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Em que circunstâncias um ovo de mamífero copia seu DNA?

Em que circunstâncias um ovo de mamífero copia seu DNA?



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No segundo episódio da nova série Cosmos, o apresentador Neil deGrasse Tyson mostra como o urso de pêlo branco poderia ter evoluído (razoável especulação científica, é claro).

Se você ainda não viu esse episódio, aqui está o link. Ótimo show, por falar nisso.

Então, mostra os ovos dos ursos, e passa a mostrar como pode ocorrer um erro na cópia do DNA, que leva ao mau funcionamento da produção do pigmento marrom. Aqui está um trecho do texto das legendas:

- grandes ursos vagavam pelos desertos congelados da Irlanda. - Pode parecer um urso comum, - mas algo extraordinário está acontecendo dentro dela. - Algo que dará origem a uma nova espécie. - Para vê-lo, teremos que descer a uma escala bem menor, ao nível celular, para podermos explorar o aparelho reprodutor do urso ... - Esses são alguns de seus óvulos. - Para ver o que está acontecendo em um deles, - nós teremos que ficar ainda menores. - Teremos que encolher ao nível molecular ... - Quando uma célula viva se divide em duas, - cada uma leva consigo uma cópia completa do DNA. - Uma proteína especializada faz a revisão para garantir - que apenas as letras certas são aceitas - para que o DNA seja copiado com precisão. - Mas ninguém é perfeito. - Ocasionalmente, ocorre um erro de revisão, - fazendo uma pequena mudança aleatória nas instruções genéticas. - Ocorreu uma mutação na célula-ovo do urso. - Um evento aleatório tão pequeno quanto este pode ter consequências em uma escala muito maior. - Essa mutação alterou o gene que controla a cor do pelo. - Afetará a produção de pigmento escuro na pele - da prole do urso.

Pelo meu conhecimento (não profissional, mas de amador apaixonado) de biologia, tive a impressão de que todos os ovos de mamíferos estão presentes no nascimento. Mas a história retratada no show envolve a cópia (errônea) do DNA. Vejo dissonância aí e gostaria de resolvê-la.


Os escritores do programa podem ter sido um tanto imprecisos por acidente ou intencionalmente para evitar detalhes excessivos.

Existem vários estágios diferentes de células-ovo, com nomes distintos para cada uma e para o processo que leva de uma a outra. Todo o processo de criação do óvulo é chamado de [Oogênese] .1 Para citar a Wikipedia:

A oogênese começa com o processo de desenvolvimento de oogonia, que ocorre por meio da transformação dos folículos primordiais em oócitos primários, um processo denominado oocitogênese. [4] A oocitogênese está completa antes ou logo após o nascimento.

Até onde sabemos, todos os oócitos primários estão presentes no nascimento. A próxima etapa do processo de maturação é chamada de ootidogênese, que produz uma ootídeo.

A fase seguinte da ootidogênese ocorre quando o oócito primário se transforma em ootídeo. Isso é conseguido pelo processo de meiose. Na verdade, um oócito primário é, por sua definição biológica, uma célula cuja função primária é se dividir pelo processo de meiose. [8]

No entanto, embora esse processo comece na idade pré-natal, ele pára na pró-fase I. No final da vida fetal, todos os oócitos, ainda primários, pararam neste estágio de desenvolvimento, denominado dictato. Após a menarca, essas células continuam a se desenvolver, embora apenas algumas o façam a cada ciclo menstrual.

A meiose I da ootidogênese começa durante o desenvolvimento embrionário, mas pára no estágio de diploteno da prófase I até a puberdade. O oócito de camundongo no estágio de dictado (diploteno prolongado) repara ativamente os danos ao DNA, enquanto o reparo de DNA não é detectável nos estágios de pré-dictato (leptoteno, zigoteno e paquiteno) da meiose

A replicação do DNA é concluída antes que ocorra a meiose. Portanto, os oócitos não replicam o DNA após o nascimento, mas sim reparar DNA para corrigir mutações que podem ocorrer após o nascimento, mas antes da concepção. Se o reparo do DNA falhar, as mutações podem persistir. Portanto, o programa parece estar errado sobre os óvulos que copiam o DNA de um urso adulto, mas certo quanto ao fato de que mutações podem ocorrer durante sua vida afetando seus descendentes.


Clonagem

2.2.6.5 Brasil

A pesquisa de clonagem começou no final da década de 1990 no Brasil, principalmente com foco em gado. Com o objetivo de fornecer um arcabouço legal para as atividades de clonagem no Brasil, o país está em processo de elaboração de um projeto de proposta para regulamentar a pesquisa, a produção, a importação e a comercialização de animais clonados (Comissão Europeia, 2013). Animais clonados são registrados por meio de organizações de criação: desde maio de 2009, o Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Mapa) alterou seu regulamento para permitir o registro de bovinos clonados na Associação Brasileira de Pecuária Zebu (ABCZ). O Zabu brasileiro representa cerca de 90% da base pecuária do Brasil.


Introdução

O desenvolvimento de métodos para manipular e modificar o genoma é uma conquista fundamental da biologia molecular. A integração de DNA estranho é uma daquelas técnicas amplamente utilizadas, que nos permite modificar o conteúdo genético de uma célula. O processo de integração começa com a entrega do DNA à célula. Muitos procedimentos de transfecção foram desenvolvidos para permitir que o DNA entre no citoplasma, mas sua passagem para o núcleo é mediada principalmente por processos celulares. 1,2 Após sua entrada no núcleo, uma grande proporção do DNA estranho é rapidamente degradado ou diluído entre as divisões celulares subsequentes. 3 No entanto, as moléculas que contêm uma origem de replicação (tipicamente derivada de vírus) podem persistir por longos períodos como epissomas de replicação extracromossômica sob certas condições (como expressão de antígenos tumorais virais ou associação com a matriz nuclear). 4 Alternativamente, em aproximadamente uma célula por mil, o DNA estranho introduzido se integrará ao DNA cromossômico (embora esta figura possa variar um pouco dependendo do tipo de célula). 5,6 Esse fenômeno não se limita às transfecções laboratoriais, pois muitos processos celulares naturais, como a integração do DNA de corpos apoptóticos, 7 o reparo de lesões cromossômicas por inserção de DNA mitocondrial, 8 ou eventos de retrotransposição, dão origem a de novo integração do DNA. 9,10 Assim, a integração do DNA pode ser vista como um processo natural contínuo, que pode ser aproveitado para introduzir artificialmente modificações no conteúdo genético de uma célula.

O DNA pode ser integrado aos cromossomos por dois processos principais: meios dependentes de homologia e integração ilegítima. As modificações do genoma dependentes de homologia dependem de mecanismos que fazem uso de semelhanças de sequência entre o DNA de entrada e o locus direcionado para induzir a recombinação homóloga. Esses processos geralmente dão origem a resultados previsíveis, de modo que as configurações dos loci modificados e do DNA integrado podem ser predefinidas pelos pesquisadores. As técnicas que empregam esses mecanismos têm inúmeras aplicações. 11 Entre outros, a recombinação homóloga de pequenos fragmentos (SFHR) emprega fragmentos de DNA curtos (400–800 pb) para modificar qualquer locus e pode ser usada para corrigir mutações pontuais. 12 Outras técnicas, como o direcionamento de genes clássico, são rotineiramente usadas para introduzir DNA em um local específico ou para nocautear genes. 13 No entanto, embora esses métodos sejam uma grande promessa para o campo da terapia gênica e para o desenvolvimento de ferramentas experimentais para investigar a dinâmica do genoma, devemos levar em consideração o fato de que uma proporção significativa de células integra DNA em seus genomas por meio de homologia independente meios, coletivamente referidos como integração ilegítima. Os eventos de integração ilegítima são geralmente mais frequentes do que a integração direcionada por homologia: a proporção de homologia contra a integração não dependente de homologia pode estar em qualquer lugar de 4: 1 a 1: 1 000 000, dependendo das condições experimentais e tipos de células, mas a integração ilegítima é normalmente 1000-10 000 vezes mais frequente do que a integração direcionada (ver Smith 14 e referências nele ) Esses mecanismos dão origem a estruturas integradas muito menos previsíveis, já que geralmente não se pode pré-selecionar o sítio genômico de integração, nem a estrutura do cromossomo de DNA estranho resultante. As condições que regem como a célula escolhe qual modo de integração empregar não são claras, mas podem ser ditadas pela disponibilidade dependente do ciclo celular de maquinário modificador de DNA: maquinário dependente de homologia está disponível principalmente em G2 / S, enquanto meios independentes de homologia são presente durante a maior parte do ciclo celular (veja abaixo). 15

Portanto, deve ser enfatizado que o DNA muitas vezes se integra ao genoma de maneiras que não entendemos totalmente, nem controlamos totalmente. No contexto da terapia gênica, é provável que a entrega local ou sistêmica de DNA às células resulte na integração ilegítima de moléculas de DNA. Isso parece acontecer em uma frequência baixa. 16,17 No entanto, veremos nesta revisão que a estrutura integrada resultante pode ser surpreendentemente complexa e imprevisível em comparação com a estrutura esperada de integração direcionada, tornando difícil avaliar os riscos inerentes a esses eventos (ver Figura 1).

Diferença entre a modificação do genoma direcionada por homologia e a integração ilegítima do DNA. (a) A estrutura cromossômica resultante da modificação direcionada por homologia é previsível. Observe que os mecanismos de modificação direcionados por homologia não implicam necessariamente na integração das moléculas de DNA ou RNA transfectadas, mas podem resultar de processos como a correção direcionada por modelo de heteroduplexes incompatíveis. (b) A integração ilegítima do DNA produz estruturas inesperadas que diferem no número de cópias do transgene e na estrutura do local de integração endógena. As linhas tracejadas representam possível degradação ou rearranjos.

Uma breve nota sobre a fonte de DNA integrador discutida nesta revisão, uma vez que muitos dos primeiros trabalhos feitos sobre integração ilegítima descreveram a integração do DNA viral. DNA viral per se parece se integrar ao genoma da mesma forma que qualquer DNA estranho. No entanto, os dados disponíveis sugerem que as integrases codificadas por vírus (como com retrovírus) podem direcionar o DNA de entrada para loci genômicos específicos e influenciar (pelo menos em parte) os mecanismos de integração. Na verdade, a caracterização dos processos de integração retroviral mostrou apenas uma dependência parcial dos fatores da célula hospedeira, sugerindo que os fatores virais também podem estar envolvidos na integração. 18,19,20 Assim, alguns eventos de integração de DNA viral parecem ser de natureza idêntica a qualquer tipo de integração de DNA estranho (por exemplo, DNA de SV40), enquanto aqueles que dependem da maquinaria codificada por vírus são claramente diferentes. Esses tipos de eventos específicos de vírus não serão considerados aqui, mas deve-se notar que muitos dos mecanismos envolvidos na integração ilegítima de DNA estranho também podem estar envolvidos, em um ponto ou outro, na integração do DNA viral.


Em que circunstâncias um ovo de mamífero copia seu DNA? - Biologia

Local de fertilização: ouriços-do-mar e muitos outros tipos de animais que vivem no oceano apenas liberam seus espermatozoides e óvulos na água. (Nota entre parênteses: as pessoas comuns usam a palavra "ovo" para se referir a todos os estágios, de oócitos não fertilizados a embriões iniciais, até a gastrulação ou até mais tarde. Todo embriologista profissional que conheci fez o mesmo. Os perfeccionistas às vezes se opõem a isso uso, e dizer que não está no ovo uma vez que é fertilizado.

Uma variação da fertilização externa usada por alguns invertebrados que se alimentam de filtros é que os espermatozoides sejam emitidos aleatoriamente na água, mas que os óvulos sejam mantidos no corpo e que os espermatozoides alcancem os óvulos a partir do fluxo de água bombeada pelo corpo dos pais . Muitos redutos do mar (tunicados) fazem isso, assim como muitas (ou todas) espécies de esponjas.

Quando as rãs copulam, o macho esguicha o esperma próximo ao local onde a fêmea esguicha os óvulos (oócitos). Muitos peixes se reproduzem aproximadamente da mesma maneira. Os pesquisadores podem pegar uma fêmea com uma das mãos e um macho com a outra, e apertar seus corpos o suficiente para que os óvulos e espermatozoides fluam para a mesma placa de Petri. Já fiz isso muitas vezes. Só funciona se os animais estiverem "maduros", na época de reprodução, e ainda não acasalaram.

Em algumas espécies de salamandras, os machos depositam globos de esperma no fundo dos tanques e as fêmeas chegam uma ou duas semanas depois e depositam os ovos em contato com as massas de esperma.

Em todos os répteis, pássaros e mamíferos (e em muitos tipos de peixes também), o macho insere esperma na extremidade inferior do oviduto da fêmea e a fertilização ocorre dentro do corpo da fêmea. A clara e a casca do ovo são secretadas ao redor do embrião em desenvolvimento inicial pelas paredes do oviduto.

Quimiotaxia? E questões relacionadas.

Embora o livro não mencione isso, existem várias formas muito diferentes de quimiotaxia, sem muito em comum, exceto o efeito líquido. Por exemplo, as células (B) podem comparar as concentrações locais de substâncias atrativas quimiotáticas em diferentes pontos da superfície de cada célula e, em seguida, se voltar para a direção em que a concentração for mais alta. Uma categoria diferente de quimiotaxia seria (B) se cada célula se movesse em uma linha aproximadamente reta e detectasse se a concentração de substância atrativa ao seu redor está se tornando mais alta ou mais baixa, de um momento para o outro, com cada célula dando uma volta aleatória em resposta à redução local da concentração de atrativos. Este é um método muito eficaz de concentrar células onde o atrativo está mais concentrado, e qualquer observador ingênuo pensará que o que está acontecendo deve ser que as células estão realmente detectando a direção do gradiente. Uma terceira possibilidade é (C) para células em movimento para comparar a concentração de atrativos em sua frente em comparação com a concentração de atrativos em sua extremidade traseira (ou para comparar concentrações em quaisquer duas concentrações ao longo do comprimento da célula), e fazer curvas aleatórias com mais frequência quando a concentração mais perto da frente torna-se menor do que a concentração perto da parte traseira.

A "ação de armadilha" também tende a ser interpretada como quimiotaxia. (D) Se as células pararem sempre que a concentração de atrativos se tornar alta, isso fará com que elas se acumulem no topo do gradiente e parecerá a muitos observadores que a quimiotaxia deve ter ocorrido. O mesmo efeito líquido pode ser alcançado se as células (E) pararem quando as concentrações de atrativos na frente e atrás forem altas e aproximadamente as mesmas.

Além de "atrair" espermatozoides para os oócitos e amebas do fungo viscoso umas para as outras, existem muitos fenômenos importantes de desenvolvimento nos quais células rastejantes ou nadadoras se acumulam em algum lugar, talvez em resposta a um gradiente químico. Os exemplos incluem o movimento de "células germinativas primordiais" especiais para o local onde os ovários e testículos se desenvolverão, bem como o movimento dos axônios do nervo em direção aos locais de formação de sinapses, especialmente fibras do nervo óptico que encontram conexões semelhantes a mapas no cérebro.

Os verdadeiros mecanismos moleculares desses fenômenos nunca serão descobertos, a menos que os pesquisadores sejam mais cuidadosos em distinguir entre tipos fundamentalmente diferentes de "quimiotaxia" como os listados acima. Poucos pesquisadores se dão ao trabalho.

Partenogênese significa o desenvolvimento de uma célula-ovo sem fertilização. Observe a semelhança desta palavra com Partenon, que era um templo para a deusa grega Atenas, e vem de uma palavra grega para "Virgem"

Várias espécies de peixes, salamandras e lagartos são "partenogênicos" e só têm fêmeas que produzem óvulos que se desenvolvem sem serem fertilizados ou, em alguns casos, são fertilizados por espermatozoides de espécies relacionadas, mas então os pronúcleos masculinos são destruídos ou expelidos, e servem apenas para iniciar o desenvolvimento do oócito.

Pulgões e alguns outros insetos se reproduzem principalmente por partenogênese, mas também produzem alguns oócitos que são fertilizados.

A propósito, os cientistas não têm certeza de por que todos os animais não se reproduzem por partenogênese, porque se todos os indivíduos fossem fêmeas, então o dobro de ovos poderiam ser produzidos. Portanto, há uma vantagem imediata de duas vezes na taxa de reprodução para mutações que produzem partenogênese. A explicação consensual é que, a longo prazo, a recombinação de genes de diferentes pais permite uma evolução mais rápida de melhorias, o suficiente para que as espécies que se reproduzem sexualmente conduzam as espécies partenogênicas à extinção, evoluindo as melhorias mais rapidamente. Isso é difícil de testar experimentalmente. Boas evidências vêm de situações raras em que muitas espécies de reprodução sexuada estão competindo diretamente com espécies de reprodução assexuada que estão intimamente relacionadas a elas. Se o ambiente mudar, quem será capaz de se adaptar e sobreviver?

Os blocos rápidos e lentos para a polispermia.

"Polispermia" significa a entrada de dois ou mais espermatozoides no mesmo oócito. O efeito é quase sempre que o ovócito se desenvolve de forma tão anormal que efetivamente morre. Portanto, há uma forte pressão evolutiva para evitar a polispermia, e muitos mecanismos diferentes evoluíram para impedir que mais esperma entrem depois do primeiro. A polispermia é tão letal para os espermatozoides quanto para os óvulos, observe.

Ovos de ouriços-do-mar produzem o que equivale a um escudo protetor, chamado de membrana de fertilização. Esta não é realmente uma membrana no sentido de uma bicamada lipídica. É uma camada de proteínas especiais que se fixam na superfície interna da membrana vitelina, que é uma camada gelatinosa que envolve os oócitos da maioria das espécies, incluindo humanos. Mas nenhum tipo de vertebrado forma uma membrana de fertilização.

Oócitos maduros contêm cerca de 10.000 a 20.000 vacúolos especiais em seu citoplasma próximo à superfície. Elas são chamadas de vesículas corticais e seu conteúdo é secretado logo após a fertilização. Essa secreção resulta da fusão da membrana plasmática do oócito com as membranas que formam a superfície dessas vesículas. As substâncias secretadas por essas vesículas contêm enzimas que digerem as moléculas de adesão pelas quais os espermatozoides grudam nos óvulos e nas geléias.

As vesículas corticais dos ovos de ouriço-do-mar também contêm as proteínas que formam a membrana de fertilização, além de enzimas que cortam as conexões entre a membrana vitelina e a superfície do ovo, e também contêm materiais solúveis que causam uma pressão osmótica que levanta e expande a membrana de fertilização.

Oócitos humanos e de outros mamíferos também contêm milhares de vesículas corticais, muito semelhantes às dos oócitos de ouriço-do-mar. Os nossos contêm enzimas que digerem as proteínas de adesão, através das quais os espermatozoides aderem aos oócitos. Nossos ovos não formam membranas de fertilização. Para os mamíferos, a digestão das proteínas de adesão é o principal meio de prevenção da polispermia, e essa perda de adesividade é chamada de "reação de zona". A embriologia humana e de mamíferos tem sido freqüentemente estudada por diferentes cientistas, que inventam nomes diferentes para processos e estruturas, em vez de usar os nomes usados ​​por outros embriologistas. Dois exemplos são "zona pelúcida" (= membrana vitelina) e "reação de zona".

Observe os três exemplos de fusão de membranas que ocorrem na fertilização:

1) Fusão da membrana do acrossomo com a membrana plasmática do espermatozóide, liberando assim as enzimas e outros materiais que estavam dentro do acrossomo.

2) Fusão da membrana plasmática do esperma com a membrana plasmática do ovócito.

3) Fusão da membrana plasmática do oócito com as membranas das vesículas corticais, liberando assim as enzimas e outros materiais que estavam dentro das vesículas corticais.

Os mecanismos para prevenir a polispermia são divididos em duas categorias, o bloqueio lento e o bloqueio rápido.

Na categoria de blocos lentos para a polispermia estão a membrana de fertilização e as enzimas que digerem as proteínas de adesão pelas quais os espermatozoides grudam nos óvulos.

O bloqueio rápido da polispermia é uma onda propagada de despolarização elétrica que se espalha rapidamente (em segundos) pela membrana plasmática do oócito. O mecanismo dessa despolarização elétrica é quase o mesmo que o mecanismo dos impulsos nervosos e das ondas de despolarização que coordenam a contração muscular. Antes da fertilização, os oócitos têm uma voltagem negativa em seu citoplasma em relação ao exterior de sua membrana plasmática. Essa voltagem é de cerca de 70 milivolts e tem a mesma causa que o potencial de repouso dos nervos e músculos. Essa causa é que a membrana plasmática é muito mais permeável aos íons de potássio do que a quaisquer outros íons, combinada com o fato de que certas enzimas da membrana chamadas "bomba de sódio" usam energia do ATP para bombear íons de potássio e íons de sódio para fora do citoplasma .

Íons vazando assumem a responsabilidade com eles e produzem um excesso de sua própria carga no local para o qual estão vazando. É por isso que o vazamento de íons de potássio (que são positivos) cria uma carga negativa no lado citoplasmático da membrana plasmática. Isso parece paradoxal, porque os íons de potássio estão mais concentrados dentro da célula do que fora e são carregados positivamente, mas estão criando uma carga negativa dentro da célula.

Este paradoxo é muito difícil para os autores de 95% dos livros didáticos de biologia (mesmo os nossos?). Eles não conseguem ver como os íons positivos que estão mais concentrados internamente podem estar causando uma carga negativa internamente. O que você deve ter em mente é que a voltagem não é causada por números absolutos de qualquer tipo de íon, mas pelo vazamento por um gradiente de concentração de forma que os íons positivos criem uma carga positiva no lado para o qual estão vazando.

Os impulsos nervosos são causados ​​por canais de sódio dependentes de voltagem. Estas são proteínas transmembrana que podem deixar os íons de sódio passarem, mas não os deixam passar, a menos que a diferença de voltagem entre o interior e o exterior seja reduzida para menos de 70 milivolts. Qualquer diminuição nesta voltagem em uma parte da superfície da célula causará a abertura desses canais de sódio, o resultado do qual é que os íons de sódio se difundirão de alta concentração para baixa concentração, ou seja, para dentro da célula. Eles carregam sua carga positiva para dentro e tornam a voltagem interna menos negativa. Isso despolariza todas as áreas próximas da membrana plasmática e é um ciclo de feedback positivo que se espalha rapidamente por toda a superfície.

O esperma só se fundirá com áreas da membrana plasmática que ainda têm a diferença de 70 milivolts. A abertura dos canais de sódio é uma maneira rápida de evitar que um oócito seja inserido por mais espermatozoides, após o primeiro. Esses mecanismos foram comprovados (em parte) pelo uso de microeletrodos para despolarizar os oócitos, antes que qualquer espermatozoide se fundisse a eles, e mostrando que isso impede a entrada de qualquer esperma. O experimento reverso foi usar eletrodos para manter ou restaurar a diferença de 70 milivolts, e o resultado é que um número ilimitado de espermatozoides pode entrar no oócito.

Os canais de íons de cálcio sensíveis à voltagem também se abrem quando o oócito se despolariza (quando a diferença de 70 milivolts diminui), e a despolarização também permite que o cálcio seja liberado dos sacos de membrana dentro dos oócitos. Podem ser comprados certos produtos químicos que emitem luz sempre que a concentração de cálcio aumenta o suficiente, e isso permite fazer filmes de lapso de tempo da onda de concentração aumentada de cálcio. Quase se está vendo a rápida expansão do bloco.

Um dos efeitos do cálcio é permitir que as vesículas corticais se fundam com a membrana plasmática da célula, secretando assim o conteúdo desses milhares de vacúolos especiais. Esse conteúdo inclui enzimas que digerem as proteínas especiais pelas quais os espermatozoides aderem à membrana plasmática do oócito e essa é a categoria mais comum de bloqueio lento à polispermia.

O bloqueio lento à polispermia tem mecanismos adicionais em oócitos de ouriços-do-mar e alguns outros tipos de animais, como a formação da membrana de fertilização, mencionada anteriormente.

Um problema secundário:
Tensões de membrana e efeitos elétricos em outros tipos de células do corpo.

Um fato pouco conhecido, que pode ser importante para pesquisas médicas futuras, é que quase todas as células do corpo têm potenciais de membrana, ou 50 ou mais milivolts negativos em seu interior. Essas tensões têm a mesma causa que nos nervos, músculos e oócitos, ou seja, uma maior concentração de potássio dentro de cada célula, combinada com vazamento constante de potássio para fora. Além disso, foram publicadas medições sobre a fração do ATP de cada célula que é gasta bombeando íons através de suas membranas plasmáticas e parece ser mais de um terço (!).

Se você colocar células de cultura de tecidos em gradientes de voltagem (= correntes elétricas DC), as células respondem de uma das várias maneiras, dependendo de qual tipo de célula diferenciada elas são. As células mesenquimais e as células musculares alinham-se perpendicularmente ao gradiente de voltagem. Os nervos se estendem axônios direcionalmente em direção ao eletrodo negativo, as células epidérmicas dos peixes rastejam rapidamente em direção ao eletrodo negativo e os osteoclastos e macrófagos rastejam em direção ao eletrodo positivo. Muitos cientistas publicaram trabalhos de pesquisa sobre esses fenômenos, que são muito fáceis de repetir e fornecem resultados consistentes.

AVISO - PERIGO DE ELETROCUÇÃO! : Para criar pequenos gradientes de voltagem de apenas um volt por milímetro em culturas de tecidos, você deve aplicar cem ou mais volts na câmara de cultura e nas coisas chamadas "pontes de sal". Portanto, embora seja fácil replicar experimentos no alinhamento de células eletricamente induzidas, essa pesquisa é fundamentalmente muito mais perigosa do que você esperaria. Então, eu não recomendo fazer isso

Divisões meióticas

As células que eventualmente se diferenciam em células de esperma (= espermatozóides) passam por ambas as divisões meióticas antes de se diferenciarem. Sua diferenciação inclui a) encolhimento do núcleo e inativação do DNA comprimido b) Formação de um flagelo, pelo qual os espermatozoides nadam ec) rompimento de quase todo o citoplasma, com algumas mitocôndrias remanescentes, envoltas em torno do base do flagelo.

Espermatozóides maduros têm sido chamados de 'DNA com motor externo'!

Existem várias grandes diferenças entre o desenvolvimento do esperma e do óvulo (oócito).

Os oócitos crescem muito em comparação com as células comuns. Os ovos de mamíferos e ouriços-do-mar têm cerca de 100 micrômetros (mícrons) de diâmetro, mas isso significa que seu volume é cerca de mil vezes maior do que uma célula comum de 10 mícrons de diâmetro. Oócitos de rãs, salamandras e peixes têm milímetros de diâmetro (1 milímetro = mil mícrons), de modo que seus volumes são milhões de vezes maiores que as células comuns. A gema de um ovo de ave é um único oócito, que foi fertilizado e começou a se desenvolver antes de o ovo ser posto. E para oócitos de aves e répteis, os diâmetros estão na faixa de centímetros.

Oócitos de todas as espécies ficam cheios de materiais alimentares, chamados de "gema", principalmente na forma de milhões de pequenos grânulos, cada um com alguns micrômetros de diâmetro. Bilhões de cópias do RNA mensageiro também são armazenados nos oócitos e também bilhões de RNAs mensageiros. Os núcleos do oócito precisam trabalhar muito para produzir todos esses RNAs e incham muito. Os núcleos do oócito ficam tão grandes que os primeiros embriologistas adivinharam que deviam ser algum tipo de vacúolo, ou algo assim, e os chamaram de vesícula germinativa. Eles não perceberam que este é o seu núcleo (gigantesco e sobrecarregado!). Portanto, os estudantes de embriologia eram sobrecarregados com mais uma palavra do vocabulário.

Uma grande diferença entre o desenvolvimento do espermatozóide e do óvulo é que os óvulos esperam até muito tarde em sua diferenciação antes de passarem pela meiose. Isso é para que aqueles outros 3 conjuntos de DNA cromossômico (que serão descartados nos corpos polares!) Possam trabalhar duro produzindo transcrições de RNA. Um resultado é que os primeiros estágios dos embriões produzem proteínas codificadas por todos os genes da mãe animal, incluindo quaisquer alelos diferentes que foram descartados nos corpos polares.

Outra diferença é que as divisões meióticas dos oócitos são muito desiguais, em vez de dividir a célula em duas células de tamanhos iguais, cada meiose produz um pequeno corpo polar. Eles contêm conjuntos completos de cromossomos, mas quase nenhum citoplasma. O local da superfície do oócito onde ocorreu a meiose é, por definição, denominado pólo animal. Esta é também a área com menos gema e com os menores grânulos de gema. E o lado oposto extremo do oócito (e embrião) é chamado de pólo vegetal. Sempre há mais gema, em relação ao citoplasma, mais próximo do polo vegetal. As pessoas estão começando a pensar que esses pólos são definidos pela distribuição da gema (como o livro sugere), mas realmente (ou originalmente) a definição do pólo animal é onde os corpos polares se formaram.

Os ovos da maioria das espécies não terminam a meiose antes de serem fertilizados. Isso é verdade para os humanos e para a maioria dos outros mamíferos. Nossos oócitos aguardam no estágio de metáfase da segunda divisão meiótica. Portanto, nossos embriões são efetivamente triplóides por cerca de uma hora após a fertilização. Até a conclusão da segunda divisão meiótica, existem três conjuntos de cromossomos no ovo fertilizado.

Os ouriços-do-mar são um dos únicos tipos de animais em que ambas as divisões meióticas já foram concluídas na época das fecundações. Raposas e cães são os únicos mamíferos em que nenhuma divisão meiótica ocorreu ainda quando seus oócitos são fertilizados.


Como a clonagem humana funcionará

No início da mania dos clones, alguns cientistas e empresas se concentraram em explorar os aspectos de ficção científica da tecnologia. Por exemplo, Zavos e Antinori, mencionados anteriormente, tinham como objetivo desenvolver a clonagem para ajudar casais inférteis - no valor de aproximadamente US $ 50.000 pelo serviço. O grupo disse que o procedimento envolveria a injeção de células de um homem infértil em um óvulo, que seria inserido no útero da mulher. Essa criança seria parecida com o pai. Depois, há a possibilidade de trazer parentes falecidos de volta à vida. Uma empresa extinta chamada Genetics Savings & amp Clone realizou este tipo de clonagem para o gato morto de uma mulher, Little Nicky, em 2004.

­Clonagem terapeutica contém a maior promessa de valioso avanço médico. A clonagem terapêutica é o processo pelo qual o DNA de uma pessoa é usado para desenvolver um clone embrionário. No entanto, em vez de inserir este embrião em uma mãe substituta, suas células são usadas para cultivar células-tronco. Essas células-tronco podem se tornar a base para kits de reparo humanos personalizados. Eles podem desenvolver órgãos substitutos, como coração, fígado e pele. Eles também podem ser usados ​​para cultivar neurônios para curar aqueles que sofrem de Alzheimer, Parkinson ou síndrome de Rett. E como as células-tronco viriam de clones de embriões usando o DNA de sua própria célula, seu corpo as aceitaria prontamente. Para obter informações mais detalhadas sobre células-tronco, você pode ler Como funcionam as células-tronco.

Veja como funciona a clonagem terapêutica:

  • O DNA é extraído de uma pessoa doente.
  • O DNA é então inserido em um óvulo doador enucleado.
  • O ovo então se divide como um ovo fertilizado típico e forma um embrião.
  • As células-tronco são removidas do embrião.
  • Qualquer tipo de tecido ou órgão pode ser cultivado a partir dessas células-tronco para tratar várias doenças e enfermidades.

Para clonar embriões humanos, entretanto, você precisa de ovos. If therapeutic cloning were to begin in earnest, it could increase the demand for such eggs and potentially create additional moral questions regarding the donors [source: Lamb]. Speaking of ethics, there's plenty of related debate to go around when it comes to human cloning.

Human reproductive cloning probably won't be a reality any time soon, but you can indulge your curiosity with a few cloning film selections.


14.3 Noções básicas de replicação de DNA

A elucidação da estrutura da dupla hélice forneceu uma dica de como o DNA se divide e faz cópias de si mesmo. Este modelo sugere que as duas fitas da dupla hélice se separam durante a replicação, e cada fita serve como um modelo a partir do qual a nova fita complementar é copiada. O que não ficou claro foi como a replicação ocorreu. There were three models suggested (Figure 14.12): conservative, semi-conservative, and dispersive.

Na replicação conservadora, o DNA parental permanece junto e as fitas filhas recém-formadas ficam juntas. O método semiconservador sugere que cada uma das duas fitas de DNA parental atuem como um modelo para o novo DNA a ser sintetizado após a replicação, cada DNA de fita dupla inclui uma fita parental ou "velha" e uma "nova" fita. No modelo dispersivo, ambas as cópias de DNA têm segmentos de fita dupla de DNA parental e DNA recém-sintetizado intercalados.

Meselson e Stahl estavam interessados ​​em entender como o DNA se replica. Eles cresceram E. coli for several generations in a medium containing a “heavy” isotope of nitrogen ( 15 N) that gets incorporated into nitrogenous bases, and eventually into the DNA (Figure 14.13).

o E. coli a cultura foi então transferida para meio contendo 14 N e deixada crescer por uma geração. As células foram colhidas e o DNA foi isolado. O DNA foi centrifugado em alta velocidade em uma ultracentrífuga. Algumas células puderam crescer por mais um ciclo de vida em 14 N e giraram novamente. Durante a centrifugação em gradiente de densidade, o DNA é carregado em um gradiente (normalmente um sal, como cloreto de césio ou sacarose) e girado em altas velocidades de 50.000 a 60.000 rpm. Nessas circunstâncias, o DNA formará uma faixa de acordo com sua densidade no gradiente. O DNA cultivado em 15 N se agrupará em uma posição de densidade mais alta do que aquele cultivado em 14 N. Meselson e Stahl observaram que após uma geração de crescimento em 14 N após terem sido deslocados de 15 N, a banda única observada era intermediária na posição em entre DNA de células cultivadas exclusivamente em 15 N e 14 N. Isso sugere um modo de replicação semiconservativo ou dispersivo. O DNA colhido de células cultivadas por duas gerações em 14 N formou duas bandas: uma banda de DNA estava na posição intermediária entre 15 N e 14 N, e a outra correspondia à banda de 14 N de DNA. Esses resultados só poderiam ser explicados se o DNA se replicasse de maneira semiconservadora. Portanto, os outros dois modos foram excluídos.

Durante a replicação do DNA, cada uma das duas fitas que compõem a dupla hélice serve como um modelo a partir do qual as novas fitas são copiadas. A nova vertente será complementar à vertente parental ou “antiga”. Quando duas cópias filhas de DNA são formadas, elas têm a mesma sequência e são divididas igualmente nas duas células filhas.


Introdução

Nutritional reserves that are stored in egg yolk are crucial for the development of the embryo of nonmammalian oviparous vertebrates [1]. In the extant egg-laying (oviparous) species that are closest to mammals—reptiles and birds—the composition of yolk is well known [1,2]. It mainly consists of proteins, lipids, phosphorous, and calcium, most of which are either contained in or transported to the egg by vitellogenin (VTG), which is produced in the liver. Thus, yolk constitutes an essential resource in these species, because these nutrients cannot be provided from the exterior to the developing egg [3].

In contrast, “placental” mammals (eutherians) are thought to have replaced the role of VTG through the establishment of a vascularized, chorioallantoic placenta, which builds a controlled interface between the developing embryo/fetus and its mother, together with subsequent milk feeding of the suckling after birth [4–6] (Figure 1).

The topology and divergence times of the tree are based on previous studies [19,24,25,41]. Latin crosses indicate VIT inactivation events in eutherians and monotremes. Inactivation estimates (including approximated 95% prediction intervals) based on opossum VIT sequences are indicated by colored bars at the top (see also Figure 3). Duplications (“x2”) are indicated. VITanc is the likely ancestor of both the amphibian vtgA1/vtgA2 e VIT2/VIT3 genes in birds. Funcional VIT genes in extant species are indicated in red. The inactivation time of VIT1* on the amphibian branch could not be estimated because of its absence in Xenopus tropicalis .

In marsupials (metatherians), lactation is prolonged and more sophisticated than in eutherians [7,8] (Figure 1). Marsupials also have a placenta, originating from the yolk sac [9], but the marsupial oocyte contains considerably more yolk than that of eutherians [10,11], which is virtually devoid of it. The marsupial yolk reserve is assumed to be essential during the earliest development of the embryo, complementing the uptake of uterine secretions by the yolk sac, prior to shell coat rupture [12]. However, the content of marsupial yolk is not well known [11]. The presence of (transient) yolk-sac placentae [13] and lecithotrophic (yolk-dependent) viviparity in lizards may provide a model for an early form of a still VTG-dependent marsupial. However, the increasing provision of nutrients through more advanced lactation and a placenta during marsupial evolution may have gradually reduced selective pressure to preserve large yolk reserves, which are exclusively designated to the developing embryo/fetus until birth.

Monotremes (prototherians) are the only extant oviparous mammalian species (Figure 1). They possess mammary glands like marsupials and eutherians, but teats are absent and milk is supplied to the offspring by leakage onto the abdominal milk patch [4]. Thus, the combination of a primitive mode of lactation—which is likely similar to that of the common mammalian ancestor [6]—and oviparity in these species may give insights into the relationship between lactation and nutrient reserves in the oocyte, as lactation might have at least partially replaced oocyte resources. Indeed, the eggs (∼2 cm in diameter) of the duck-billed platypus, one of three extant monotreme lineages, are very small in proportion to body size, when compared with, for example, bird and reptile eggs [4]. Nevertheless, monotreme eggs still contain considerable quantities of yolk compared with those of marsupials and eutherians. However, the molecular composition of this yolk is not documented in detail [14].

To understand the transition from yolk-dependent nourishment toward the alternative resources—lactation and placentation—available for the mammalian embryo, fetus, and new-born offspring, we set out to elucidate in detail the evolutionary fate of the genes coding for the fundamental egg yolk resource, VTG, in mammals.


Ovulation (HPG Axis)

  • Hypothalmus releases gonadotropin releasing hormone (GRH, luteinizing hormone–releasing hormone, LHRH) -> Pituitary releases follicle stimulating hormone (FSH) and lutenizing hormone (LH) -> ovary follicle development and ovulation.
    • release of the secondary oocyte and formation of corpus luteum
    • secondary oocyte encased in zona pellucida and corona radiata

    Gastrulação

    The typical blastula is a ball of cells. O próximo estágio no desenvolvimento embrionário é a formação do plano corporal. The cells in the blastula rearrange themselves spatially to form three layers of cells. Este processo é chamado gastrulação. During gastrulation, the blastula folds upon itself to form the three layers of cells. Each of these layers is called a germ layer and each germ layer differentiates into different organ systems.

    The three germs layers, shown in Figure 4, are the endoderm, the ectoderm, and the mesoderm. The ectoderm gives rise to the nervous system and the epidermis. O mesoderma dá origem às células musculares e ao tecido conjuntivo do corpo. The endoderm gives rise to columnar cells found in the digestive system and many internal organs.

    Figure 4. The three germ layers give rise to different cell types in the animal body. (credit: modification of work by NIH, NCBI)

    Are Designer Babies in Our Future?

    Figure 5. This logo from the Second International Eugenics Conference in New York City in September of 1921 shows how eugenics attempted to merge several fields of study with the goal of producing a genetically superior human race.

    If you could prevent your child from getting a devastating genetic disease, would you do it? Would you select the sex of your child or select for their attractiveness, strength, or intelligence? How far would you go to maximize the possibility of resistance to disease? The genetic engineering of a human child, the production of “designer babies” with desirable phenotypic characteristics, was once a topic restricted to science fiction. This is the case no longer: science fiction is now overlapping into science fact. Many phenotypic choices for offspring are already available, with many more likely to be possible in the not too distant future. Which traits should be selected and how they should be selected are topics of much debate within the worldwide medical community. The ethical and moral line is not always clear or agreed upon, and some fear that modern reproductive technologies could lead to a new form of eugenics.

    Eugenics is the use of information and technology from a variety of sources to improve the genetic makeup of the human race. The goal of creating genetically superior humans was quite prevalent (although controversial) in several countries during the early 20 th century, but fell into disrepute when Nazi Germany developed an extensive eugenics program in the 1930’s and 40’s. As part of their program, the Nazis forcibly sterilized hundreds of thousands of the so-called “unfit” and killed tens of thousands of institutionally disabled people as part of a systematic program to develop a genetically superior race of Germans known as Aryans. Ever since, eugenic ideas have not been as publicly expressed, but there are still those who promote them.

    Efforts have been made in the past to control traits in human children using donated sperm from men with desired traits. In fact, eugenicist Robert Klark Graham established a sperm bank in 1980 that included samples exclusively from donors with high IQs. The “genius” sperm bank failed to capture the public’s imagination and the operation closed in 1999.

    In more recent times, the procedure known as prenatal genetic diagnosis (PGD) has been developed. PGD involves the screening of human embryos as part of the process of em vitro fertilization, during which embryos are conceived and grown outside the mother’s body for some period of time before they are implanted. The term PGD usually refers to both the diagnosis, selection, and the implantation of the selected embryos.

    In the least controversial use of PGD, embryos are tested for the presence of alleles which cause genetic diseases such as sickle cell disease, muscular dystrophy, and hemophilia, in which a single disease-causing allele or pair of alleles has been identified. By excluding embryos containing these alleles from implantation into the mother, the disease is prevented, and the unused embryos are either donated to science or discarded. There are relatively few in the worldwide medical community that question the ethics of this type of procedure, which allows individuals scared to have children because of the alleles they carry to do so successfully. The major limitation to this procedure is its expense. Not usually covered by medical insurance and thus out of reach financially for most couples, only a very small percentage of all live births use such complicated methodologies. Yet, even in cases like these where the ethical issues may seem to be clear-cut, not everyone agrees with the morality of these types of procedures. For example, to those who take the position that human life begins at conception, the discarding of unused embryos, a necessary result of PGD, is unacceptable under any circumstances.

    A murkier ethical situation is found in the selection of a child’s sex, which is easily performed by PGD. Currently, countries such as Great Britain have banned the selection of a child’s sex for reasons other than preventing sex-linked diseases. Other countries allow the procedure for “family balancing”, based on the desire of some parents to have at least one child of each sex. Still others, including the United States, have taken a scattershot approach to regulating these practices, essentially leaving it to the individual practicing physician to decide which practices are acceptable and which are not.

    Even murkier are rare instances of disabled parents, such as those with deafness or dwarfism, who select embryos via PGD to ensure that they share their disability. These parents usually cite many positive aspects of their disabilities and associated culture as reasons for their choice, which they see as their moral right. To others, to purposely cause a disability in a child violates the basic medical principle of Primum non nocere, “first, do no harm.” This procedure, although not illegal in most countries, demonstrates the complexity of ethical issues associated with choosing genetic traits in offspring.

    Where could this process lead? Will this technology become more affordable and how should it be used? With the ability of technology to progress rapidly and unpredictably, a lack of definitive guidelines for the use of reproductive technologies before they arise might make it difficult for legislators to keep pace once they are in fact realized, assuming the process needs any government regulation at all. Other bioethicists argue that we should only deal with technologies that exist now, and not in some uncertain future. They argue that these types of procedures will always be expensive and rare, so the fears of eugenics and “master” races are unfounded and overstated. The debate continues.

    In Summary: Early Embryonic Development

    The early stages of embryonic development begin with fertilization. O processo de fertilização é rigidamente controlado para garantir que apenas um espermatozoide se funda com um óvulo. Após a fertilização, o zigoto sofre clivagem para formar a blástula. The blastula, which in some species is a hollow ball of cells, undergoes a process called gastrulation, in which the three germ layers form. The ectoderm gives rise to the nervous system and the epidermal skin cells, the mesoderm gives rise to the muscle cells and connective tissue in the body, and the endoderm gives rise to columnar cells and internal organs.


    Termos de Biologia Relacionados

    • Haploid – Organism with only one copy of each gene in each cell, or gametes with such.
    • Diplóide – Two copies of each gene, per cell.
    • PolyploidDominance – Multiple (more than two) copies of each gene per cell.
    • Sister Chromatids – The replicated DNA that exist as a single chromosome until separated in anaphase.

    1. A cell is going through meiosis. The sister chromatids are lined up on the metaphase plate. What phase of meiosis is this?
    UMA. Metafase I
    B. Prófase II
    C. Metáfase II

    2. An adult organism has 60 chromosomes or 30 homologous chromosomes. 30 are maternally derived, 30 are paternally derived. How many chromosomes are in each cell after mitosis?
    UMA. 60 chromosomes, 30 homologs.
    B. 120 chromosomes, 60 homologs.
    C. 30 chromosomes, no homologs.

    3. An adult organism has 60 chromosomes or 30 homologous pairs of chromosomes. 30 are maternally derived, 30 are paternally derived. How many chromosomes are in each cell after meiosis?
    UMA. 30 chromosomes, no homologous chromosomes.
    B. 60 chromosomes, 30 homologous chromosomes.
    C. 120 chromosomes, 60 homologous chromosomes.


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