DNA, Cromossomos e Genoma

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Gustavo Dall’Orto Giuriato – MEDFIMCA TXVII
· Biologia molecular: DNA, Cromossomos e Genoma.
 De maneira geral, sabemos que os o DNA é composto por genes, que consistem em informações armazenadas que determinam características especificas. Essa informação contida no gene é copiada milhares e milhares de vezes durante a vida de um individuo.
 Nesse sentido, vale ressaltar que a informação genética consiste principalmente em instruções para a produção de proteínas, que atuam como unidades fundamentais para as estruturas celulares e formam as enzimas, que catalisam a maioria das reações químicas das células. Sendo muito importante, por exemplo, na expressão genica.
· Mas como a informação genética é transmitida?
 A informação genética é transmitida pelos cromossomos, estruturas presentes no núcleo das células eucarióticas e visíveis em microscopia óptica no início da divisão celular. Os cromossomos consistem em ácido desoxirribonucleico (DNA) e proteínas, presentes em quantidades aproximadamente iguais.
 ‘’Até a década de 50 a forma como as proteínas são especificadas pelas instruções no DNA e como a informação hereditária é copiada e transmitida de célula a célula ainda era um completo mistério. No entanto, Watson e Crick, apresentaram o modelo helicoidal para estrutura de DNA e seus mecanismos são desmitificados sucessivamente. ’’
· Estrutura e Função do DNA:
Uma molécula de DNA ou acido desoxirribonucleico, consiste em duas longas cadeias antiparalelas compostas por quatro tipos de subunidades nucleotídicas ligadas entre si por ligações de hidrogênio entre os nucleotídeos, unindo as cadeias (fitas).
· Mas afinal, o que são nucleotídeos?
 Os nucleotídeos são compostos com resumidamente três partes: Uma pentose, ou seja, um composto de carbono com cinco carbonos, uma base nitrogenada, que consiste em uma estrutura em forma de anel contento nitrogênio, e por pelo menos um radical fosfato.
 De maneira geral, o que diferencia os nucleotídeos são suas bases nitrogenadas, e cada nucleotídeo no DNA contém quatro possíveis bases nitrogenadas:
· ADENINAPURINAS
· GUANINA
· CITOSINAPIRIMIDINAS
· TIMINA
 As bases nitrogenadas se diferenciam em dois grupos as purinas e as pirimidinas, a diferença entre elas é que enquanto as purinas possuem dois anéis na estrutura molecular as pirimidinas possuem um.
No caso dos nucleotídeos de DNA, o açúcar é uma desoxirribose ligada a um único grupo/radical fosfato (daí que vem o nome de acido desoxirribonucleico) e a base pode ser Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) ou Citosina (C). 
 Com isso, o arranjo do nucleotídeo no DNA é uma estrutura alternada de açúcar-fosfato-açúcar-fosfato, na qual a base nitrogenada está ligada apenas a pentose.
 Nesse sentido, os nucleotídeos da uma mesma cadeia são ligados um ao outro pelo fosfato, ou seja, uma ligação fosfodiester, enquanto que os nucleotídeos de cadeias diferentes são ligados por ligações de hidrogênio.
 No grupo hidroxila do carbono 3’ da pentose do primeiro nucleotídeo se une o grupo fosfato ligado à hidroxila do carbono 5’ da pentose do segundo nucleotídeo através da ligação fosfodiéster.
 Os carbonos da pentose são nomeados de 1’ até 5’. Com isso, quando se fala que o DNA tem direcionalidade quer dizer que em uma extremidade da fita do DNA está conectado o carbono 5’ ao fosfato, enquanto que na outra extremidade o carbono 3’. Dessa forma, por isso é dito que a replicação do DNA tem sentido 5’->3’.
 Dessa forma, sendo direcional e linear, a fita de DNA pode ser lida por suas enzimas quase que como essas palavras.
Base nitrogenada
Pentose
Fosfato
· A estrutura de DNA possui estrutura tridimensional em forma de dupla hélice, mas por qual motivo?
 A dupla-hélice de DNA é decorrente das características químicas e estruturais de suas duas cadeias polinucleotídicas. Uma vez que essas duas cadeias são mantidas unidas por ligações de hidrogênio entre as bases das duas fitas, todas as bases estão voltadas para o interior da dupla-hélice, e a cadeia principal de açúcar-fosfato encontra-se na região externa.
 Nesse caso, as bases mais resistentes, purinas, formar par com as pirimidinas. Ou seja, existe um pareamento de bases complementares, na qual permite que as bases mantenham um arranjo energético mais favorável no interior da dupla-hélice. A dupla-hélice espiralizada forma uma volta completa a cada 10 pares de bases.
 É extremamente importante saber que a dupla-hélice de DNA possui orientação antiparalela, ou seja, as duas fitas de DNA vão em direção oposta uma a outra, então, enquanto a fita líder está em direção 5’ para 3’, a fita retardada vai de 3’ para 5’.
 Uma consequência da estrutura do DNA e do pareamento de bases é que cada fita de uma molécula de DNA contém uma sequência de nucleotídeos que é exatamente complementar à sequência de nucleotídeos da outra fita.
 
Imagens mostrando a dupla-hélice de DNA:
 O DNA é composto por quatro tipos de nucleotídeos, ligados covalentemente, formando uma cadeia polinucleotídica (uma fita de DNA), com uma cadeia principal de açúcar-fosfato a partir do qual as bases (A, C, G e T) se estendem. Uma molécula de DNA é composta por duas fitas de DNA antiparalelas
unidas por ligações de hidrogênio entre as
bases pareadas. As setas nas extremidades
das cadeias de DNA indicam a polaridade
das duas fitas. No diagrama na parte de
baixo e à esquerda da figura, o DNA está
mostrado de forma plana; na realidade,
ele é torcido formando uma dupla-hélice,
· Como a informação genética de um organismo pode ser armazenada em uma forma química?
‘’ O DNA é um polímero linear, formado por quatro tipos de monômeros (adenina, timina, guanina e citosina), ordenados em uma sequência definida, como as letras em um documento escrito com o alfabeto. Dessa forma, esses monômeros em sequencia, polinucleotideos, que armazenam as características, ou seja, eles formam o gene, responsável por armazenar a informação. ’’
· Como essa informação pode ser duplicada e copiada de geração a geração?
‘’Como cada fita de DNA contém uma sequência de nucleotídeos que é exatamente complementar à sequência de nucleotídeos da fita associada, cada fita pode atuar como um molde para a síntese de uma nova fita complementar.‘’ Então consiste em uma duplicação semiconservativa. O DNA atua como molde para a sua própria duplicação. Como o nucleotídeo A irá parear de maneira eficiente apenas com T, e G apenas com C, cada fita de DNA pode atuar como molde e especificar a sequência de nucleotídeos na sua fita complementar. Dessa forma, a dupla-hélice de DNA pode ser precisamente copiada, e cada hélice de DNA parental produz duas hélices-filhas de DNA idênticas.
· Os organismos diferem uns dos outros porque suas respectivas moléculas de DNA possuem diferentes sequências de nucleotídeos e, consequentemente, carregam diferentes mensagens biológicas. 
No entanto, como esse alfabeto que é o DNA, é usado para produzir as mensagens e o que elas significam?
Isso ocorre na expressão genica, na qual a célula converte a sequência nucleotídicas de um gene primeiro em uma sequência de nucleotídeos na molécula de RNA e, então, na sequência de aminoácidos de uma proteína que serão traduzidas no ribossomo. (revisão de expressão gênica)
Resumo das características do DNA:
 A informação genética é armazenada em uma sequência linear de nucleotídeos no DNA. Cada molécula de DNA é uma dupla-hélice formada por duas fitas complementares e antiparalelas de nucleotídeos unidos por ligações de hidrogênio entre os pares de bases G-C e A-T. A duplicação da informação genética ocorre pelo uso de uma das fitas de DNA como um molde para a formação de uma fita complementar.A informação genética contida no DNA de um organismo contém as instruções para todas as moléculas de RNA e proteínas que o organismo irá sintetizar, compondo o genoma do organismo. Nos eucariotos, o DNA está localizado no núcleo celular, um grande compartimento delimitado por membrana.
· DNA Cromossômico e Compactação da Cromatina:
 A função mais importante do DNA é carregar os genes, a informação que especifica todas as moléculas de RNA e proteínas que formam um organismo – incluindo a informação sobre quando, em quais tipos celulares e quais as quantidades de cada molécula de RNA e de proteínas devem ser produzidas. O DNA nuclear dos eucariotos é dividido e organizado em cromossomos.
 Se as duplas-hélices que compõem todos os 46 cromossomos em uma célula humana fossem colocadas uma ligada à extremidade da outra, atingiriam cerca de 2 metros; no entanto, o núcleo que contém o DNA tem somente cerca de 6 "m de diâmetro.
 A complexa tarefa de compactar o DNA é realizada por proteínas especializadas que se ligam ao DNA e fazem seu enovelamento, e apesar de estar altamente compactado o DNA permanece acessível a diversas proteínas dentro da célula que o replicam, reparam e utilizam seus genes para produzir as moléculas de RNA e as proteínas.
 Nesse sentido, cada cromossomo em uma célula eucariótica consiste em uma única e enorme molécula de DNA linear juntamente com proteínas que enovelam e empacotam a fina fita de DNA em uma estrutura mais compacta.
Imagem dos cromossomos homólogos:
 O núcleo celular humano contém duas cópias de cada cromossomo, uma herdada da mãe e outra herdada do pai, são chamados de cromossomos homólogos.
 O único par de cromossomos não homólogos é o dos cromossomos sexuais do macho, onde um cromossomo Y é herdado do pai e um cromossomo X é herdado da mãe. Assim, cada célula humana contém um total de 46 cromossomos – 22 pares comuns, tanto para indivíduos masculinos quanto femininos – mais os dois cromossomos sexuais (X e Y nos indivíduos do sexo masculino e dois X nos indivíduos do sexo feminino).
A representação dos 46 cromossomos mitóticos é chamada de cariótipo humano.
 Os cromossomos carregam os genes, as unidades funcionais da hereditariedade, o gene normalmente é definido como um segmento de DNA que contem instruções para produzir determinada proteína (ou uma serie de proteínas). No entanto, existem também diversos genes que são responsáveis por originar uma molécula de RNA funcionalmente importante. (mais adiante fala melhor a respeito disso)
· Como os genes são organizados?
 A primeira característica marcante do genoma humano é que apenas uma parte muito pequena (somente cerca de 1,5%) codifica proteínas, na qual as partes codificantes são chamadas de éxons, enquanto a parte não codificada são chamadas de íntrons. 
 Nesse sentido, A maior parte da sequência restante no gene consiste em inúmeros segmentos de DNA não codificador que interrompem uma sequência relativamente curta de pequenos segmentos de DNA codificador da proteína. Então podemos dizer que o gene é um contraste de éxons e íntrons, com a maior parte sendo formada por íntrons. No Cap. 6 = mais detalhado
‘’Além dos éxons e íntrons, cada gene está associado a sequências de DNA regulador, as quais são responsáveis por assegurar que cada gene será ativado e desativado no devido tempo, expresso no nível adequado e apenas em determinados tipos celulares.’’Só na próxima unidade
· Condensação do DNA no cromossomo humano:
 Todos os organismos eucarióticos apresentam formas elaboradas de compactar seu DNA nos cromossomos. A compressão é realizada por proteínas que enrolam e enovelam o DNA sucessivamente em níveis cada vez mais altos de organização.
 Algumas regiões específicas dos cromossomos de interfase sofrem uma descondensação para permitir o acesso a sequências de DNA específicas para a expressão gênica, o reparo e a replicação de DNA, e então se recondensam após o término desses processos. Com isso, o empacotamento dos cromossomos deve, portanto, ser feito de forma que permita o acesso rápido e localizado no momento requerido ao DNA.
· Unidades básicas para condensação cromossômica:
 As proteínas que se ligam ao DNA e formam os cromossomos são divididos em duas classes, as Histonas e as Proteínas cromossômicas não histonas, na qual o conjunto dessas duas classes mais o DNA é chamado de cromatina.As histonas são responsável pelo primeiro e mais básico nível de compactação/organização cromossômica, o nucleossomo, que consistem em uma unidade estrutural básica do empacotamento de DNA nos eucariotos, sendo o 1° estágio de compactação do DNA. A estrutura de um nucleossomo consiste em um segmento de DNA enrolado em torno de oito proteínas histonas. O octâmero de histonas forma um cerne proteico ao redor do qual a fita dupla de DNA é enrolada. Os nucleossomos são segmentos de DNA enrolados em proteínas histonas que impedem que o DNA formem emaranhados não funcionais.
· Mas nesse sentido como as histonas são ligadas ao DNA?
 As histonas são pequenas proteínas que se associam ao DNA, formando uma estrutura parecida com um ‘’colar de contas’’. 
 Nesse sentido, vale ressaltar que o nucleossomo é formado a partir da união de proteínas histonas, então se pode dizer que varias histonas empacotam e ordenam o DNA em unidades estruturais chamadas nucleossomos. Para ser mais exato um grupo octamerico de histonas.
 Então, a montagem do nucleossomo depende de uma associação adequada desse grupo octamérico de histonas, sendo eles um dímero das histonas H1, H2, H3 e H4, para formar assim o nucleossomo.
Nesse sentido, As posições dos nucleossomos no genoma não são aleatórias e é importante saber onde cada nucleossomo está localizado, pois isso determina a acessibilidade do DNA às proteínas reguladoras.
 A estrutura que separa um nucleossomo do outro é chamada de DNA de ligação, que está entre os nucleossomos. Vale ressaltar, que os nucleossomos se repetem aproximadamente uma vez a cada 200 nucleotídeos.
 
 
 Além do enovelamento das histonas, cada uma das histonas do cerne possui uma “cauda” que se projeta para fora do cerne histona-DNA. Essas caudas de histonas estão sujeitas a diferentes tipos de modificações covalentes, que, por sua vez, controlam aspectos críticos da estrutura e função da cromatina.
 Essas modificações são feitas pelas DNA metiltransferases ou acetiltransferases, que são enzimas na qual podem ser descritos como complexos de remodelagem da cromatina, na qual podem realizar a metilação ou acetilação:
 A metilação do DNA leva ao recrutamento de proteínas que causam a compactação da cromatina, impedindo que a enzima RNA-polimerase se ligue à molécula. Dessa forma não ocorre a expressão gênica, uma vez que a RNA-polimerase é a enzima responsável pela transcrição, ou seja, pela síntese de RNA a partir da informação contida na fita do DNA. Resumidamente, a metilação impede que o DNA produza proteína por estar muito condensado.
 A acetilação do DNA também consiste no recrutamento de proteínas, mas nesse caso ocorre o contrário, o DNA é descondensado, dessa forma é associada com maiores níveis de transcrição de genes. Resumidamente, a acetilação induz a uma maior produção de proteínas nesse lugar, por estar menos condensado.
 Os nucleossomos possuem uma estrutura dinâmica e frequentemente estão sujeitos a alterações catalisadas pelos complexos de remodelagem da cromatina descritos acima.
 Os complexos de remodelagem da cromatina altera, temporariamente, a estrutura do nucleossomo, tornando a ligação do DNA ao cerne mais livre. Por meio de ciclos repetidos de hidrólise de ATP que impulsionam o cerne do nucleossomo ao longo da dupla-hélice de DNA, os complexos de remodelagem podem catalisar o deslizamento dos nucleossomos. Dessa forma, eles podem reposicionar os nucleossomos para expor regiões específicas do DNA, tornando-as acessíveis a outras proteínas na célula.
 Portanto, a posição exata de um nucleossomo ao longo de um segmento de DNA depende principalmente da presença e da naturezade outras proteínas ligadas ao DNA. É devido à presença dos complexos de remodelagem da cromatina que o arranjo dos nucleossomos no DNA é altamente dinâmico, podendo alterar-se rapidamente de acordo com as necessidades da célula. 
 
Outro fator importante, é que as ligações guanina-citosina ficam na parte mais externa, por serem mais prováveis de serem codificantes para proteína ou RNAs funcionais, já que ali é o um lugar menos condensado.
 Existem também, histonas especializadas que diferem das histonas principais na sequência de aminoácidos. Essas variantes, combinadas a um surpreendente número de modificações covalentes que podem ser adicionadas às histonas nos nucleossomos, originam uma grande diversidade de estruturas da cromatina nas células.
 Nesse sentido, vale ressaltar que existem variantes de histonas, na qual pode alterar a função do nucleossomo, como é o caso, por exemplo, do nucleossomo especifico do centrômero, local onde o cinetócoro se encaixa, cada centrômero está inserido em uma região de cromatina centromérica especial, que contém uma variante de histona específica de centrômero, conhecida como CENP-A (proteínacentromérica), além de proteínas adicionais que compactam os nucleossomos em arranjos especialmente densos e formam o cinetocoro,
· Normalmente os nucleossomos são condensados para formar uma fibra de cromatina compacta:
 Embora cordões de nucleossomos extremamente longos sejam formados, a cromatina de uma célula viva raramente apresenta a forma de “colar de contas”. Na verdade, os nucleossomos são compactados uns em cima dos outros, produzindo arranjos nos quais o DNA encontra-se altamente condensado.
 Esse arranjo altamente condensado é chamado usualmente de modelo em zigue-zague, o forte empilhamento entre os cromossomos é causado pelas ligações nucleossomo-nucleossomo que envolvem as caudas das histonas, estabelecendo conexões entre os nucleossomos adjacentes, e estabilizando os para formar a fibra da cromatina, e mesmo com essas proteínas especificas, não apresenta sequencias de DNA especializadas ou algo do tipo.Exemplo de histona especializada:
 Imagem do modelo em zigue-zague:
a das histonas:Caudas terminais da histona
As chaperonas de histonas são proteínas auxiliares que ajudam na remodelação, checagem e descarte de proteínas, essa proteína usa a hidrolise de ATP, como energia para desnovelar proteínas e possibilitar um novo enovelamento na forma ou lugar correto, e caso não consiga atingir a configuração correta, manda-se para descarte, pelo proteassomo. Nesse sentido, as chaperonas junto ao proteassomo mantêm a célula com as proteínas em ordem.
 As chaperonas são proteínas que têm por função assistir outras proteínas na obtenção de seu dobramento apropriado. Muitas chaperonas são proteínas heat shock, ou seja, proteínas expressadas em resposta à elevação de temperatura ou outra criticidade celular. A razão para este comportamento é que o dobramento da proteína é muito afetada pelo calor e, portanto, algumas chaperonas agem em reparar o dano potencial causado pela falha de dobramento. Outras chaperonas estão envolvidas no dobramento de novas proteínas que deixam o ribossomo.
OBSERVAÇÃO:
Resumo básico:
· Um gene é uma sequência de nucleotídeos em uma molécula de DNA que atua como uma unidade funcional para a produção de uma proteína, de um RNA estrutural ou de uma molécula de RNA catalítica ou reguladora.
· Em eucariotos, os genes que codificam proteínas normalmente são compostos por uma sequência alternada de íntrons e éxons, asso- ciados a regiões reguladoras de DNA.
· Um cromossomo é formado a partir de uma única molécula de DNA extremamente longa que contém vários genes em uma disposição linear, ligada a um enorme conjunto de proteínas.
· O genoma humano contém 3,2 × 109 pares de nucleotídeos, divididos entre 22 cromossomos autossômicos diferentes (cada um presente com duas cópias) e dois cromossomos sexuais. Somente uma pequena porcentagem desse DNA codifica proteínas ou moléculas funcionais de RNA.
· A molécula de DNA cromossômico também contém três outros tipos de sequências nucleotídicas importantes: as origens de replicação e os telômeros, que permitem que a molécula de DNA seja replicada de maneira eficiente, enquanto o centrômero liga as moléculas-irmãs de DNA ao fuso mitótico, assegurando sua segregação precisa às células-filhas durante a fase M do ciclo celular.
· O DNA dos eucariotos é fortemente ligado a uma massa igual de histonas, as quais formam unidades repetidas de proteína-DNA chamadas de nucleossomos. O nucleossomo é composto por um cerne octamérico de proteínas histonas ao redor das quais se enrola a dupla-hélice de DNA.
· Os nucleossomos estão dispostos em intervalos de cerca de 200 pares de nucleotídeos e normalmente são compactados (com o auxílio de moléculas da histona H1) em arranjos quase regulares, formando uma fibra de cromatina de 30 nm.
· Apesar de compacta, a estrutura da cromatina deve ser altamente dinâmica para permitir o acesso ao DNA. Alguns enrolamentos e desenrolamentos entre DNA e nucleossomo são espontâneos; porém a estratégia geral para as alterações reversíveis locais na estrutura da cromatina são os complexos de remodelagem da cromatina dependentes de ATP.As células contêm um grande número desses complexos, que são direcionados a regiões específicas da cromatina em períodos específicos. Os complexos de remodelagem colaboram com as chaperonas de histonas e permitem que os cernes nucleossômicos sejam reposicionados, reconstituídos a partir de diferentes histonas ou completamente removidos para expor o DNA neles enrolado.
· Fibras da cromatina ou apenas Cromatina:
 Após o emaranhado funcional de nucleossomos em zigue-zague formar a fibra da cromatina, deve-se entender que a cromatina não é totalmente igual, existe diferenças em sua estrutura, com modificações químicas, complexos proteicos e sítios de reconhecimento que variam.
 Nesse sentido, destaca que a cromatina apresenta-se em duas formas diferentes, uma muito condensada, chamada de heterocromatina, e a outra parte menos condensada, chamada de eucromatina.
 Dessa forma, sabe-se que a expressão genica não ocorre em regiões muito condensadas como na heterocromatina, ou seja, irá ocorrer na parte da eucromatina. 
 No entanto, não se deve entender a heterocromatina como DNA ‘’lixo’’, mas como uma parte resistente a expressão genica, podendo partes da eucromatina ser convertidas ao estado de heterocromatina, fazendo com que seus genes sejam ‘’desligados’’. Com isso, quando um segmento eucromático é translocado para um local próximo ao de heterocromatina, isso provoca quase sempre um silenciamento ou inativação de seus genes.
 Em cada célula, uma vez estabelecida à condição da heterocromatina em um segmento da cromatina, ela tende a ser herdada de modo estável por toda descendência da célula, isso é chamado de efeito posicional variegado, que diz respeito à propagação da heterocromatina e a estabilidade da herança e genes que atuam como intensificadores ou supressores disso. Esse efeito apresenta semelhanças com a extensa propagação da heterocromatina que inativa um dos dois cromossomos X nas fêmeas de mamíferos.
 Essas observações, juntas, levam a uma estratégia fundamental da formação da heterocromatina: heterocromatina gera mais heterocromatina, veremos adiante mais a respeito.
· Modificações nas histonas que geram consequências a eucromatina:
 As caudas terminais das histonas estão sujeitas a um grande numero de modificações covalentes, entre elas a acetilação, metilação e fosforilação, sendo que todas as modificações são reversíveis na qual uma enzima especifica atua para modificar ou remover a modificação. 
 Cada uma dessas enzimas é recrutada a sítios específicos da cromatina, na qual para a maioria esse recrutamento depende das proteínas reguladoras de transcrição, na qual as mesmas regulam e ligam-se a sequencias especificas de DNA nos cromossomos. Dessa forma, elas determinam onde e quando as enzimas que modificam a cromatina citadasacima irão atuar.
 Então no fim das contas, quem determina mesmo onde a enzima vai atuar é sequencia de DNA, já que as proteínas reguladoras ligam-se a lugares específicos.
· As modificações das histonas são cuidadosamente controladas e apresentam consequências importantes:
A acetilação de lisinas nas caudas N-terminais afrouxa a estrutura da cromatina, em parte porque a adição de um grupo acetil, reduz a afinidade das caudas aos nucleossomos adjacentes. Entretanto, os efeitos mais significativos das modificações das histonas é sua capacidadede recrutar outras proteínas específicas ao segmento de cromatina modificado. Já a metilação, por exemplo, atrai uma proteína especifica da heterocromatina que contribui para o estabelecimento e sua propagação.
De maneira geral, as proteínas recrutadas atuam junto com as histonas modificadas para determinar como e quando os genes serão expressos.
Imagem mostrando exemplo de onde ocorre modificações nas histonas:
· Código das Histonas e consequência na cromatina:
 Como apresentado anteriormente, sabe-se que existe variantes de histonas, na qual diferente das quatro unidades básicas constituintes do nucleossomo, são organizadas e colocadas no nucleossomo de maneira especifica, como por exemplo o nucleossomo especializado do centrômero. 
 Nesse sentido, é importante entender que as modificações covalentes, como a metilação e acetilação, agem juntos com essas histonas especializadas. Com isso, algumas combinações dessas modificações com as histonas especializadas possuem significados específicos na célula, de modo a determinar quando e como o DNA compactado nos nucleossomos deverá ser acessado ou manipulado. (Isso é o ‘’código das histonas’’)
 Por exemplo, um tipo de marca indica que um segmento da cromatina foi recentemente replicado, outro indica que o DNA na cromatina foi danificado e necessita ser reparado, enquanto outros sinalizam quando e como a expressão gênica deve ocorrer. 
 Diversas proteínas reguladoras, que normalmente estão unidas em um complexo que contêm pequenos domínios, a qual se liga a essas marcas específicas e que assim reconhecem uma combinação específica de modificações nas histonas. Isso é o Complexo de Leitura, na qual permite que uma determinada combinação de marcas na cromatina atraia outras proteínas para executar uma função biológica específica no momento certo.
 Essas ‘’marcas’’ descritas são resultantes das adições covalentes a histona, sendo elas dinâmicas e constantemente removidas ou adicionadas, os lugares de maior marcação são as caudas das histonas, já que mesmo com o DNA condensado estão acessíveis.
Imagem mostrando como funciona o complexo de leitura:
· O que é o complexo de leitura-escrita(marcação)?
 Um complexo de proteínas de leitura e escrita (marcação) pode propagar modificações específicas da cromatina ao longo do cromossomo, como ocorre no efeito posicional variegado citado anteriormente, na qual formas modificadas de cromatina tende a se propagar ao logo da molécula de DNA cromossômico.
 As enzimas de escrita faz parte também, como as de leitura, de um complexo proteico no DNA, que é trazido de determinado local pelas proteínas de ligação da cromatina para realizar sua função. 
 Nesse sentido, após uma enzima de modificação “escrever” sua marca em um ou em alguns nucleossomos adjacentes, seguem-se eventos que se assemelham a uma reação em cadeia, na qual uma “enzima de escrita” atua em conjunto com uma “proteína de leitura” localizada no mesmo complexo proteico.
 A proteína de leitura possui um módulo que reconhece a marca e se liga firmemente ao nucleossomo recém-modificado ativando a enzima de leitura ligada, e a posicionando próxima ao nucleossomo adjacente. Por vários ciclos de leitura e escrita, a proteína de leitura pode carregar a enzima de escrita ao longo do DNA, distribuindo a marca de “mão em mão”, ou melhor, de nucleossomo em nucleossomo pelo cromossomo, gerando assim uma onda de propagação da heterocromatina.
‘’para entender melhor ler olhando a figura ‘’
 É importante destacar que não é tão simples como na figura, mas segue a mesma lógica, tanto as proteínas de leitura como as de escrita são parte de um complexo proteico que provavelmente contenha diversas proteínas de leitura e escrita, e necessite de diversas marcas nos nucleossomos para sua propagação.
 Muitos desses complexos de leitura e escrita também contêm uma proteína de remodelagem da cromatina, com isso, todos podem atuar em conjunto para condensar ou descondensar longos segmentos de cromatina à medida que a proteína de leitura se desloca progressivamente ao longo do DNA empacotado no nucleossomo.
· Se o complexo de leitura-escrita gera uma onda de propagação da condensação, o que para essa onda
 Sequências de DNA de barreira bloqueiam a propagação dos complexos de leitura e escrita e, portanto, separam domínios de cromatina adjacentes, ou seja, determinadas sequências de DNA indicam os limites dos domínios de cromatina e separam esses domínios entre si. 
 Nessas regiões de DNA barreira, existem as chamadas proteínas barreiras, na qual impedem que o complexo de leitura e escrita continue com sua propagação, garantindo a proteção do gene contra o silenciamento causado pela propagação da heterocromatina.
 A análise da sequência de barreira revela que ela contém uma série de sítios de ligação para as enzimas acetilases de histonas, e como a acetilação causa o efeito contrário da metilação, que é feita pelo complexo de leitura escrita, as acetilases de histonas são candidatas lógicas à formação dessas barreiras de DNA contra a propagação, mas existem também outros tipos de modificações da cromatina para proteção do silenciamento dos genes. 
Exemplo do trabalho realizado pela proteína barreira:
Por exemplo, nas células destinadas a originar os glóbulos vermelhos do sangue, uma sequência chamada HS4 normalmente separa o domínio de cromatina ativa que contém o lócus da globina humana de uma região adjacente silenciada de cromatina condensada. Se essa sequência for removida, o lócus da globina é invadido pela cromatina condensada. Essa cromatina silencia os genes nela contidos e se propaga em diferentes extensões nas diferentes células, as consequências são sérias: os genes da globina são pouco expressos, e indivíduos que possuem essa deleção apresentam uma forma grave de anemia.
· A cromatina nos centrômeros do cromossomo:
 O DNA nos centrômeros é enrolado em histonas especializadas, que assim formam os nucleossomos, mas seu DNA não é diferente das outras partes do cromossomo, é chamado de DNA satélite alfa, e contêm diversas sequencias de nucleotídeos repetidos em outras partes do cromossomo por exemplo.
 Nesse sentido, esse DNA satélite alfa, indica que ele não é o responsável pela formação do centrômero, já que existe sequencias igual as suas em outros lugares do cromossomo. Ou seja, os centrômeros são definidos por proteínas especificas e não por sequencias de DNA especificas.
 No entanto, pode acontecer que a ocorra à inativação da região de formação do centrômero, para sua formação em outro lugar, o que chamamos de neocentromero, a formação de um novo centrômero requer um evento inicial de semeadura, que envolve a formação de uma estrutura especializada de DNA e proteína, e que contenha nucleossomos formados com a variante CENP-A da histona, ocorrendo mais prontamente em regiões de DNA satélite alfa.
 Uma vez que um conjunto de nucleossomos contendo CENP-A tenha sido formado em um segmento de DNA, é fácil entender como um novo centrômero é produzido no mesmo lugar em ambos os cromossomos-filhos após cada ciclo de divisão celular. É necessário apenas assumir que a presença da histona CENP-A em um nucleossomo herdado recruta seletivamente mais histonas CENP-A para os seus vizinhos recém-formados, ocorrendo algo parecido com o efeito posicional variegado, mas nesse caso pra formação da cromatina centromerica.
Imagem mostrando o fato :
Resumo:
Nos cromossomos dos eucariotos, o DNA éuniformemente arranjado em nucleossomos, mas existe uma grande variedade de estruturas de cromatina possíveis. Essa variedade baseia-se em um grande conjunto de modificações covalentes reversíveis das quatro histonas no cerne do nucleossomo. Essas modificações incluem mono, di e trimetilação de várias cadeias laterais da lisina, uma reação importante, que é incompatível com a acetilação que pode ocorrer nessas mesmas lisinas. Combinações específicas das modificações marcam muitos nucleossomos, dirigindo sua interação com outras proteínas. Essas marcas são lidas quando módulos proteicos que compõem um complexo proteico maior se ligam aos nucleossomos modificados em uma região da cromatina. Essas proteínas de leitura, por sua vez, atraem proteínas adicionais que realizam várias funções.
Alguns complexos de proteínas de leitura contêm uma enzima que modifica histonas, como a lisina metilase de histonas, que “escreve” a mesma marca reconhecida pela proteína de leitura. Um complexo de remodelagem de leitura e escrita desse tipo pode propagar uma forma específica de cromatina pelo cromossomo.
 Em particular, grandes regiões de heterocromatina parecem ser formadas desse modo. A heterocromatina é normalmente encontrada ao redor dos centrômeros e próxima aos telômeros, mas também está presente em diversos outros locais dos cromossomos. O forte empacotamento do DNA em heterocromatina normalmente provoca o silenciamento dos genes nessa região.
O fenômeno do efeito posicional variegado fornece forte evidência para a herança de estados condensados da cromatina de uma geração a outra. Um mecanismo semelhante parece ser responsável pela manutenção da cromatina especializada nos centrômeros. Mais genericamente, a capacidade de propagar estruturas específicas da cromatina através de gerações celulares torna possível um processo de memória celular epigenética que possui uma função essencial na preservação dos diferentes grupos de estados celulares necessários aos organismos multicelulares complexos.
· Cromossomo:
As duas moléculas de DNA produzidas na replicação, durante a interfase do ciclo de divisão celular, são dobradas separadamente, produzindo dois cromossomos-irmãos, ou cromátides-irmãs, unidas pelos centrômeros, mencionados anteriormente. 
Com isso, uma vez removido o complexo que os une, cada cromátide pode ser vista como alças de cromatina altamente organizadas. 
· Sabe-se que a compactação dos cromossomos é um processo altamente organizado, mas a que propósito isso serve?
‘’Quando a condensação é completada (na metáfase), as cromátides-irmãs estão desemaranhadas umas das outras e dispostas lado a lado. Assim, as cromátides-irmãs podem ser facilmente separadas quando a maquinaria mitótica puxa uma para cada lado.’’
‘’A compactação dos cromossomos protege as moléculas de DNA, relativamente frágeis, de quebras no momento da separação entre as células-filhas.’’
 A condensação dos cromossomos inicia-se na interfase, durante a fase M, e conforme se avança o ciclo mais condensado. Durante a fase M, a expressão gênica é suspensa, e ocorre as modificações especificas nas histonas que auxiliam na reorganização/compactação da cromatina. Vale ressaltar que duas classes de proteínas auxiliam nessa condensação, as chamadas coesinas e condensinas.
· Nucléolo:
 O nucléolo é uma estrutura especializada dentro do núcleo, sem delimitação por membrana, na qual é formada por vários cromossomos, sendo ativada na síntese de ribossomos. Ele consiste em uma rede de RNAs e proteínas concentradas em torno dos genes de RNA ribossômico que estão sendo ativamente transcritos.
A principal função do nucléolo é a produção de subunidades que formam os ribossomos. Os ribossomos são conhecidos para produzir / fabricar proteínas e, portanto, o nucléolo desempenha um papel indireto na síntese de proteínas, e são formados apenas quando há necessidade e criam uma alta concentração local de diversas enzimas e moléculas de RNA necessárias a um determinado processo.
Resumo cromossomo:
Geralmente os cromossomos estão descondensados durante a interfase, de forma que os detalhes em sua estrutura são difíceis de serem visualizados.. Quando os genes contidos em uma alça são expressos, a alça é desdobrada e permite que a maquinaria celular tenha fácil acesso ao DNA. 
Os cromossomos interfásicos ocupam territórios discretos no núcleo celular; isto é, eles não estão extensivamente entrelaçados. A eucromatina constitui a maior parte do cromossomo interfásico, sendo provável que, quando não está sendo transcrita, apresente a forma de fibras de nucleossomos compactados fortemente dobradas. Entretanto, ela é interrompida por segmentos de heterocromatina, em que os nucleossomos estão sujeitos a níveis adicionais de empacotamento, o que normalmente torna o DNA resistente à expressão gênica.
 A heterocromatina apresenta-se de várias formas, algumas encontradas em grandes blocos nos centrômeros e ao redor deles, assim como próximas aos telômeros. Porém, a heterocromatina também está presente em outras posições nos cromossomos, onde pode ajudar na regulação de genes importantes do desenvolvimento.
O interior do núcleo é altamente dinâmico, com a heterocromatina normalmente posicionada próxima ao envelope nuclear e as alças de cromatina movendo-se para fora de seu território cromossômico durante a alta expressão de seus genes. Isso reflete a existência de subcompartimentos nucleares, em que diferentes grupos de reações bioquímicas são facilitados por um aumento na concentração de proteínas e RNAs selecionados.
Os componentes envolvidos na formação dos subcompartimentos podem se auto organizar em organelas discretas como os nucléolos , podendo também ser presos a estruturas fixas como o envelope nuclear.
Durante a mitose, a expressão gênica é desligada e todos os cromossomos adotam uma conformação extremamente condensada, em um processo que começa no início da fase M e empacota as duas moléculas de DNA de cada cromossomo replicado como duas cromátides dobradas separadamente. A condensação é acompanhada por modificações das histonas que promovem a compactação da cromatina, porém a finalização satisfatória desse processo ordenado, que reduz a distância de cada molécula de DNA de ponta a ponta,