O núcleo celular

1. O núcleo celular
O pesquisador escocês Robert Brown (1773- 1858) é
considerado o descobridor do núcleo celular. Embora
muitos citologistas anteriores a ele já tivessem observados
núcleos, não haviam compreendido a enorme importância
dessas estruturas para a vida das células. O grande mérito
de Brown foi justamente reconhecer o núcleo como
componente fundamental das células. O nome que ele
escolheu expressa essa convicção: a
palavra “núcleo” vem do grego nux, que significa
semente. Brown imaginou que o núcleo fosse a semente
da célula, por analogia aos frutos.
Hoje, sabemos que o núcleo é o centro de controle das
atividades celulares e o “arquivo” das informações
hereditárias, que a célula transmite às suas filhas ao se
reproduzir.
Células eucariontes e procariontes
A membrana celular presente nas células eucariontes, mas ausente nas procariontes. Na célula eucarionte, o material
hereditário está separado do citoplasma por uma membrana – a carioteca – enquanto na célula procarionte o
material hereditário se encontra mergulhado diretamente no líquido citoplasmático.
Os componentes do núcleo
O núcleo das célula que não estão em processo de divisão apresenta um limite bem definido, devido à presença
da carioteca ou membrana nuclear , visível apenas ao microscópio eletrônico. A maior parte do volume nuclear é
ocupada por uma massa filamentosa denominada cromatina. Existem ainda um ou mais corpos densos (nucléolos)
e um líquido viscoso (cariolinfa ou nucleoplasma ).
Membrana Nuclear
A membrana nuclear, conhecida também
como carioteca (do grego karyon, núcleo
e theke, invólucro, caixa) é um envoltório
formado por duas membranas lipoprotéicas
cuja organização molecular é semelhante as
demais membranas celulares. Entre essas
duas membranas existe um estreito espaço,
chamado cavidade perinuclear.
A face externa da membrana nuclear, em
algumas partes, se comunica com o retículo
endoplasmático e, muitas vezes, apresenta
ribossomos aderidos à sua superfície. Neste
caso, o espaço entre as duas membranas
nucleares é uma continuação do espaço
interno do retículo endoplasmático.
A membrana nuclear é perfurada por
milhares de poros, através das quais
determinadas substâncias entram e saem do
núcleo. Os poros nucleares são mais do que
simples aberturas. Em cada poro existe uma complexa estrutura
protéica que funciona como uma válvula, abrindo-se para dar
passagem a determinadas moléculas e fechando-se em seguida.
Dessa forma, a membrana nuclear pode controlar a entrada e a
saída de substâncias.
A face interna da carioteca encontra-se a lâmina nuclear, uma rede
de proteínas que lhe dá sustentação. A lâmina nuclear participa da
fragmentação e da reconstituição da carioteca, fenômenos que
ocorrem durante a divisão celular.
A cromatina
A cromatina (do grego chromatos, cor) é um conjunto de fios, cada
um deles formado por uma longa molécula de DNA associada a
moléculas de histonas, um tipo especial de proteína. Esses fios são
os cromossomos.

2. Quando se observam núcleos corados ao microscópio óptico, nota-se que certas regiões da cromatina se coram mais
intensamente do que outras. Os antigos citologistas já haviam observados esse fato e imaginado, acertadamente,
que as regiões mais coradas correspondiam a porções dos cromossomos mais enroladas, ou mais condensadas, do
que outras.
Para assinalar diferenças entre os tipos de cromatina, foi criado o termo heterocromatina (do grego heteros,
diferente), que se refere à cromatina mais densamente enrolada. O restante do material cromossômico, de
consistência 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 em
profase. (Existem agora duas cópias da molécula de DNA) (5) Cromossoma em metafase
Os nucléolos
Na fase que a célula eucariótica não se encontra em divisão é possível visualizas vários nucléolos, associados a
algumas regiões específicas da cromatina. Cada nucléolo é um corpúsculo esférico, não membranoso, de aspecto
esponjoso quando visto ao microscópio eletrônico, rico em RNA ribossômico (a sigla RNA provém do
inglês RiboNucleic Acid). Este RNA é um ácido nucléico produzido a partir o DNA das regiões específicas da cromatina
e 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. Isso
acontece durante os eventos que caracterizam a divisão celular. O reaparecimento dos nucléolos ocorre com a
desespiralação dos cromossomos, no final da divisão do núcleo.
A estrutura dos cromossomos
Cromossomos da célula interfásica
O período de vida da célula em que ela não está em processo de divisão é denominado interfase. A cromatina da
célula interfásica, como já foi mencionada, é uma massa de filamentos chamados de cromossomos. Se pudéssemos
separar, 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 microscópio
óptico, uma vez que sua espessura não ultrapassa 30 nm.

3. Constituição química e arquitetura dos cromossomos
Descobrir a natureza química dos cromossomos foi uma árdua tarefa que mobilizou centenas de cientistas e muitos
anos 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 permitiu
demonstrar que o DNA é um dos principais componentes dos cromossomos. Alguns anos mais tarde, descobriu-se
que a cromatina também é rica em proteínas denominadas histonas.
Cromossomos da célula em divisão
Quando a célula vai se dividir, o núcleo e os cromossomos passam
por grandes modificações. Os preparativos para a divisão celular têm
inicio com a condensação dos cromossomos, que começam a se
enrolar sobre si mesmos, tornando-se progressivamente mais curtos
e grossos, até assumirem o aspecto de bastões compactos
Constrições cromossômicas
Durante a condensação cromossômica, as regiões eucromáticas se
enrolam mais frouxamente do que as heterocromáticas, que estão
condensadas mesmo durante a interfase. No cromossomo
condensado, as heterocromatinas, devido a esse alto grau de
empacotamento, aparecem como regiões “estranguladas” do bastão
cromossômico, chamadas constrições.
Centrômero e cromátides
Na célula que está em processo de divisão, cada cromossomo condensado aparece como um par de bastões unidos
em um determinado ponto, o centrômero. Essas duas “metades” cromossômicas, denominadas cromátides-irmãs são
idênticas e surgem da duplicação do filamento cromossômico original, que ocorre na interfase, pouco antes de a
divisão 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 centrômero
é chamada constrição primária, e todas as outras que porventura existam são chamadas constrições secundárias.

4. As partes de um cromossomo separadas pelo centrômero são chamadas braços cromossômicos. A relação de
tamanho entre os braços cromossômicos, determinada pela posição do centrômero, permite classificar os
cromossomos 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 genes
O 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 de RNA e
conseqüentemente traduzida em uma proteína.

5. Conceito de genoma
Um cromossomo é comparável a um livro de receita de proteínas, e o núcleo de uma célula humana é comparável a
uma biblioteca, constituída por 46 volumes, que contêm o receituário completo de todas as proteínas do indivíduo. O
conjunto completo de genes de uma espécie, com as informações para a fabricação dos milhares de tipos de
proteínas necessários à vida, é denominado genoma. Atualmente, graças a modernas técnicas de identificação dos
genes, os cientistas mapearam o genoma humano através do Projeto Genoma Humano.

Projeto Genoma Humano
O Projeto Genoma Humano (PGH) teve por objetivo o mapeamento do genoma humano, e a identificação de todos
os nucleotídeos que o compõem. Consistiu num esforço mundial para se decifrar o genoma. Após a iniciativa
do National Institutes of Health (NIH) dos Estados Unidos, centenas de laboratórios de todo o mundo se uniram à
tarefa de seqüenciar, um a um, os genes que codificam as proteínas do corpo humano e também aquelas seqüências
de DNA que não são genes. Laboratórios de países em desenvolvimento também participaram do empreendimento
com 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 da
bioinformática e das tecnologias de informação, um primeiro esboço do genoma foi anunciado em 26 de Junho de
2000, dois anos antes do previsto.
Em 14 de Abril de 2003, um comunicado de imprensa conjunto anunciou que o projeto foi concluído com
sucesso, com o seqüenciamento de 99% do genoma humano, com uma precisão de 99,99%.

6. Os trabalhos do projeto foram dados como concluídos em 2003. Com a tecnologia da época, estimou-se que todos os
genes (em torno de 25.000) haviam sido seqüenciados. Deve-se lembrar que nem todo o DNA humano foi
seqüenciado. Estimativas atuais concluem que apenas cerca de 2% do material genético humano é composto de
genes, enquanto que a maior parte parece não conter instruções para a formação de proteínas, e existe
provavelmente por razões estruturais. Muito pouco dessa maior parte do material genético tem sua seqüência
conhecida.
Por limitações tecnológicas, partes do DNA que possuem muitas repetições de bases nitrogenadas também ainda não
foram totalmente seqüenciadas. Essas partes incluem, por exemplo, os centrômeros e os telômeros dos
cromossomos.
De todos os genes que tiveram sua seqüência determinada, aproximadamente 50% codificam para
proteínas de função conhecida.
Apesar dessas lacunas, a conclusão do genoma já está facilitando o desenvolvimento de fármacos muito mais
potentes, assim como a compreensão de diversas doenças genéticas humanas.