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A duplicação do DNA na subfase S é um evento muito importante do ciclo celular, pois garante que as células-filhas possam receber uma cópia exata de cada molécula de DNA da célula parental. As células humanas diploides, por exemplo, tem 2n = 46 cromossomos; portanto, uma célula em G1 é constituída por 46 moléculas de DNA (uma molécula para cada um dos 23 pares de homólogos). Durante a fase S, cada molécula de DNA dá origem à outra idêntica a ela, de tal forma que, em G2, a célula humana contém 92 moléculas de DNA, sendo que um dos 46 cromossomos contém duas moléculas de DNA (denominadas cromátides-irmãs) que se mantém associadas por complexos proteicos denominados coesina. Essas células continuam diploides, tendo 2n = 46 cromossomos, embora com o dobro do conteúdo de DNA. As subfases S e G2 ocorrem somente em células que irão se dividir e, na maioria, têm duração relativamente constante, de sete a oito horas para S e de duas a cinco horas para G2. A duplicação de DNA na interfase pode ocorrer também em células que contém cromossomos politênicos e em células poliplóides.
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