descendência que, geralmente, difere geneticamente entre si e difere de ambos os progenitores. A mistura de genomas é conseguida pela fusão de duas células, os gâmetas. A fusão dos gâmetas designa-se fecundação. Da fecundação resulta o ovo ou zigoto.
Os gâmetas são células haplóides, isto é, possuem metade do número de cromossomas característico da espécie. O número haplóide de cromossomas de um organismo ou de uma espécie refere-se, abreviadamente, como n.
A fecundação restabelece o número de cromossomas da espécie e, ao misturar os cromossomas dos dois gâmetas, mistura a informação genética dos dois progenitores. O zigoto é uma célula diplóide, 2n, assim como todas as células que dele resultem por mitose.
A meiose é um tipo especial de divisão celular que reduz para metade o número de cromossomas das células. É através da meiose que uma célula diplóide origina células haplóides. Os gâmetas, na espécie humana e em muitas outras espécies, formam-se através deste processo. A meiose é assegurada por inúmeras proteínas que interagem para garantir que a progressão do fenómeno ocorra dentro da normalidade.
Os organismos que se reproduzem sexuadamente possuem ciclos de vida, em que alternam os processos de fecundação e de meiose e, consequentemente, verifica-se uma alternância de gerações de células diplóides e haplóides.


Bibliografia:
- Livros:
- CARRAJOLA, C.; CASTRO, M.J.; HILÁRIO, T. - Planeta com Vida 11º ano, Biologia (volume 1). 1ª Edição, Edições Santillana Constância, Carnaxide, 2007.
- RIBEIRO, E.; SILVA, J.C.; OLIVEIRA, O. - Desafios 11ºano, Biologia (volume 1). 1ª Edição, Edições ASA, Porto, 2007.
- Internet:
- http://formacao.es-loule.edu.pt/biogeo/biogeo11/bio/unid06/biogeo11_bio_unid06.htm
- www.youtube.com