2o ano - O núcleo celular

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2o ano - O núcleo celular

  1. 1. O núcleo celularO pesquisador escocês Robert Brown (1773- 1858) éconsiderado o descobridor do núcleo celular. Emboramuitos citologistas anteriores a ele já tivessem observadosnúcleos, não haviam compreendido a enorme importânciadessas estruturas para a vida das células. O grande méritode Brown foi justamente reconhecer o núcleo comocomponente fundamental das células. O nome que eleescolheu expressa essa convicção: apalavra “núcleo” vem do grego nux, que significasemente. Brown imaginou que o núcleo fosse a sementeda célula, por analogia aos frutos.Hoje, sabemos que o núcleo é o centro de controle dasatividades celulares e o “arquivo” das informaçõeshereditárias, que a célula transmite às suas filhas ao sereproduzir.Células eucariontes e procariontesA membrana celular presente nas células eucariontes, mas ausente nas procariontes. Na célula eucarionte, o materialhereditário está separado do citoplasma por uma membrana – a carioteca – enquanto na célula procarionte omaterial hereditário se encontra mergulhado diretamente no líquido citoplasmático.Os componentes do núcleoO núcleo das célula que não estão em processo de divisão apresenta um limite bem definido, devido à presençada carioteca ou membrana nuclear, visível apenas ao microscópio eletrônico. A maior parte do volume nuclear éocupada por uma massa filamentosa denominada cromatina. Existem ainda um ou mais corpos densos (nucléolos)e um líquido viscoso (cariolinfa ou nucleoplasma).Membrana NuclearA membrana nuclear, conhecida tambémcomo carioteca (do grego karyon, núcleoe theke, invólucro, caixa) é um envoltórioformado por duas membranas lipoprotéicascuja organização molecular é semelhante asdemais membranas celulares. Entre essasduas membranas existe um estreito espaço,chamado cavidade perinuclear.A face externa da membrana nuclear, emalgumas partes, se comunica com o retículoendoplasmático e, muitas vezes, apresentaribossomos aderidos à sua superfície. Nestecaso, o espaço entre as duas membranasnucleares é uma continuação do espaçointerno do retículo endoplasmático.A membrana nuclear é perfurada pormilhares de poros, através das quaisdeterminadas substâncias entram e saem donúcleo. Os poros nucleares são mais do quesimples aberturas. Em cada poro existe uma complexa estruturaprotéica que funciona como uma válvula, abrindo-se para darpassagem a determinadas moléculas e fechando-se em seguida.Dessa forma, a membrana nuclear pode controlar a entrada e asaída de substâncias.A face interna da carioteca encontra-se a lâmina nuclear, uma redede proteínas que lhe dá sustentação. A lâmina nuclear participa dafragmentação e da reconstituição da carioteca, fenômenos queocorrem durante a divisão celular.A cromatinaA cromatina (do grego chromatos, cor) é um conjunto de fios, cadaum deles formado por uma longa molécula de DNA associada amoléculas de histonas, um tipo especial de proteína. Esses fios sãoos cromossomos.Quando se observam núcleos corados ao microscópio óptico, nota-
  2. 2. se que certas regiões da cromatina se coram mais intensamente do que outras. Os antigos citologistas já haviamobservados esse fato e imaginado, acertadamente, que as regiões mais coradas correspondiam a porções doscromossomos mais enroladas, ou mais condensadas, do que outras.Para assinalar diferenças entre os tipos de cromatina, foi criado o termo heterocromatina (do gregoheteros,diferente), que se refere à cromatina mais densamente enrolada. O restante do material cromossômico, deconsistência mais frouxa, foi denominado eucromatina (do grego eu, verdadeiro).Diferentes níveis de condensação do DNA. (1) Cadeia simples de DNA . (2) Filamento de cromatina(DNA com histonas). (3) Cromatina condensada em interfase com centrómeros. (4) Cromatina condensada emprofase. (Existem agora duas cópias da molécula de DNA) (5) Cromossoma em metafaseOs nucléolosNa fase que a célula eucariótica não se encontra em divisão é possível visualizas vários nucléolos, associados aalgumas regiões específicas da cromatina. Cada nucléolo é um corpúsculo esférico, não membranoso, de aspectoesponjoso quando visto ao microscópio eletrônico, rico em RNA ribossômico(a sigla RNA provém doinglês RiboNucleic Acid). Este RNA é um ácido nucléico produzido a partir o DNA das regiões específicas da cromatinae se constituirá um dos principais componentes dos ribossomos presentes no citoplasma.É importante perceber que ao ocorrer a espiralação cromossômica os nucléolos vão desaparecendo lentamente. Issoacontece durante os eventos que caracterizam a divisão celular. O reaparecimento dos nucléolos ocorre com adesespiralação dos cromossomos, no final da divisão do núcleo.A estrutura dos cromossomosCromossomos da célula interfásicaO período de vida da célula em que ela não está em processo de divisão é denominado interfase. A cromatina dacélula interfásica, como já foi mencionada, é uma massa de filamentos chamados de cromossomos. Se pudéssemosseparar, um por um, os cromossomos de uma célula interfásica humana, obteríamos 46 filamentos, logos e finos.Colocado em linha, os cromossomos humanos formariam um fio de 5 cm de comprimento, invisível ao microscópioóptico, uma vez que sua espessura não ultrapassa 30 nm.
  3. 3. Constituição química e arquitetura dos cromossomosDescobrir a natureza química dos cromossomos foi uma árdua tarefa que mobilizou centenas de cientistas e muitosanos de trabalho. O primeiro constituinte cromossômico a ser identificado foi o ácido desoxirribonucléico, o DNA.Em 1924, o pesquisador alemão Robert J. Feugen desenvolveu uma técnica especial de coloração que permitiudemonstrar que o DNA é um dos principais componentes dos cromossomos. Alguns anos mais tarde, descobriu-seque a cromatina também é rica em proteínas denominadas histonas.Cromossomos da célula em divisãoQuando a célula vai se dividir, o núcleo e os cromossomos passampor grandes modificações. Os preparativos para a divisão celular têminicio com a condensação dos cromossomos, que começam a seenrolar sobre si mesmos, tornando-se progressivamente mais curtose grossos, até assumirem o aspecto de bastões compactosConstrições cromossômicasDurante a condensação cromossômica, as regiões eucromáticas seenrolam mais frouxamente do que as heterocromáticas, que estãocondensadas mesmo durante a interfase. No cromossomocondensado, as heterocromatinas, devido a esse alto grau deempacotamento, aparecem como regiões “estranguladas” do bastãocromossômico, chamadas constrições.Centrômero e cromátidesNa célula que está em processo de divisão, cada cromossomo condensado aparece como um par de bastões unidosem um determinado ponto, o centrômero. Essas duas “metades” cromossômicas, denominadas cromátides-irmãs sãoidênticas e surgem da duplicação do filamento cromossômico original, que ocorre na interfase, pouco antes de adivisão celular se iniciar.Durante o processo de divisão celular, as cromátides-irmãs se separam: cada cromátide migra para uma das células-filhas que se formam.O centrômero fica localizado em uma região heterocromática, portanto em uma constrição que contém o centrômeroé chamada constrição primária, e todas as outras que porventura existam são chamadas constrições secundárias.
  4. 4. As partes de um cromossomo separadas pelo centrômero são chamadas braços cromossômicos. A relação detamanho entre os braços cromossômicos, determinada pela posição do centrômero, permite classificar oscromossomos em quatro tipos:  metacêntrico: possuem o centrômero no meio, formando dois braços de mesmo tamanho;  submetacêntricos: possuem o centrômero um pouco deslocado da região mediana, formando dois braços de tamanhos desiguais;  acrocêntricos: possuem o centrômero bem próximo a uma das extremidades, formando um braço grande e outro muito pequeno;  telocêntricos: possuem o centrômero em um das extremidades, tendo apenas um braço.Cromossomos e genesO que são genes?As moléculas de DNA dos cromossomos contêm “receitas” para a fabricação de todas as proteínas da célula. Cada“receita” é um gene.Portanto, o gene é uma seqüência de nucleotídeos do DNA que pode ser transcrita em uma versão deRNA econseqüentemente traduzida em uma proteína.
  5. 5. Conceito de genomaUm cromossomo é comparável a um livro de receita de proteínas, e o núcleo de uma célula humana é comparável auma biblioteca, constituída por 46 volumes, que contêm o receituário completo de todas as proteínas do indivíduo. Oconjunto completo de genes de uma espécie, com as informações para a fabricação dos milhares de tipos deproteínas necessários à vida, é denominado genoma. Atualmente, graças a modernas técnicas de identificação dosgenes, os cientistas mapearam o genoma humano através do Projeto Genoma Humano.Projeto Genoma HumanoO Projeto Genoma Humano (PGH) teve por objetivo o mapeamento do genoma humano, e a identificação de todosos nucleotídeos que o compõem. Consistiu num esforço mundial para se decifrar o genoma. Após a iniciativado National Institutes of Health (NIH) dos Estados Unidos, centenas de laboratórios de todo o mundo se uniram àtarefa de seqüenciar, um a um, os genes que codificam as proteínas do corpo humano e também aquelas seqüênciasde DNA que não são genes. Laboratórios de países em desenvolvimento também participaram do empreendimentocom o objetivo de formar mão-de-obra qualificada em genômica. Para o seqüenciamento de um gene, é necessário que ele seja antes amplificado numa reação em cadeia da polimerase, e então clonado em bactérias. Após a obtenção de quantidade suficiente de DNA, executa-se uma nova reação em cadeia (PCR), desta vez utilizandodidesoxirribonucleotídeos marcados com fluoróforos para a determinação da seqüência. O projeto foi fundado em 1990, com um financiamento de 3 milhões de dólares do Departamento de Energia dos Estados Unidos e dos Institutos Nacionais de Saúde dos Estados Unidos, e tinha um prazo previsto de 15 anos.Devido à grande cooperação da comunidade científica internacional, associada aos avanços no campo dabioinformática e das tecnologias de informação, um primeiro esboço do genoma foi anunciado em 26 de Junho de2000, dois anos antes do previsto.Em 14 de Abril de 2003, um comunicado de imprensa conjunto anunciou que o projeto foi concluído comsucesso, com o seqüenciamento de 99% do genoma humano, com uma precisão de 99,99%.
  6. 6. Os trabalhos do projeto foram dados como concluídos em 2003. Com a tecnologia da época, estimou-se que todos osgenes (em torno de 25.000) haviam sido seqüenciados. Deve-se lembrar que nem todo o DNA humano foiseqüenciado. Estimativas atuais concluem que apenas cerca de 2% do material genético humano é composto degenes, enquanto que a maior parte parece não conter instruções para a formação de proteínas, e existeprovavelmente por razões estruturais. Muito pouco dessa maior parte do material genético tem sua seqüênciaconhecida.Por limitações tecnológicas, partes do DNA que possuem muitas repetições de bases nitrogenadas também ainda nãoforam totalmente seqüenciadas. Essas partes incluem, por exemplo, os centrômeros e os telômeros doscromossomos.De todos os genes que tiveram sua seqüência determinada, aproximadamente 50% codificam paraproteínas de função conhecida.Apesar dessas lacunas, a conclusão do genoma já está facilitando o desenvolvimento de fármacos muito maispotentes, assim como a compreensão de diversas doenças genéticas humanas.

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