Mitose e meiose

Um corte raso no dedo, feito ao descascar uma fruta na segunda-feira, está fechado no domingo. Debaixo da crosta, as células da borda do corte se dividiram dezenas de vezes, e cada célula nova nasceu com os mesmos 46 cromossomos da célula que a originou: nem 45, nem 47. No mesmo corpo, num ovário ou num testículo, outra célula com 46 cromossomos entrou numa divisão diferente, que durou mais e produziu células com 23. Se essas células não existissem, a fecundação somaria 46 + 46 e cada geração teria o dobro de cromossomos da anterior; em dez gerações, mil vezes mais. Dois irmãos nascidos do mesmo casal são parecidos e diferentes ao mesmo tempo porque cada um veio de dois gametas com 23 cromossomos sorteados, de dois modos, entre os 46 de cada genitor.

As duas cenas são as duas divisões celulares. A mitose copia: uma célula origina duas, com o mesmo número de cromossomos e a mesma informação genética. A meiose reduz e embaralha: uma célula diploide origina quatro, com metade dos cromossomos e combinações diferentes deles. Toda a página cabe nessa fronteira, e toda questão de prova sobre o assunto testa se você sabe de que lado dela está uma situação dada: o joelho ralado, a ameba que se parte ao meio, o espermatozoide, o esporo da samambaia, o zangão da colmeia.

Para acompanhar qualquer uma das duas divisões basta uma habilidade: contar. Cromossomos, cromátides e moléculas de DNA, por célula, em cada etapa, sabendo que esses três números nem sempre coincidem. Esta página começa por aí, com o vocabulário mínimo e a conta da fase S; percorre a mitose, fase a fase, e a diferença entre célula animal e vegetal; percorre a meiose nas suas duas divisões, com o pareamento dos homólogos, o crossing-over e a segregação independente; põe as duas lado a lado num quadro; mostra onde cada uma acontece, do ovário ao musgo; desce à gametogênese humana e aos erros da meiose que produzem um cromossomo a mais; e termina com uma chave para identificar a fase e o tipo de divisão numa figura, com o experimento da raiz de cebola e com os erros que os itens de prova exploram. O núcleo, a cromatina, o cariótipo e o ciclo celular com os seus pontos de checagem têm página própria em núcleo e ciclo celular; aqui entram só no que a divisão exige.

Por que uma célula se divide, e por que há duas maneiras de fazê-lo

Três motivos levam uma célula a se dividir, e os três pedem cópias. Crescer: você começou como uma célula, o zigoto, e é hoje algo como trinta trilhões de células, todas descendentes dela por divisões sucessivas; a ponta de uma raiz se alonga porque um tecido na extremidade se divide sem parar. Repor: as células do forro do intestino vivem poucos dias, as hemácias cerca de quatro meses, a camada mais externa da pele descama o tempo todo, e tudo isso é substituído por células novas nascidas de divisão. Reparar: o corte do dedo fecha porque as células das bordas se dividem até as duas frentes se tocarem. Nos três casos, a célula nova precisa ser igual à anterior: uma célula de pele nova que não fosse de pele seria um problema, não uma solução.

Há um quarto motivo, que pede o contrário. Numa espécie com reprodução sexuada, dois gametas se fundem na fecundação, e o zigoto recebe os cromossomos dos dois. Se cada gameta levasse o conjunto completo, o número dobraria a cada geração. Alguma divisão, em algum ponto do ciclo de vida, precisa produzir células com metade dos cromossomos. E, já que vai reduzir, essa divisão pode fazer mais: misturar os cromossomos de origem materna e paterna, de modo que cada gameta carregue uma combinação nova.

A definição pelo resultado desmonta uma confusão frequente, “mitose é para crescer, meiose é para reproduzir”. Uma ameba que se parte ao meio está se reproduzindo, e faz mitose: as duas amebas são clones, com o mesmo número de cromossomos; a reprodução dela é assexuada, sem gametas, sem fecundação, sem nada a reduzir. Uma estaca de planta que enraíza, o broto de uma levedura, a muda de bananeira ao lado da planta-mãe: reprodução, e mitose. A meiose só é necessária onde há fecundação pela frente.

O vocabulário mínimo: cromossomo, cromátide, centrômero, homólogo, n e C

Toda a contagem desta página depende de cinco palavras usadas com precisão. A página do núcleo trata da cromatina, do cariótipo e da interfase em detalhe; aqui fica o necessário para contar.

Um cromossomo é uma molécula de DNA muito longa, enrolada em proteínas. Fora da divisão ele existe pouco compactado, como cromatina; na divisão, compacta-se num bastão visível ao microscópio óptico. É o mesmo objeto em dois estados, e ele não “surge” na divisão.

Na fase S da interfase, antes de qualquer divisão, cada molécula de DNA é copiada inteira. A partir daí o cromossomo é formado por duas cromátides-irmãs, cópias idênticas unidas numa região chamada centrômero. Aqui está a convenção que resolve metade das questões: cromossomos contam-se pelos centrômeros; moléculas de DNA contam-se pelas cromátides. Um cromossomo duplicado é um cromossomo (um centrômero) com duas moléculas de DNA. Depois da fase S, uma célula humana continua com 46 cromossomos, agora com 92 moléculas de DNA.

Numa célula diploide ($2n$), os cromossomos formam pares de homólogos: dois cromossomos do mesmo tamanho, com os mesmos genes na mesma ordem, um recebido do gameta materno e outro do paterno. Homólogos não são cópias: podem carregar versões diferentes (alelos) dos mesmos genes. Nos seres humanos, $2n = 46$ significa 23 pares, e não 46 pares. Uma célula haploide ($n$) tem um cromossomo de cada tipo: $n = 23$ nos gametas humanos.

A quantidade de DNA recebe uma notação própria, para não se confundir com o número de cromossomos: C é o DNA nuclear de um conjunto haploide não duplicado, isto é, de um gameta. Uma célula diploide recém-nascida de uma mitose tem 2C; depois da fase S, 4C; um gameta, 1C.

A tabela abaixo fixa a convenção numa célula humana, antes de qualquer divisão.

Para outras espécies a conta é a mesma, com outro $n$. O número de cromossomos não mede complexidade: é só o número de pacotes em que o DNA da espécie está repartido.

Exemplo resolvido: a célula do cão. O cão tem $2n = 78$. (a) Quantos cromossomos tem um espermatozoide de cão? (b) Uma célula da pele de cão que acabou de terminar a fase S tem quantos cromossomos e quantas moléculas de DNA nuclear? © Se os gametas de cão fossem diploides, quantos cromossomos teria um filhote da terceira geração de fecundações?

(a) Gameta é $n$: $78 \div 2 = 39$. (b) Continua com 78 cromossomos, contados pelos centrômeros, cada um com duas cromátides: $2 \times 78 = 156$ moléculas de DNA. © $78 + 78 = 156$ na primeira geração; $312$ na segunda; $624$ na terceira. Oito vezes o número da espécie em três gerações.

Conferência. O item © é a demonstração de que a redução meiótica é obrigatória: como o número de cromossomos do cão é 78 há muitas gerações, os gametas não podem ser diploides. E (b) confere com a convenção: a fase S dobrou o DNA, não os centrômeros.

A replicação vem antes: a divisão reparte, não copia

Quando qualquer divisão começa, o DNA já foi copiado. A cópia aconteceu na fase S da interfase, que leva horas, enquanto a divisão propriamente dita ocupa uma fração pequena do ciclo: numa célula humana em cultura, da ordem de uma hora num ciclo de cerca de 24. A divisão não produz DNA novo; ela separa cópias feitas antes e as distribui entre as células-filhas. A regra vale para a mitose e para a meiose, com uma diferença decisiva: antes da mitose há uma replicação e uma divisão; antes da meiose há uma replicação e duas divisões, sem nova fase S entre elas. É essa segunda divisão sem cópia que faz o número de cromossomos cair pela metade.

A conta da fase S, a replicação semiconservativa e os pontos de checagem que liberam a divisão estão em núcleo e ciclo celular. Daqui em diante, a célula que entra em divisão já tem cada cromossomo com duas cromátides.

Mitose: uma célula, duas cópias

A mitose é contínua; os nomes das fases são marcos postos numa sequência sem cortes, e a maneira de aprendê-los é perguntar, a cada marco, o que mudou em relação ao anterior. O que muda é sempre um de quatro atores: os cromossomos, o envoltório nuclear, o fuso e, na célula animal, os centríolos. Acompanhe na figura com uma célula-modelo de $2n = 4$ (dois pares de homólogos, 1 e 1′, 2 e 2′), que entra em divisão com os quatro cromossomos duplicados.

Prófase. A cromatina se compacta, e os cromossomos duplicados tornam-se visíveis como bastões de duas cromátides; o nucléolo desaparece. No citoplasma, os microtúbulos do citoesqueleto se desmontam e se remontam num fuso que cresce a partir de dois centros organizadores (nas células animais, cada um com um par de centríolos), que se afastam para polos opostos. No fim da prófase (alguns livros chamam esse trecho de prometáfase), o envoltório nuclear se fragmenta em vesículas, e as fibras do fuso alcançam os cromossomos, prendendo-se a cada cromátide por uma estrutura proteica do centrômero, o cinetócoro.

Metáfase. Puxados dos dois lados, os cromossomos se acomodam no plano médio da célula, a placa metafásica (ou equatorial), no grau máximo de compactação. Cada cromátide está presa a um polo diferente. É a fase em que os cromossomos são fotografados para montar um cariótipo, e é também o ponto de checagem da divisão: enquanto houver um único cinetócoro solto, a fase seguinte não é liberada. É isso que garante que nenhuma célula-filha fique sem um cromossomo.

Anáfase. A proteína que mantinha as cromátides unidas é cortada; os centrômeros se separam, e cada cromátide, agora um cromossomo-filho, é puxada para o seu polo, com os microtúbulos se encurtando. Neste intervalo, a célula tem, por alguns minutos, o dobro de cromossomos: oito na célula-modelo, 92 numa célula humana, e é assim que se contam, porque cada cromátide ganhou o seu próprio centrômero.

Telófase. Os dois grupos chegam aos polos. Em torno de cada um, as vesículas do envoltório se fundem e refazem o núcleo; os cromossomos se descompactam em cromatina; o nucléolo reaparece; o fuso se desfaz. Há dois núcleos, cada um com o conjunto completo.

Citocinese. É a divisão do citoplasma, em geral simultânea à telófase, e é onde célula animal e célula vegetal diferem, por causa da parede. Na célula animal, um anel contrátil de filamentos de actina e miosina se forma sob a membrana, no equador, e se aperta, estrangulando a célula de fora para dentro até separá-la em duas. Na célula vegetal, a parede rígida impede o estrangulamento; em vez disso, vesículas vindas do complexo de Golgi, carregadas de material de parede, se acumulam no equador e se fundem numa placa celular, que cresce do centro para as bordas até encostar na parede antiga. A célula vegetal é dividida de dentro para fora, e a membrana de cada vesícula vira membrana plasmática nova.

E as bactérias? Elas também se dividem ao meio, e o processo se chama fissão binária, não mitose: não há núcleo a desfazer, não há fuso de microtúbulos nem cromátides de cromossomos lineares. O cromossomo circular é copiado, e as duas cópias são puxadas para lados opostos enquanto a célula se alonga e se estrangula. O resultado é análogo (duas células iguais); o mecanismo, não. A ameba, eucarionte, faz mitose; a Escherichia coli, procarionte, faz fissão binária.

Contar ao longo da mitose

A tabela é a que decide os itens com número. Célula humana, $2n = 46$.

Dois pontos escapam a quem decora só o resultado. Na anáfase, antes de a citocinese repartir, há 92 cromossomos de uma cromátide numa célula só: o número de cromossomos dobrou no instante em que os centrômeros se separaram, e a quantidade de DNA continuou 4C. E a queda de 4C para 2C no fim da mitose não é perda de DNA: uma célula virou duas, e o total se conservou ($4\text{C} = 2\text{C} + 2\text{C}$).

Exemplo resolvido: uma frase para cada fase. Uma célula humana está em cada uma das situações abaixo. Dê o número de cromossomos e a quantidade de DNA por célula. (a) Metáfase da mitose. (b) Anáfase da mitose. © Célula-filha logo após a citocinese. (d) A mesma célula-filha, se fosse de mosca-das-frutas ($2n = 8$), na anáfase.

(a) 46 cromossomos, cada um com duas cromátides: 4C. (b) Os centrômeros se separaram: 92 cromossomos-filhos de uma cromátide, 4C, ainda na mesma célula. © 46 cromossomos de uma cromátide: 2C. (d) Na mosca, $2n = 8$: 16 cromossomos-filhos na anáfase, 4C.

Conferência. Em (b) e (d), a quantidade de DNA não mudou entre metáfase e anáfase: separar centrômeros não cria nem destrói moléculas. O que mudou foi o critério de contagem, porque cada cromátide passou a ter centrômero próprio.

Meiose I: a divisão que faz a diferença

A meiose começa como a mitose, com a célula diploide saindo da fase S com todos os cromossomos duplicados (4C). A partir daí, tudo o que distingue a meiose acontece na primeira divisão, e o protagonista é o par de homólogos.

Prófase I. É longa, muito mais que a prófase da mitose (dias ou semanas em muitas espécies; anos, no caso dos ovócitos humanos, como se verá). Além de compactar os cromossomos, desfazer o envoltório e montar o fuso, ela faz o que a mitose nunca faz: cada cromossomo duplicado se alinha lado a lado com o seu homólogo, gene a gene. Esse pareamento chama-se sinapse, e o conjunto formado, com quatro cromátides, é uma tétrade (ou bivalente). Pareados, cromátides de homólogos diferentes (não irmãs) trocam pedaços entre si: é o crossing-over, ou permutação. Os pontos em que as cromátides aparecem cruzadas, visíveis ao microscópio, são os quiasmas. O cromossomo 1, de origem materna, e o 1′, de origem paterna, saem da prófase I recombinados: cada um carrega agora trechos do outro.

Metáfase I. O que se alinha no plano médio não são cromossomos isolados, como na mitose, e sim os pares de homólogos, lado a lado. Cada cromossomo do par está preso, pelo centrômero inteiro, a um polo; o homólogo dele, ao polo oposto. E a orientação de cada par (qual membro ficou voltado para qual polo) é sorteada independentemente da dos outros pares.

Anáfase I. Os homólogos se separam: cada polo recebe um cromossomo de cada par, ainda com as duas cromátides unidas. Os centrômeros não se dividem. É a diferença decisiva em relação à anáfase da mitose, em que se separam cromátides.

Telófase I e citocinese. Formam-se duas células. Cada uma tem $n$ cromossomos (um de cada par), mas cada cromossomo ainda tem duas cromátides: $n$, 2C. Em muitas espécies o envoltório nem chega a se refazer, e a célula segue direto para a segunda divisão. Não há nova fase S.

A meiose I é chamada reducional: é nela que o número de cromossomos cai de $2n$ para $n$. Repare na ordem dos acontecimentos: a célula ficou haploide antes de separar as cromátides. Entre o fim da meiose I e a anáfase II existe uma célula com 23 cromossomos de duas cromátides, e essa combinação não ocorre em nenhum momento de uma mitose humana. É a assinatura da meiose I.

Meiose II: a mitose de uma célula haploide

Cada uma das duas células haploides entra numa segunda divisão sem replicar o DNA. A meiose II se parece com uma mitose em tudo: os cromossomos, ainda de duas cromátides, se alinham um a um no plano médio (metáfase II); os centrômeros se dividem e as cromátides migram para os polos (anáfase II); formam-se núcleos (telófase II) e o citoplasma se reparte. A diferença é o ponto de partida: a célula tinha $n$ cromossomos de duas cromátides (2C) e termina com $n$ cromossomos de uma cromátide (1C). A meiose II é chamada equacional: o número de cromossomos não muda ($n \to n$); o que cai é a quantidade de DNA.

O resultado da meiose inteira: quatro células haploides, com 1C de DNA cada, geneticamente diferentes entre si. Diferentes por dois motivos, nenhum dos quais exige genética para ser contado.

As duas fontes de variabilidade

Segregação independente dos homólogos. Na metáfase I, cada par de homólogos se orienta de duas maneiras possíveis em relação aos polos, e a orientação de um par não influencia a dos outros. Com $n$ pares, há $2^n$ combinações de cromossomos inteiros possíveis nos gametas de um mesmo indivíduo. Na célula-modelo, $2^2 = 4$; numa espécie com $2n = 6$, $2^3 = 8$; numa pessoa, $2^{23} = 8\,388\,608$: mais de oito milhões de gametas diferentes só por embaralhar cromossomos inteiros, sem contar nenhuma troca de pedaços.

Crossing-over. Cada cromossomo que entra num gameta não é nem o materno nem o paterno original: é uma versão recombinada, com trechos de um e de outro, montada na prófase I. Como os pontos de troca variam de célula para célula, dois gametas do mesmo indivíduo com a mesma combinação de cromossomos inteiros ainda são diferentes nos detalhes. É por isso que irmãos, feitos dos mesmos pais, não são iguais, e por isso que a meiose, e não a mitose, é a divisão da variabilidade.

Exemplo resolvido: quantos gametas diferentes? Uma espécie hipotética tem $2n = 6$. (a) Ignorando o crossing-over, quantas combinações de cromossomos inteiros um indivíduo pode produzir nos gametas? (b) Numa célula dessa espécie em metáfase I, quantos cromossomos e quantas cromátides há? © E em cada célula ao fim da meiose I?

(a) Três pares, cada um com duas orientações independentes: $2^3 = 8$. (b) Metáfase I: a célula ainda é diploide, com os 6 cromossomos duplicados, 12 cromátides, alinhados aos pares (três tétrades). © Fim da meiose I: 3 cromossomos por célula, cada um com duas cromátides, 6 cromátides, $n$, 2C.

Conferência. O item © é o “haploide com DNA duplicado” que não existe na mitose. E $8$ combinações é pouco perto de $2^{23}$ só porque a espécie é hipotética e pequena; a fórmula é a mesma.

Contar ao longo da meiose

Célula germinativa humana, $2n = 46$.

Exemplo resolvido: a conta de uma vez. Uma célula germinativa humana completou a fase S e, em seguida, as duas divisões da meiose. (a) Quantas moléculas de DNA nuclear há em cada uma das quatro células formadas? (b) Qual é o produto do número de células resultantes pelo número de cromossomos de cada uma? © Em que momento da meiose existem células com 23 cromossomos de duas cromátides, e isso ocorre em alguma fase da mitose?

(a) Depois da fase S, 46 cromossomos duplicados, 92 moléculas. A meiose I separa homólogos: duas células com 23 cromossomos duplicados, 46 moléculas cada. A meiose II separa cromátides: quatro células com 23 cromossomos simples, 23 moléculas cada. (b) $4 \times 23 = 92$. © Entre o fim da meiose I e a anáfase II. Não ocorre na mitose: uma mitose humana tem 46 cromossomos duplicados (até a metáfase) ou cromossomos simples (da anáfase em diante); nunca 23 de qualquer tipo.

Conferência. Conservação do DNA: a célula entrou com 4C e saíram $4 \times 1\text{C} = 4\text{C}$. Nada foi criado nem perdido, só repartido. Caso-limite: se a meiose fosse uma divisão só, cada gameta teria 23 cromossomos de duas cromátides (2C) e o zigoto, 46 cromossomos com 4C; o DNA dobraria a cada geração. A segunda divisão é obrigatória pela conta. Em (b), quem usou duas células marcou 46 (confundiu com mitose); quem usou 46 cromossomos por célula marcou 184 (esqueceu a redução).

Mitose e meiose lado a lado

A linha “onde ocorre” vale para eucariontes; bactérias e arqueias se dividem por fissão binária, sem mitose nem meiose.

Onde a meiose acontece: gametas nos animais, esporos nas plantas

Em animais, a meiose acontece nas gônadas (ovários e testículos) e produz diretamente os gametas: espermatozoides e óvulos, $n = 23$ em humanos. O resto da vida do animal é diploide: ciclo diplobionte, em que a meiose é gamética.

Em plantas, fungos e muitas algas, a meiose existe, mas o que ela produz são esporos haploides, e os gametas são formados depois, por mitose, num indivíduo haploide que pode ser microscópico (o grão de pólen, o saco embrionário dentro da flor) ou visível a olho nu (a planta verde do musgo que forra um muro). Esse ciclo, com uma fase diploide e uma fase haploide pluricelulares, é haplodiplobionte, e a meiose é espórica. Em alguns fungos e algas o organismo adulto é inteiro haploide e a única célula diploide do ciclo é o zigoto, que faz meiose logo depois de se formar: ciclo haplobionte, meiose zigótica. A alternância de gerações das plantas, geração por geração, está em grupos vegetais; aqui fica o mapa: toda espécie com fecundação faz meiose em algum ponto do ciclo, e toda espécie eucarionte faz mitose.

O item das abelhas. O item 82 do PAS 3 de 2015, do tipo C, descreveu a colônia de Apis mellifera: fêmeas diploides (rainha e operárias) e zangões haploides, produzidos quando a colmeia vai se reproduzir, e perguntou como são produzidos os gametas de cada sexo. Gabarito: os gametas femininos por meiose e os masculinos por mitose. A fêmea, diploide, precisa reduzir $2n \to n$ para formar óvulos. O zangão já é haploide: se fizesse meiose, teria de reduzir o que não pode ser reduzido; ele forma espermatozoides por mitose, que copia o $n$ que ele tem. O item não pergunta a regra “gameta vem de meiose”; pergunta o porquê dela, e o porquê é a necessidade de reduzir. Onde não há o que reduzir, não há meiose.

Gametogênese humana: quatro espermatozoides, um óvulo

A formação dos gametas humanos é a meiose vista em escada, e a prova gosta de perguntar em que degrau uma propriedade é verdadeira. A fisiologia dos testículos e dos ovários, os hormônios e o ciclo menstrual estão em sistema reprodutor; aqui entra o que é divisão.

Espermatogênese. Nos testículos, as espermatogônias são células diploides que se multiplicam por mitose ao longo de toda a vida adulta. Uma espermatogônia que cresce e entra em meiose passa a se chamar espermatócito I (primário), ainda diploide, 4C. A meiose I produz dois espermatócitos II (secundários), já haploides, 2C. A meiose II produz quatro espermátides, $n$, 1C, que amadurecem em quatro espermatozoides. Cada meiose rende quatro gametas, de tamanhos iguais, e o processo começa na puberdade e continua, de forma contínua, por décadas.

Ovogênese. Nos ovários, as ovogônias se multiplicam por mitose ainda durante a vida fetal e se transformam em ovócitos I, que entram em meiose antes do nascimento e param na prófase I. Uma menina nasce com todos os ovócitos I que terá, da ordem de um a dois milhões, todos parados nesse ponto; a maior parte degenera sem nunca retomar a divisão, e na puberdade restam cerca de 400 mil (OpenStax, Anatomy and Physiology 2e, seção 27.2). A partir daí, a cada ciclo, em geral um ovócito I retoma a meiose e completa a meiose I com uma divisão desigual do citoplasma: uma célula grande, o ovócito II, fica com quase todo o citoplasma, e uma célula minúscula, o primeiro corpúsculo polar, fica com um conjunto de cromossomos e quase nada mais. O ovócito II começa a meiose II e para de novo, na metáfase II; é ele que é liberado na ovulação. Só se for fecundado ele completa a meiose II, produzindo o óvulo propriamente dito (cujo núcleo se funde ao do espermatozoide) e o segundo corpúsculo polar. Sem fecundação, o ovócito II degenera sem terminar a divisão. Os corpúsculos polares degeneram. O balanço: cada meiose rende um gameta funcional, e não quatro.

Duas consequências da escada aparecem em itens reais.

A célula ovulada. O item 113 do PAS 3 de 2012 afirmou: “As células expelidas do ovário na ovulação em humanos apresentam 46 moléculas de DNA, mantidas unidas duas a duas pela região centromérica do cromossomo.” Gabarito: certo. O que é ovulado é o ovócito II, parado na metáfase II: já passou pela meiose I, tem 23 cromossomos, mas cada um ainda com duas cromátides, isto é, duas moléculas de DNA unidas pelo centrômero: $2 \times 23 = 46$ moléculas. Quem leu “23 cromossomos” e respondeu “23 moléculas” errou a contagem; 23 moléculas só depois da meiose II, que o ovócito II só completa se for fecundado.

Os dois alelos e o degrau da separação. O item 44 do PAS 3 de 2025, pendurado numa reportagem sobre a anemia falciforme, afirmou: “No testículo de um indivíduo heterozigoto (AS) fértil, são encontradas espermatogônias de dois tipos: as com o alelo A e as com o alelo S.” Gabarito: errado. A espermatogônia é diploide: tem os dois homólogos do par, e portanto A e S ao mesmo tempo, como qualquer célula do corpo desse homem. A separação em “dois tipos” só acontece quando a meiose I separa os homólogos: do espermatócito II em diante, cada célula haploide carrega A ou S, e os espermatozoides saem metade de cada. A propriedade verdadeira de uma célula (o espermatozoide) foi transplantada para outra (a espermatogônia). Antes de julgar um item de gametogênese, pergunte: essa célula já passou pela meiose I? Se não passou, ela não pode ser “de um tipo”.

Quando a meiose erra: não disjunção e aneuploidias

A meiose é exata na imensa maioria das vezes, mas, como todo processo, tem uma taxa de erro. O erro mais conhecido chama-se não disjunção: um par de homólogos que não se separa na anáfase I, ou um par de cromátides que não se separa na anáfase II. Nos dois casos, um dos polos recebe um cromossomo a mais e o outro, um a menos, e nascem gametas com $n + 1$ e $n - 1$ cromossomos (24 e 22, em humanos) em vez de 23.

Se um gameta com 24 cromossomos é fecundado por um gameta normal, o zigoto tem $24 + 23 = 47$, com um cromossomo em três cópias: uma trissomia. Se o gameta tinha 22, o zigoto tem 45: uma monossomia. Um número de cromossomos diferente do normal por um ou poucos cromossomos chama-se aneuploidia. E, como o zigoto se divide por mitose, que copia o cariótipo como ele está, todas as células do corpo da pessoa terão o mesmo número: 47 ou 45.

O exemplo mais conhecido é a síndrome de Down, a trissomia do cromossomo 21: 47 cromossomos, com três cópias do 21. Segundo as diretrizes do Ministério da Saúde para a atenção à pessoa com síndrome de Down (2013), no Brasil nasce uma criança com a síndrome a cada 600 a 800 nascimentos, independentemente de etnia, gênero ou classe social; em cerca de 95 % dos casos a causa é a trissomia simples, por não disjunção de origem meiótica, e os demais envolvem translocação (3 a 4 %) ou mosaico (1 a 2 %). A chance de ter um filho com a síndrome aumenta com a idade da mãe, embora mulheres de qualquer idade possam ter um filho com a condição (MedlinePlus Genetics, Biblioteca Nacional de Medicina dos Estados Unidos, 2020). A síndrome é uma condição genética, não uma doença; o vocabulário que as diretrizes recomendam é “pessoa com síndrome de Down”, e não “portador”. O que esta página explica é o mecanismo celular; as consequências de outras aneuploidias e as alterações cromossômicas estruturais estão em mutações.

O item discursivo de 2013. O item 116 do PAS 3 de 2013, do tipo D, pediu: “As crianças com Síndrome de Down apresentam um cromossomo 21 a mais, ou seja, apresentam 47 cromossomos, sendo 45 deles autossômicos e 2 sexuais. Esse erro pode ocorrer na meiose. A partir dessas informações, elabore um esquema de meiose de um indivíduo com Síndrome de Down. No seu esquema, utilize apenas os 3 cromossomos 21 desse indivíduo, indicando o comportamento dos cromossomos nas duas fases da divisão celular.” O que a banca esperava ver: três cromossomos 21, cada um com duas cromátides depois da fase S; na meiose I, dois deles indo para um polo e um para o outro (não há como dividir três em duas metades iguais); na meiose II, as cromátides se separando em cada célula. Resultado: dois gametas com dois cromossomos 21 e dois gametas com um. A resolução completa deste item, com o esquema descrito passo a passo, é uma das questões resolvidas desta página.

E a mitose descontrolada? Mitoses que não param formam um tumor; o câncer como falha dos freios do ciclo celular está em núcleo e ciclo celular. Aqui vale uma frase: a divisão de uma célula tumoral é uma mitose comum, que copia o cariótipo (e as mutações) da célula que a originou; o que falta não é um tipo diferente de divisão, é o controle sobre quando dividir.

Como identificar a fase e o tipo de divisão numa figura

Uma figura ou uma micrografia de divisão se lê com três perguntas, nesta ordem.

1. Onde estão os cromossomos? Espalhados dentro de um núcleo ainda visível, com bastões duplos: prófase (ou prófase I, se estiverem aos pares). Alinhados no plano médio: metáfase. Em dois grupos se afastando: anáfase. Em dois conjuntos nos polos, com núcleos se refazendo ou uma divisão do citoplasma em andamento: telófase.

2. Na metáfase, o que está alinhado? Cromossomos um a um, cada um sozinho na fila: mitose ou meiose II. Cromossomos aos pares, lado a lado, formando tétrades: metáfase I da meiose. Se os cromossomos alinhados um a um forem a metade do número da espécie, é meiose II; se forem o número completo, é mitose.

3. Na anáfase, o que está se afastando? Cromossomos de duas cromátides, inteiros, com os centrômeros intactos: anáfase I, e só a meiose faz isso. Cromátides, isto é, cromossomos de uma cromátide: anáfase da mitose ou anáfase II. Para distinguir as duas últimas, conte: na mitose humana, 46 para cada lado; na anáfase II, 23 para cada lado.

Exemplo resolvido: ler quatro descrições. Uma espécie tem $2n = 8$. Em quatro lâminas, observa-se: (I) uma célula com 8 cromossomos duplicados alinhados um a um no plano médio; (II) uma célula com 4 cromossomos duplicados alinhados um a um; (III) uma célula com quatro pares de cromossomos duplicados alinhados lado a lado; (IV) uma célula em que 8 cromossomos de duas cromátides migram, quatro para cada polo. Identifique cada fase.

(I) 8 cromossomos, o número completo, um a um: metáfase da mitose. (II) 4 cromossomos, metade do número, um a um e ainda duplicados: metáfase II. (III) Pares lado a lado: metáfase I. (IV) Cromossomos inteiros de duas cromátides migrando, quatro para cada lado: anáfase I; cada polo recebe $n = 4$ cromossomos duplicados.

Conferência. Em (IV), se fossem cromátides migrando, seriam 16 bastões simples (anáfase da mitose, 8 por polo) ou 8 bastões simples (anáfase II, 4 por polo). O número e o estado (duplicado ou não) do que migra fecham a identificação sem ambiguidade.

A raiz de cebola: ver mitose na escola

O material clássico para ver mitose é a ponta da raiz de cebola, porque ali há um tecido, o meristema, em que as células se dividem continuamente. Uma cebola apoiada por palitos na boca de um copo com água, só com a base tocando a água, cria raízes de um a três centímetros em três a cinco dias. Corta-se a ponta, amolece-se o tecido com ácido clorídrico diluído, cora-se com orceína acética (ou azul de metileno, com contraste menor), cobre-se com a lamínula e esmaga-se com o polegar sobre papel-filtro, para espalhar as células numa camada só. A 400 vezes, a lâmina mostra células em interfase (núcleo arredondado, sem bastões), prófase (bastões dentro de um núcleo ainda visível), metáfase (bastões alinhados), anáfase (dois grupos se afastando) e telófase (dois núcleos com a parede nova entre eles).

Contar as células de cada fase permite calcular o índice mitótico, a fração de células em mitose, e, com uma hipótese simples, estimar a duração das fases: se as células estão espalhadas ao acaso pelo ciclo, a fração de células numa fase é a fração do tempo que a fase ocupa.

Exemplo resolvido: índice mitótico e duração das fases. Numa lâmina de ponta de raiz, um grupo contou 250 células: 226 em interfase, 14 em prófase, 5 em metáfase, 2 em anáfase e 3 em telófase. Num pedaço tirado a 2 cm da ponta, 180 células, todas em interfase. (a) Calcule o índice mitótico da ponta. (b) Se o ciclo dessas células dura cerca de 30 h, estime a duração da mitose e a da anáfase. © O que a comparação com o pedaço de 2 cm permite concluir?

(a) Células em mitose: $14 + 5 + 2 + 3 = 24$; $\text{IM} = 24 \div 250 = 0{,}096$, cerca de 10 %. (b) Mitose: $0{,}096 \times 30\ \text{h} \approx 2{,}9\ \text{h}$. Anáfase: $2 \div 24$ das mitoses, $\approx 0{,}24\ \text{h}$, uns 14 minutos. © Índice zero fora da ponta: as divisões se concentram no meristema; acima, as células só se alongam. A raiz cresce pela ponta.

Conferência. A anáfase costuma ser a fase mais curta da mitose, e por isso a mais difícil de encontrar numa lâmina; a prófase, a mais longa das quatro, é a mais frequente. Os números são coerentes com isso. Uma ressalva de método: a estimativa supõe células espalhadas ao acaso pelo ciclo e um único ciclo para todas; três campos de contagem com índices parecidos dão mais confiança que um só.

Como a prova cobra, e os erros que ela explora

Nos itens reais do PAS sobre o tema, a banca não pede as fases nome a nome. Ela monta um texto que não fala de divisão celular (uma tirinha, uma reportagem sobre envelhecimento, um fragmento sobre Weismann, uma reportagem sobre anemia falciforme) e pendura nele um item que cobra o nome certo do processo, a sua função ou uma contagem. O erro, quando há, está num único substantivo ou num único número.

A ameba da tirinha (PAS 1 2019, itens 57 e 58). Numa tirinha, uma personagem diz que as amebas “um dia se dividem ao meio e pronto, lá está o bebê”. O item 57 afirmou: “Ao afirmar que amebas se dividem ao meio, a personagem da tirinha faz referência ao processo denominado meiose.” Errado: a bipartição da ameba, eucarionte unicelular, é mitose, duas células com o mesmo número de cromossomos e a mesma informação; é reprodução, mas assexuada. O item 58 afirmou: “O mecanismo de divisão celular por que passa as amebas é essencial para o crescimento e o desenvolvimento de tecidos e para a reposição de células nos seres humanos.” Certo: o mecanismo é a mitose, e é ela que faz o corpo crescer e repor células. Os dois itens cobram as duas margens da mesma fronteira: quem decorou “reprodução = meiose” erra o 57 e, por coerência, o 58.

Weismann, somáticas e germinativas (PAS 1 2005, itens 143 e 144). Sobre um fragmento em que Weismann, em 1889, distingue células somáticas e germinativas, o item 143 afirmou: “Nas células somáticas, ocorre a divisão celular chamada meiose, na qual uma célula diplóide dá origem a duas células haplóides.” Errado três vezes numa frase: célula somática se divide por mitose; a meiose produz quatro células, não duas; e células haploides aparecem na formação de gametas. Repare que a definição de meiose está quase certa, e o que está errado é o lugar. O item 144 afirmou: “A mitose tanto pode ser responsável pelo processo de formação dos tecidos, em organismos pluricelulares, como pode constituir processo de reprodução sexuada em organismos unicelulares.” Errado por um único adjetivo: a mitose é reprodução assexuada em unicelulares. Troque “sexuada” por “assexuada” e o item vira certo.

A renovação do epitélio (PAS 1 2014, item 50). Sobre uma reportagem da revista Ciência Hoje a respeito do envelhecimento, o item afirmou: “Células epiteliais em envelhecimento são constantemente substituídas por células jovens, renovação que resulta da divisão por mitose, em que todas as informações são transmitidas para as células-filhas através da duplicação dos cromossomos existentes na célula-mãe.” Certo. É o modelo do item certo: uma paráfrase precisa do mecanismo, com a renovação por mitose, a duplicação dos cromossomos antes da divisão e a informação completa para as filhas. Quem procurou uma armadilha onde não havia perdeu o ponto; o único cuidado é ler “duplicação” como a cópia feita na interfase, que a mitose reparte.

Os erros clássicos, reunidos, com a correção de cada um:

O essencial em meia página

Vocabulário. Cromossomo é uma molécula de DNA com proteínas; depois da fase S, tem duas cromátides-irmãs unidas pelo centrômero, e continua sendo um cromossomo. Cromossomos contam-se pelos centrômeros; DNA conta-se pelas cromátides. Homólogos são os dois cromossomos de um par, um de cada genitor; $2n$ é o total, $n$ é o número de tipos; C é o DNA de um gameta.

A divisão reparte; a interfase copia. O DNA é duplicado uma vez, na fase S, antes de qualquer divisão. Mitose: uma replicação, uma divisão, duas células iguais ($2n$, 2C). Meiose: uma replicação, duas divisões, quatro células haploides diferentes ($n$, 1C).

Mitose. Prófase (compacta; fuso; envoltório se desfaz), metáfase (alinhados um a um; checagem), anáfase (centrômeros se dividem; cromátides viram cromossomos-filhos; por minutos, $4n$ numa célula só), telófase (dois núcleos), citocinese (anel contrátil no animal, de fora para dentro; placa celular no vegetal, de dentro para fora). Vegetal: acêntrica e anastral. Bactéria: fissão binária.

Meiose. Prófase I: homólogos se pareiam (sinapse, tétrades), crossing-over, quiasmas. Metáfase I: pares alinhados; orientação independente. Anáfase I: homólogos se separam, centrômeros intactos. Fim da meiose I: $n$, 2C (haploide com DNA duplicado, a assinatura que a mitose não tem). Meiose II, sem replicação: cromátides se separam; $n$, 1C. I é reducional; II, equacional.

Variabilidade. Segregação independente: $2^n$ combinações de cromossomos inteiros ($2^{23} = 8\,388\,608$ em humanos). Crossing-over: cada cromossomo recombinado. A meiose embaralha; a mutação cria.

Onde. Mitose: toda célula eucariótica que se divide; crescimento, reposição, reparo, reprodução assexuada (ameba, estaca, broto). Meiose: gônadas de animais (gametas); plantas, fungos e algas (esporos; gametas vêm depois por mitose). Zangão haploide faz espermatozoide por mitose: onde não há o que reduzir, não há meiose.

Gametogênese. Espermatogênese: espermatogônia ($2n$, mitose) $\to$ espermatócito I ($2n$, 4C) $\to$ dois espermatócitos II ($n$, 2C) $\to$ quatro espermátides ($n$, 1C) $\to$ quatro espermatozoides. Ovogênese: ovócito I para na prófase I antes do nascimento; completa a meiose I na puberdade, com divisão desigual; o ovócito II, parado na metáfase II, é ovulado com 23 cromossomos e 46 moléculas de DNA, e só termina a meiose II se for fecundado; um óvulo e corpúsculos polares. Célula diploide carrega os dois alelos; só depois da meiose I cada célula tem um.

Erros da meiose. Não disjunção (homólogos na I ou cromátides na II) dá gametas com 24 ou 22; fecundados, zigotos com 47 (trissomia) ou 45 (monossomia), em todas as células, porque a mitose copia o cariótipo. Trissomia do 21: síndrome de Down, cerca de um nascimento em 600 a 800 no Brasil; 95 % por não disjunção meiótica; a chance aumenta com a idade materna.

Na figura. Pares alinhados: metáfase I. Cromossomos inteiros migrando: anáfase I. Cromátides migrando: mitose (número completo por polo) ou anáfase II (metade). Na prova: julgue pelo que sai da divisão (duas iguais ou quatro diferentes com metade), confira o substantivo que nomeia o processo e conte antes de aceitar qualquer número.