Componentes do Núcleo

Carioteca

-> A carioteca, também conhecida como envelope nuclear, é a estrutura responsável por envolver e delimitar o núcleo celular.

-> Ela é composta por duas membranas lipoproteicas, semelhantes, em estrutura, à membrana plasmática.

-> Entre essas duas membranas, existe um espaço chamado espaço perinuclear.

-> Alguns especialistas preferem evitar o termo “membrana” ao se referirem à carioteca, defendendo que “envelope” seria mais apropriado, já que são duas membranas distintas.

-> A membrana externa da carioteca está conectada ao retículo endoplasmático rugoso e possui ribossomos aderidos a sua superfície.

-> Na verdade, essa membrana se origina do próprio retículo endoplasmático.

-> O envelope nuclear apresenta regiões chamadas poros nucleares ou annuli (singular: annulus), onde as duas membranas (interna e externa) se fundem.

-> Esses poros são grandes o suficiente para permitir a passagem de moléculas como ribossomos e RNA mensageiro (RNAm) do núcleo, onde são produzidos, para o citoplasma, onde vão atuar.

-> Eles também permitem que proteínas vindas do citoplasma entrem no núcleo.

-> Os canais proteicos comuns das membranas celulares não teriam tamanho adequado para essa função.

-> Na parte interna da carioteca há uma estrutura de sustentação chamada lâmina nuclear, composta por proteínas.

-> Essa lâmina ajuda a manter a forma do núcleo e participa do processo de desmontagem e reorganização da carioteca durante a divisão celular.

Nucleoplasma

-> Também chamado de carioplasma ou cariolinfa, o nucleoplasma é o conteúdo fluido dentro do núcleo.

-> Ele é composto por água, enzimas, sais minerais e outras substâncias. Nesse meio estão imersos os nucléolos e a cromatina.

Nucléolos

-> Os nucléolos, também chamados de plasmossomos, são estruturas formadas por proteínas e RNA ribossômico (RNAr), sem serem envolvidos por membranas.

-> Eles se originam em áreas específicas dos cromossomos conhecidas como regiões SAT ou regiões organizadoras do nucléolo (NORs).

-> A principal função dos nucléolos é produzir ribossomos, estruturas compostas por RNAr e proteínas.

-> Depois de formados, os ribossomos deixam o núcleo por meio dos poros da carioteca.

-> A quantidade de nucléolos em um núcleo pode variar conforme as necessidades da célula.

-> Quanto maior a demanda de proteínas, maior será a produção de ribossomos e, por isso, maior será o número de nucléolos.

-> Às vezes, os nucléolos podem se parecer com regiões de heterocromatina (uma forma muito compactada de DNA), o que leva à confusão entre eles.

-> Essas regiões de heterocromatina são chamadas de "falsos nucléolos".

Veja a diferença entre os dois:

-> Nucléolo verdadeiro: formado por RNAr e proteínas.

-> Nucléolo falso (heterocromatina): formado por DNA e histonas.

-> O teste de Feulgen ajuda a diferenciar essas estruturas: ele marca positivamente (Feulgen +) aquelas que contêm DNA (como o nucléolo falso) e negativamente (Feulgen -) as que não possuem DNA (como o nucléolo verdadeiro).

Material Genético

-> Nas células eucarióticas, o material genético é constituído de DNA associado a proteínas, principalmente as histonas, que são proteínas básicas.

-> Essa associação forma estruturas conhecidas como cromonemas ou cromossomos.

-> O DNA e as histonas se organizam em unidades chamadas nucleossomos.

-> Cada nucleossomo é composto por um conjunto de oito moléculas de histonas (um octâmero), ao redor do qual o DNA se enrola duas vezes a cada 200 pares de nucleotídeos.

-> Esses nucleossomos se organizam formando uma estrutura helicoidal conhecida como fibra cromossômica ou solenoide.

-> Essa fibra, por sua vez, se enrola de forma desordenada, originando os cromonemas ou os próprios cromossomos.

Cromatina, Cromossomos e a Teoria Uninêmica

-> De acordo com a Teoria Uninêmica, cada cromonema — estrutura que compõe os cromossomos — é formado por uma única molécula de DNA em dupla hélice.

-> O conjunto de cromonemas presentes na célula é chamado de cromatina.

-> Durante o ciclo celular, o DNA pode se apresentar em duas formas distintas, dependendo do momento:

-> Cromatina: Presente durante a interfase (período entre as divisões celulares)

-> Cromossomos: Visíveis durante a divisão celular (mitose ou meiose)

-> Cromatina: DNA desespiralizado, com filamentos longos e entrelaçados

-> Cromossomos: DNA altamente espiralizado, formando estruturas compactas e bem definidas

-> Cromatina: Ativa na síntese de proteínas, pois o DNA está acessível às enzimas

-> Cromossomos: Inativa na síntese proteica, pois a compactação impede a ação da enzima RNA polimerase

-> Essas mudanças estruturais do DNA são essenciais para o funcionamento da célula: durante a interfase, a forma frouxa da cromatina permite a leitura e expressão gênica;

-> Já durante a divisão celular, os cromossomos compactados garantem a distribuição correta do material genético para as células-filhas.

-> O esquema ilustrado anteriormente representa os diferentes níveis de organização e complexidade do cromossomo.

-> No topo, temos a molécula de DNA em sua forma mais simples: a dupla hélice com aproximadamente 2 nanômetros (nm) de espessura.

-> Em seguida, observa-se a união do DNA com proteínas chamadas histonas, formando estruturas chamadas nucleossomos.

-> Esses nucleossomos se organizam em dois tipos de filamentos: um com cerca de 11 nm e outro com 30 nm de espessura, resultando na fibra cromossômica, também conhecida como solenoide.

-> Essas fibras continuam a se compactar, formando estruturas cada vez mais espessas, com diâmetros aproximados de 300 nm e, posteriormente, 700 nm.

-> Na parte inferior do esquema, encontra-se o cromossomo metafásico, em seu estado de máxima condensação, típico da fase de divisão celular.

-> O primeiro nível de empacotamento, que é o nucleossomo, já reduz consideravelmente o tamanho do DNA.

-> O segundo nível, correspondente à fibra cromossômica, envolve a interação das histonas H1 com o DNA e com outras histonas, promovendo a união entre os nucleossomos.

-> Por fim, o último nível de empacotamento, que resulta na formação do cromossomo, comprime o DNA em cerca de 10 vezes adicionais, o que facilita sua separação durante a divisão celular e evita que a molécula se quebre.

-> Esse processo de compactação é controlado por proteínas chamadas condensinas, que utilizam energia do ATP para funcionar.

-> Ao final da compactação, o DNA é reduzido em comprimento cerca de 10 mil vezes, passando de uma longa fita a uma estrutura altamente condensada: o cromossomo.

Eucromatina, heterocromatina e diferenciação celular

-> Durante a interfase, a cromatina geralmente se encontra em um estado pouco enrolado.

-> No entanto, algumas regiões permanecem enroladas.

-> As regiões desenroladas, que estão ativamente participando da atividade celular, recebem o nome de eucromatina, enquanto as regiões enroladas, que estão inativas, são chamadas de heterocromatina.

-> Essas regiões de heterocromatina não desempenham funções ativas no momento.

-> Embora todas as células somáticas de um organismo contenham o mesmo DNA, a diferenciação celular faz com que cada uma adquira forma e função distintas.

-> Isso ocorre porque cada tipo celular apresenta diferentes regiões de DNA em estado de heterocromatina.

-> Por exemplo, as partes do material genético que não estão em uso nas células musculares não são as mesmas das que estão inativas nas células pancreáticas.

-> Isso explica, por exemplo, por que o pâncreas produz insulina, mas o tecido muscular não.

-> Esse processo de especialização celular resulta da ativação ou desativação de genes, o que está diretamente relacionado ao estado de desenrolamento (desespiralização) ou enrolamento (espiralização) do DNA.

Você Sabia?

-> Células do tecido conjuntivo podem existir em duas formas distintas: como blastos ou como ócitos.

-> Assim, existem fibroblastos e fibrócitos, osteoblastos e osteócitos, entre outros.

-> As células na forma de blasto são ativas, apresentam núcleos maiores e mais evidentes.

-> Já os ócitos são formas inativas, com núcleos menores. Isso acontece porque nas células ativas o DNA está mais desenrolado, ocupando mais espaço e dando origem a um núcleo maior.

-> Já nas células inativas, o DNA está mais enrolado, o que o torna mais compacto e resulta em um núcleo reduzido.

-> Células altamente especializadas, como os neurônios, tendem a ter núcleos menores.

-> Isso se deve ao fato de que elas ativam poucos genes, mantendo a maior parte do DNA em forma enrolada (heterocromatina), o que torna o material genético mais compacto e o núcleo menos volumoso.

-> Algumas partes da cromatina estão sempre na forma de heterocromatina. É o caso das regiões do centrômero e dos telômeros (as extremidades dos cromossomos).

-> Essas áreas são chamadas de heterocromatina constitutiva e representam cerca de 10% da cromatina total.

Leitura Complementar

Cromossomos politênicos e plumulados

-> Os cromossomos politênicos foram descobertos em 1881 pelo cientista francês Eduardo Balbiani, enquanto ele estudava células das glândulas salivares de larvas de mosquitos.

-> Esses cromossomos começam a se formar no final do desenvolvimento embrionário de moscas e mosquitos.

-> Por motivos ainda desconhecidos, em várias células das larvas, os cromossomos homólogos se alinham e começam a se duplicar repetidamente, sem que as cópias (cromátides-irmãs) se separem nem ocorra divisão do núcleo.

-> Com isso, o número de filamentos aumenta, fazendo com que o núcleo e o citoplasma cresçam bastante.

-> Essas células com cromossomos politênicos são muito grandes — podem ser até 10 mil vezes maiores que as células normais (diploides) do mesmo organismo.

-> Os cromossomos em si podem chegar a ser mais de mil vezes maiores que os de células comuns, o que justifica o nome "cromossomos gigantes".

-> O termo politênico vem do grego poly (muitos) e tainia (fita ou fio).

-> Ele se refere ao fato de esses cromossomos conterem milhares de cromátides, geradas por duplicações sucessivas de dois cromossomos homólogos emparelhados.

-> Eles apresentam faixas transversais escuras, alternadas com áreas mais claras chamadas interfaixas.

-> Esse padrão de faixas é exclusivo de cada cromossomo e serve para sua identificação.

-> As faixas representam regiões chamadas cromômeros, que são áreas altamente espiralizadas (heterocromatina), onde o DNA está mais condensado.

-> Já as interfaixas indicam áreas menos compactadas (eucromatina), onde o DNA está em uma forma mais ativa.

-> Em pontos específicos do cromossomo politênico, quando um gene entra em ação, o cromômero se desenrola e a estrutura se expande, formando um inchaço visível, chamado pufe.

-> Esses pufes, que podem ser vistos com o microscópio óptico, são regiões de intensa atividade genética, onde o RNA está sendo produzido em grande quantidade.

-> O padrão de faixas e interfaixas muda entre os cromossomos de diferentes células do mesmo animal, pois depende da função de cada célula.

-> As faixas estão ligadas a genes inativos (espiralizados) e as interfaixas a genes ativos (desespiralizados).

-> Assim, células de diferentes tecidos terão pufes em locais distintos.

-> Até mesmo dentro de um único órgão, a posição dos pufes pode variar com a idade da célula, indicando que diferentes genes são ativados em momentos diferentes do desenvolvimento, conforme o organismo vai precisando de seus produtos.

-> Nas células humanas comuns (diploides), é muito difícil observar o que acontece nos finos filamentos dos cromossomos durante seu funcionamento.

-> Já os cromossomos politênicos, mesmo sendo diferentes dos nossos, ajudam a entender como os genes atuam nas células.

-> Os cromossomos plumulados aparecem nos ovócitos — células que originam os óvulos — de vários animais, como anfíbios, répteis, aves e alguns insetos.

-> Esses ovócitos armazenam uma grande quantidade de proteínas na forma de vitelo, que servirão de alimento para o embrião nas primeiras fases de vida.

-> Acredita-se que os cromossomos plumulados estão ligados à produção dessa reserva nutritiva.

-> Esses cromossomos surgem quando os cromossomos homólogos se emparelham e seus cromômeros se desespiralizam, formando projeções laterais chamadas alças.

-> As alças se parecem com pequenas plumas microscópicas — daí o nome "plumulados".

-> Nessas alças, os genes estão altamente ativos, produzindo grandes quantidades de RNA que, no citoplasma, vão comandar a fabricação das proteínas necessárias.

-> Depois que toda essa produção de proteínas termina, as alças se condensam novamente e o cromossomo retorna ao seu formato normal.

-> O tamanho avantajado dos cromossomos plumulados se deve tanto à grande quantidade de alças quanto à enorme produção de RNA que se acumula ao redor deles temporariamente.

-> Essas alças são equivalentes aos pufes dos cromossomos politênicos — ambas se formam pelo desenrolamento dos cromômeros e são locais de intensa atividade genética.