Aula 7
O Núcleo Celular
O papel do núcleo celular é atualmente bem conhecido. Sabemos que é nele que o material genético ou DNA se localiza, com a função de controlar toda a atividade celular, através da produção de RNA e da síntese de proteínas, por outro lado, a estrutura da molécula de DNA e seu comportamento na duplicação ficaram esclarecidos nos últimos cinqüenta anos. Todo conhecimento que hoje existe sobre a função do núcleo não foi conquistado de uma só vez. Em 1865, Mendel enunciava o conceito de fator, que corresponde ao que hoje chamamos de gene. Mendel, no entanto, não tinha nenhuma idéia da localização física dos genes na célula, foi somente por volta de 1920 que um pesquisador, Morgan, correlacionou a idéia de gene com a noção de cromossomo, cujo comportamento na meiose havia sido descrito recentemente.
As suspeitas sobre o papel no núcleo na célula datam do fim do século passado, quando o pesquisador Balbiani realiza com seres unicelulares as hoje famosas experiências de merotomia. Por tais experimentos verificou que ao cortar uma ameba em dois fragmentos, apenas o pedaço que continha o núcleo sobrevivia e se reproduzia. Por outro lado, o enxerto de um núcleo sobrevivia e se reproduzia. Por outro lado, o enxerto de um núcleo no pedaço anucleado permitia que este sobrevivesse. Foi somente em 1944 que se reconheceu que o DNA, substância conhecida desde o século XIX, correspondia ao gene. A estrutura da molécula de DNA foi esclarecida no começo da década de 50, por Watson e Crick.
O núcleo corresponde a região da célula, que geralmente está localizado no centro.
O núcleo realiza duas funções básicas:
a- Comanda as atividades celulares.
b- Armazena as informações genéticas.
Observado pela primeira vez em 1781 por Fontana em células vegetais. Com relação ao núcleo, as células podem ser:
- anucleadas. Ex.: hemácias adultas de mamíferos
- binucleadas: Ex. alguns protozoários.
- plurinucleadas: Ex. fibras estriadas esqueléticas.
Estrutura do núcleo - (A) Esquema com detalhe da membrana nuclear. (B) Poros da membrana nuclear. Cada poro é envolvido por oito grânulos protéicos. (C) Camada dupla de lipídeos que forma cada uma das faces da membrana nuclear – carioteca.
Função: portador dos fatores hereditários e controlador das atividades metabólicas.
Importância: comprovada pelas experiências de merotomia - Balbiani.
Ocorrência: Nas células eucarióticas.
Forma: arredondado, alongado, achatado.
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Número: geralmente um, podendo ser dois ou mais. As hemácias dos mamíferos são anucleadas, o que justifica seu curto ciclo vital.
Estrutura do núcleo interfásico - núcleo entre duas divisões celulares.
Carioteca: membrana nuclear, lipoprotéica, dupla e porosa (poros annulli).
Cariolinfa: suco coloidal constituído por água, proteínas, ATP, nucleotídeos, aminoácidos, etc.
Cromatina: conjunto de filamentos de DNA e nucleoproteínas que apresentam regiões mais distendidas eucromatinas - e regiões mais condensadas – heterocromatina.
Nucléolo: condensações de RNA nuclear que originam os ribossomos - são formadas a partir de regiões especiais dos cromossomos - SAT
Código Genético: é o processamento das informações hereditárias contidas no DNA que permitirá a síntese de proteínas específicas, nos polissomos. O processo ocorre em dois momentos.
Transcrição: é a síntese do RNA a partir de moléculas de DNA, no interior do núcleo.
Tradução: é a síntese de uma proteína a partir das moléculas de RNAm transcrita do DNA, na superfície dos ribossomos polissomos. Ocorre no citoplasma, RER.
Regiões dos cromossomos
Cromátides: filamentos espiralizados de DNA após a duplicação.
Constrição primária: região de heterocromatina onde se localiza o centrômero ou cinetócoro, que prende os cromossomos às fibras do fuso acromático.
Constrição secundária: região de heterocromatina que pode originar a zona da cintura organizadora dos nucléolos.
Durante o período em que a célula não se encontra em divisão é denominado interfase, falando-se, portanto, do núcleo interfásico. O núcleo interfásico dos eucariontes é constituído pela carioteca, nucleoplasma, cromatina, cromossomos e nucléolo.
Generalidades Sobre o Núcleo
As células eucariontes geralmente apresentam apenas um núcleo, mas podem existir células com dois ou mais núcleos. Há, portanto, células mononucleadas, binucleadas e multinucleadas, respectivamente.
Embora a maioria das células eucarióticas seja nucleada, existem alguns tipos de células especializadas, no corpo de alguns organismos multicelulares, em que o núcleo desaparece durante o período de maturação dessas células, dando origem a células anucleadas. É o caso das hemácias humanas, que são células anucleadas do sangue.
Essas células provêm principalmente de células nucleadas da medula óssea vermelha que, durante o processo de diferenciação em hemácias, perdem o núcleo.
As células anucleadas têm curto período de vida, havendo necessidade de serem constantemente produzidas e repostas. A presença do núcleo é, portanto, indispensável à maturação da vida. O núcleo, através dos cromossomos, coordena e comanda todas as funções vitais da célula.
Membrana Nuclear ou Carioteca separa o material nuclear do citoplasma. É formada por duas membranas lipoprotéicas, com organização estrutural semelhante às demais membrana celular.
Essas membranas são separadas entre si por um espaço denominado Espaço Perinuclear. A membrana interna apresenta na sua face interna, uns espessamentos chamados de lâmina, que é a parte da matriz nuclear.
A membrana externa apresenta ribossomos na face citoplasmática. A membrana externa do envoltório nuclear se continua com retículo endoplasmático do citoplasma, razão pela qual é considerada uma porção deste retículo que envolve o conteúdo nuclear.
A membrana nuclear não é contínua, estando interrompidos por poros, que estabelecem comunicações do citoplasma com o interior do núcleo. Os poros são constituídos por um complexo de monômeros protéicos formando unidades que se associam limitando um canal. No entanto, tem se demonstrado que a passagem do material do citoplasma para o núcleo, ou vice-versa, não é livre e também se observam diferenças marcantes de célula para célula.
Relação Nucleoplasmática de Hertwing
RNP = Volume do núcleo 1/3 ou 1/4 do volume do citoplasma.
Esta relação pode ser alterada com a idade ou caso patológico.
Nota.
Plasmódio: É o nome que se dá quando o núcleo se divide várias vezes, sem que a célula sofra divisão. Ex. fibra estriada esquelética.
Sincício: É o nome que se dá quando várias células mononucleadas e justapostas perdem as membranas celulares e constituem uma massa citoplasmática com vários núcleos. Ex. placenta.
Para provar a importância do núcleo, foram feitas algumas experiências com amebas. Estas experiências foram chamadas de merotomia. A mais conhecida é a merotomia de Balbiani.
Nos procariontes, o material nuclear fica mergulhado diretamente no citoplasma, não havendo a carioteca. Nos eucariontes, o material nuclear apresenta-se separado do citoplasma por uma membrana.
O aspecto do núcleo de uma célula muda bastante, conforme ela esteja sendo observada, durante as divisões ou nos intervalos entre duas divisões (intérfase). Por esse motivo, chamamos de núcleo mitótico e de núcleo interfásico, respectivamente.
Membrana nuclear ou carioteca
Envoltório formado por duas unidades de membranas lipoprotéicas, separadas por um espaço denominado perinuclear, originadas do retículo endoplasmático rugoso. É rica em poros, denominados annulli, que realiza o intercâmbio com o citoplasma.
Nucleoplasma ou cariolinfa
É um gel protéico, no qual ficam mergulhados os componentes no núcleo. Várias reações acontecem nesta região.
Nucléolo ou plasmossomo
É um corpúsculo que tem ao microscópio eletrônico um aspecto esponjoso. Não possui membrana, ficando mergulhado diretamente no nucleoplasma. É visível somente no núcleo interfásico. É rico em RNA ribossômico e tem origem a partir da zona SAT dos cromossomos.
Cromatina e cromossomo
A cromatina é uma estrutura resultante da associação de uma molécula de DNA com proteínas do tipo histona, formando um conjunto de filamentos que contém o material genético. Ao microscópio eletrônico e tratada a célula com corantes básicos, a cromatina mostra-se como um conjunto de filamentos emaranhados com duas regiões distintas.
A cromatina apresenta regiões espiralizadas (heterocromatina) e regiões distendidas (eucromatina). A região que mais se espiraliza durante a divisão celular é a eucromatina. A heterocromatina, já se encontrava levemente espiralizada na intérfase, praticamente não sofre mudança.
O modo como o DNA e as histonas se dispõem para formar um cromossomo, faz com que a cromatina apresente regiões mais enoveladas, mais evidentes denominadas cromômeros.
A cromatina, devido ao seu enovelamento, pode ser confundida com o nucléolo, o que se chama de falso nucléolo. A distinção é feita submetendo a célula à reação de Feulgen, que colore especificamente o DNA. Logo o nucléolo não é corado.
A medida que tem início a divisão celular, a cromatina começa a se espiralizar, recebendo a denominação de cromossomo.
Quimicamente, os cromossomos são constituídos por DNA, RNA e proteínas do tipo histonas.
Cada cromossomo possui uma longa cadeia de DNA, na qual estão contidas as informações necessárias a construção e funcionamento da célula. A molécula de DNA, constitui os genes.
Cada local do cromossomo onde está localizado o gene denomina-se locus.
Estrutura do cromossomo
Em qualquer cromossomo, existe pelo menos uma constricção, chamada constricção primária ou centrômero, que corresponde a certa zona da heterocromatina que não sofre maior espiralização. Esta região é de grande importância durante a divisão celular, já que é através dela que os cromossomos se prendem as fibras do fuso durante a divisão celular.
Quando uma célula vai entrar em divisão celular, os cromossomos duplicam-se ainda na intérfase. Cada unidade do cromossomo duplicado é denominada cromátide. As cromátides se acham unidas a altura do centrômero.
Tipos de cromossomos
De acordo com a localização do centrômero, temos quatro tipos básicos de cromossomos:
a- metacêntrico (centrômero na região mediana)
b- sub-metacêntrico (centrômero deslocado do centro)
c- acrocêntrico (centrômero próximo a uma das extremidades)
d- telocêntrico (centrômero na posição terminal)
Número de cromossomos
O número de cromossomos é constante dentro de uma mesma espécie. De acordo com este número, distinguimos dois tipos de células:
-a célula somática (corporal): possui um número de cromossomos que geralmente é o dobro do encontrado na célula reprodutora,, e é chamada de diplóide, representada por 2n.
-a célula reprodutora (gameta): geralmente, possui a metade do número encontrado na célula somática, e é chamada haplóide, representada por n.
Em cada célula diplóide, um dos conjuntos cromossômicos é de origem paterna e o outro de origem materna. Cada par é chamado de homólogo e possui genes que produzem proteínas com as mesmas funções fundamentais.
Na espécie humana, cada célula somática possui 46 cromossomos, onde 44 são somáticos ou autossômicos e 2 são sexuais ou alossomos.
Na mulher os dois cromossomos sexuais são iguais e chamados de X. No homem, há um cromossomo X e outro Y (que determina o sexo).
Ex.
Fêmea + Macho
AX + AX = 2AXX (fêmea)
AX + AY = 2AXY (macho)
Dentro de uma mesma espécie, todos os indivíduos normais apresentam o mesmo número de cromossomos. Mesmo que duas espécies apresentem o mesmo número de cromossomos, não os têm iguais nas formas e conteúdos gênicos
Alguns exemplos:
Pepino (Cucumes sativus) - 14 cromossomos
Cevada (Hordeum vulgare) - 14 cromossomos
Cebola (Allium cepa) - 16 cromossomos
Milho (Zea mays) - 16 cromossomos
Banana (Musa paradisiaca) - 88 cromossomos outras sub-sepécies , 77, 55, 44, 22
feijão (Phaseolusulgaris) - 22 cromossomos
Sapo (Bufoarenarum) - 22 cromossomos
Perereca (Hyla viridis) - 24 cromossomos
Gato (Felis catus) - 38 cromossomos
Camundongo (Mus musculus) - 40 cromossomos
Rato (Rattus rattus) - 42 cromossomos
Macaco rhesus (Macaca mulatta) - 42 cromossomos
Café (Coffea arabica) - 44 cromossomos
Coleho (Dryctolagus cuniculus)- 44 cromossomos
Homem (Homo sapiens) - 46 cromossomos
Orangitanto (Pongo pygmaeus) - 48 cromossomos
Boi (Bos taurus) - 60 cromossomos
Galo (Gallus domesticus) - 78 cromossomos
Cana de açúcar (Sacccharum officinarum) - 80 cromossomos
Pavão ( Meleagris gallopóvo) - 82 cromossomos
Pela análise desta lista, pode-se concluir que não há qualquer relação entre o número de cromossomos e o grau de evolução das espécies.
Alguns animais, nas células das fêmeas, há no núcleo bem junto a carioteca, um pequeno corpo regular, o corpúsculo de Barr ou cromatina sexual. Esta estrutura ajuda a identificar o sexo nos pseudos-hermafroditas.
A cromatina sexual, tem sido interpretada como um dos dois cromossomos X da fêmea, que se mantém inativo, durante a intérfase. Verificou-se, também que o número de corpúsculo de Barr corresponde ao número de cromossomos X menos 1. Assim, se a mulher normal possui dois cromossomos X, revela apenas um corpúsculo de Barr.
Tipos Especiais de Cromossomos
Os cromossomos gigantes, que podem ser do tipo plumulados e politênicos.
São formados por dois cromossomos homólogos pareados
Os plumulados são dotados de regiões mais espiraladas, denominados cromômeros, que emitem protuberâncias laterais em forma de alças. Encontrados em ovócitos de anfíbios, peixes, répteis e aves. Já os politênicos, caracterizam-se da multiplicação dos homólogos, sem a separação das cromátides.
