Resumo Núcleo, Diferenciação e Morte Celular

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Núcleo, Diferenciação e Morte Celular
ESTRUTURA DO NÚCLEO CELULAR
O núcleo é uma organela que mede entre 5 e 10 µm de diâmetro, conforme a intensidade do metabolismo celular – células com alto metabolismo possuem núcleo maior em relação às células com baixo metabolismo. O formato do núcleo, em geral, é compatível com a morfologia da célula. Células de formato prismático possuem núcleo alongado, por exemplo.
Nas células animais, é comum ocupar a posição central no citoplasma, enquanto nas células vegetais localiza-se na periferia. Em geral, as células eucarióticas possuem um só núcleo, que delimita o espaço onde está abrigado o genoma, com exceção dos eritrócitos de mamíferos (células vermelhas do sangue), que perdem o núcleo durante a etapa de diferenciação celular. Algumas células, como as do fígado e das fibras musculares estriadas, caracterizam-se por serem polinucleadas.
A delimitação do genoma pelo núcleo faz dele o centro de controle celular. Uma de suas principais vantagens é o maior controle da expressão gênica, com a replicação do DNA, a transcrição e o processamento do RNA ocorrendo dentro do núcleo, e a tradução ou síntese de proteínas, etapa final da expressão gênica, acontecendo no citoplasma.
O núcleo celular terá características distintas, dependendo da etapa do ciclo celular. Veja a seguir:
· Intérfase (Interfase.) – período entre duas divisões celulares consecutivas, em que observamos o núcleo interfásico. Nesta etapa, ocorrem a replicação (autoduplicação) do DNA e a transcrição do DNA em RNA.
· Mitose – período em que a célula está se dividindo em duas, quando observamos o núcleo mitótico.
Vamos começar pelo estudo da estrutura do núcleo interfásico, em que estão presentes os seguintes componentes: envelope nuclear, cromatina, nucleoplasma e nucléolo.
Estrutura do núcleo celular.
ENVELOPE NUCLEAR
Também chamado envoltório nuclear, está presente apenas nas células eucarióticas, separando o conteúdo nuclear do citoplasma; visível só em microscopia eletrônica.
É formado por dupla membrana lipoproteica, constituída de 30% de lipídeos e 70% de proteínas, onde estão presentes poros:
A) Núcleo interfásico; B) Detalhe do envelope nuclear.
· Membrana nuclear externa
Caracteriza-se por ser contínua com o retículo endoplasmático rugoso e pode apresentar ribossomos aderidos à face voltada para o citoplasma.
· Membrana nuclear interna
Caracteriza-se por possuir, na face interna, voltada para o nucleoplasma, uma rede fibrosa proteica de filamentos intermediários denominada lâmina nuclear, descontínua na região dos poros. Essa lâmina nuclear mantém a forma e a estrutura do envelope. É responsável pela ligação da cromatina ao envelope. Durante a mitose, ocorre redução na interação entre os componentes da lâmina nuclear, fazendo com que se desfaça e, consequentemente, também o envelope nuclear. Por isso, é possível que o material genético migre para os polos da célula.
· Poros nucleares
Também denominados complexo dos poros nucleares, são estruturas constituídas por cerca de 100 proteínas, responsáveis pelo movimento de entrada e saída de íons e moléculas entre o nucleoplasma e o citoplasma. O número de poros no envelope varia de 3.000 a 4.000, mas pode ser maior ou menor, de acordo com o volume na atividade de transcrição.
CROMATINA
Chama-se cromatina o DNA associado a proteínas chamadas histonas, formando uma estrutura denominada nucleossomo. As histonas são responsáveis pela compactação ordenada da cromatina e podem ser de cinco tipos distintos: H1, H2A, H2B, H3 e H4, muito similares entre as espécies eucarióticas, refletindo importância evolutiva e de seu papel na formação da cromatina.
Estrutura do nucleossomo.
Ao longo da molécula de DNA, observamos a cromatina em duas formas:
· Cromatina descompactada ou descondensada – durante a intérfase, no núcleo interfásico.
· Cromatina compactada ou condensada – é denominada cromossomo e ocorre durante a divisão celular, no núcleo mitótico. A condensação ocorre pela ação da proteína condensina.
Níveis moleculares de organização da cromatina.
Essas regiões compactadas e descompactadas que ocorrem ao longo da molécula de DNA representam dois estados funcionais distintos da cromatina:
· Heterocromatina – é a forma inativa, mais condensada da cromatina, em que não ocorre transcrição do RNA. 
Podemos distinguir dois tipos:
· Heterocromatina constitutiva – possui sequências gênicas altamente repetitivas, que nunca são transcritas.
· Heterocromatina facultativa – em um mesmo organismo, pode se apresentar compactada em algumas células e descompactada em outras. Ainda que contenham sequências gênicas únicas ou repetitivas que possam ser transcritas, são inativadas. Exemplo de heterocromatina facultativa: o cromossomo X das fêmeas de mamíferos. Uma inativação aleatória ocorre em um dos cromossomos X das fêmeas ainda na vida uterina.
· Eucromatina – é a forma ativa da cromatina, correspondendo apenas a 10% da extensão da cromatina, que transcreve RNA somente durante a intérfase.
Mólecula de DNA com regiões de eucromatina e heterocromatina.
NUCLEOPLASMA
É uma solução de natureza aquosa, delimitada pelo envelope nuclear, constituída de proteínas, RNA, nucleotídeos e íons. No nucleoplasma, estão mergulhados o nucléolo e a cromatina. Encontramos, ainda, a matriz nuclear de natureza fibrilar formando um endoesqueleto, semelhante ao citoesqueleto citoplasmático. Atribui-se à matriz nuclear a função de prender as alças da cromatina, as proteínas envolvidas no transporte de RNA e as enzimas que participam na replicação e transcrição do DNA.
NUCLÉOLO
Região do nucleoplasma não delimitada por membrana, onde se agrupam os genes codificadores do RNA ribossômico (RNAr). É, portanto, a região que tem função de síntese do RNAr, constituída principalmente por proteínas e RNAr. Sob a ação da enzima RNA polimerase I, ocorre a transcrição dos genes, levando ao processamento do RNAr e produção das subunidades do ribossomo, montadas no próprio nucléolo. Os ribossomos das células eucarióticas apresentam uma subunidade maior (60S) e outra menor (40S).
Estrutura do ribossomo.
O nucléolo apresenta três regiões distintas entre si, do ponto de vista estrutural e funcional:
· CENTROS FIBRILARES 
Região onde estão concentrados os genes e a RNA polimerase I.
· COMPONENTE FIBRILAR DENSO 
Local onde ocorre a síntese de RNAr.
· COMPONENTE GRANULAR 
Conhecido também como nucleolema, é o local onde são montadas as subunidades de ribossomo.
CICLO CELULAR
Fenômeno responsável pela formação de duas células-filhas a partir da divisão de uma célula-mãe. Este ciclo é fundamental para que ocorra o desenvolvimento dos embriões, o crescimento dos organismos, a cicatrização, regeneração e a renovação dos tecidos, como a epiderme, por exemplo. Ele tem duração variável, que vai depender do tipo de célula.
EXEMPLO
As células embrionárias possuem um ciclo celular que pode durar 30 minutos, considerado extremamente curto.
O ciclo celular possui duas etapas distintas, a intérfase e a mitose. Na maioria das células eucarióticas, passa pelos seguintes eventos consecutivos:
A intérfase e a mitose possuem características estruturais e bioquímicas próprias e ambas são divididas em fases, de acordo com os eventos que ocorrem.
Diagrama evidenciando as etapas do ciclo celular e as características próprias de cada fase.
Vamos conhecer as características de cada etapa.
INTÉRFASE
Está dividida nas seguintes fases: 
· G1 
Fase que inicia o ciclo celular, caracterizada pelo crescimento da célula, por intensa biossíntese de novas organelas e de síntese de proteínas usadas na replicação do DNA. No final desta fase, ocorre o primeiro ponto de verificação ou restrição, em que a integridade do DNA é verificada. Caso seja verificado algum dano, o sistema de reparo será acionado. Se não for possível o reparo, a célula entrará em apoptose (Morte celular programada.) , evitando a formação de células-filhas que possam comprometer os processosfisiológicos ou bioquímicos do organismo. Caso o DNA esteja íntegro, ou tenha sido feito o reparo de algum dano, a célula segue para a fase seguinte.
· S 
É a fase de replicação do DNA, em que ocorre redução da síntese proteica da célula, mantendo a síntese das histonas, que participarão da formação da cromatina a partir do DNA sintetizado.
· G2 
Tem início com o segundo ponto de verificação da integridade do DNA. Durante esta fase, tem início a síntese de proteínas, destacando-se as tubulinas, que formarão os microtúbulos do fuso mitótico.
MITOSE
Esta etapa é quando ocorre a divisão celular propriamente dita. Antes de prosseguir, vamos ver o que é a divisão celular. 
· DIVISÃO CELULAR 
O processo de divisão celular é definido por uma série de etapas que as células realizam para se dividir. Pode ser desencadeado por diferentes razões, dependendo da finalidade, ou seja, do objetivo final. São conhecidos dois tipos de divisão celular: mitose e meiose. O primeiro está relacionado ao desenvolvimento e crescimento de organismos, assim como à substituição ou reparo de células em um tecido. Enquanto a meiose está associada à reprodução sexuada. Em ambos os tipos de divisão celular, o núcleo se divide e o DNA é replicado, possibilitando o surgimento de novas células-filhas.
Etapas da mitose ilustradas em 3D.
A mitose é o processo de divisão celular em que uma célula inicial diploide dá origem a duas novas células-filhas, que são idênticas à célula-mãe (inicial). Neste tipo de divisão celular, as células-filhas possuem todo o material genético da célula-mãe, um conjunto completo de cromossomos iguais aos da célula mãe. A mitose começa ao final da intérfase e tem duração relativamente curta, se comparada com a própria intérfase. Em células animais, dura cerca de uma hora, enquanto a intérfase chega a durar 24 horas.
DIPLOIDE
Célula não sexual, que possui os cromossomos aos pares (2n).
Ela é dividida nas seguintes fases: 
· PRÓFASE
No núcleo, começam a ser formados os cromossomos com a condensação gradual dos filamentos de cromatina. Há a formação do fuso mitótico com os microtúbulos. No final desta fase, ocorre a ruptura do envelope nuclear, na maioria dos organismos.
No citoplasma, os centríolos duplicados durante a intérfase, migram para os polos opostos do núcleo. 
· PRÓ-METÁFASE
É uma fase intermediária entre a prófase e a metáfase, considerada por alguns autores. Nesta fase, os microtúbulos do fuso mitótico se unem aos cromossomos, movimentando-os para frente e para trás até se alinharem na placa metafásica, no centro do fuso. 
· METÁFASE
Cromossomos totalmente condensados.
Inicia com os cromossomos presos ao fuso, alinhados na placa metafásica.
· ANÁFASE
Migração dos cromossomos filhos para os polos opostos, por ação do fuso.
O movimento em direção aos polos é devido à despolimerização dos microtúbulos na região polar, fazendo com que encurtem e arrastem os cromossomos filhos. 
· TELÓFASE
Núcleos filhos são formados, com a recomposição do envelope nuclear.
Descondensação dos cromossomos.
Retorno da capacidade de transcrição.
Reorganização do nucléolo.
FASES DA MITOSE
O final da mitose é marcado pela citocinese, que é a separação das células-filhas.
É importante notar que, na mitose, as células-filhas receberão o mesmo número de cromossomos, com os mesmos genes da célula-mãe, sendo cópias, ou seja, células iguais à célula-mãe.
MEIOSE
Na meiose, serão produzidas sempre células com apenas metade do número de cromossomos (n) do material genético da célula-mãe. Logo, a meiose é um tipo de divisão celular eucariótica, onde serão produzidas células haploides (n).
São características da meiose:
· Reduz o número de cromossomos pela metade.
· Produz células-filhas haploides (n) geneticamente diferentes entre si e da célula-mãe.
· Está restrita às células germinativas em animais e plantas pluricelulares, originando as células sexuais ou gametas, em processo denominado gametogênese.
· Ocorre em dois ciclos de divisão celular e nuclear, meiose I e meiose II, com apenas um episódio de replicação do DNA.
FASES E CARACTERÍSTICAS DA MEIOSE I
Prófase I
Tem como principal evento o pareamento dos cromossomos paternos e maternos, com a ocorrência de recombinação do material genético entre eles. Este evento-chave da meiose faz com que a prófase I seja a mais longa. Ela tem os seguintes estágios:
Ocorre a condensação gradual dos cromossomos já duplicados.
Caracteriza-se pela aproximação e pareamento dos cromossomos homólogos de origem paterna e materna e termina com todos os homólogos firmemente pareados.
Neste estágio, ocorre a recombinação gênica, também denominada de crossing-over ou permuta, em que há troca de genes de origem paterna e materna entre os cromossomos homólogos.
Esta recombinação segue três etapas:
- Quebra do DNA na mesma altura nas cromátides homólogas - Formação das moléculas de DNA recombinadas com os fragmentos das cromátides homólogas - Reparo para substituição de bases mal pareadas
Separação dos cromossomos homólogos e formação de quiasma, região onde ocorreu a permuta e que ainda fica unida.
CROMOSSOMOS HOMÓLOGOS
Cromossomos que ocorrem aos pares nas células diploides, de origem materna e paterna e que possuem informações genéticas semelhantes. Também apresentam o mesmo comprimento, estrutura e localização de genes.
FORMAÇÃO DAS MOLÉCULAS DE DNA RECOMBINADAS
Evento do crossing-over ou recombinação.
Diacinese
· Os cromossomos homólogos atingem a condensação máxima e se afastam.
· Os nucléolos desaparecem.
· Ocorre o rompimento do envelope nuclear.
· Os cromossomos começam a se movimentar em direção à placa equatorial da metáfase I.
Neste estágio, é importante mencionar que, embora haja a separação dos cromossomos homólogos, os quiasmas são deslocados para as extremidades dos cromossomos (fenômeno denominado terminalização), onde devem ser mantidos, para garantir uma separação correta dos cromossomos homólogos.
· METÁFASE I
Caracteriza-se pelo alinhamento dos cromossomos homólogos pareados na placa equatorial.
· ANÁFASE I
Ocorre o rompimento dos quiasmas e a separação dos cromossomos homólogos para os polos opostos; as cromátides irmãs continuam unidas.
· TELÓFASE I
Etapa final da meiose I; as cromátides irmãs chegam aos polos e permanecem unidas.
· CITOCINESE
Separação dos citoplasmas das duas células-filhas.
Neste ponto, é importante compararmos o movimento dos cromossomos durante a metáfase I e a anáfase I da meiose com a metáfase e anáfase da mitose.
Vemos que os cromossomos homólogos ficam pareados, um de frente para o outro na placa equatorial, na metáfase I (meiose I). Deste modo, na anáfase I (meiose), ocorre segregação dos cromossomos homólogos.
Na metáfase (mitose), os cromossomos ficam alinhados lado a lado, sem que haja um pareamento entre os homólogos. Sendo assim, na anáfase (mitose) ocorre a segregação das cromátides irmãs.
Durante a segregação dos cromossomos homólogos, na anáfase I, eventualmente, pode ocorrer dos cromossomos homólogos não se separarem e migrarem juntos para o polo. É o que acontece, por exemplo, na síndrome de Down (trissomia do cromossomo 21).
Outra coisa importante de se destacar é que a distribuição dos cromossomos homólogos na placa equatorial é aleatória e permite a formação de 2n gametas diferentes geneticamente, em que o n corresponde ao número haploide da espécie. Com isso, na gametogênese humana, por exemplo, em que o número haploide é 23, um indivíduo é capaz de produzir 223 ou 8.388.608 gametas diferentes. Somando-se a isso, há o evento do crossing over, que aumenta ainda mais a variabilidade genética, gerando células-filhas diferentes entre si e da célula-mãe.
A meiose I é denominada reducional, pois reduz à metade o número de cromossomos, ainda que cada um esteja duplicado.
A intercinese é uma etapa entre a meiose I e a meiose II, em que as células-filhas estão separadas e prontas para o início da meiose II; nãohá duplicação de DNA.
FASES E CARACTERÍSTICAS DA MEIOSE II
Esta fase tem início quando os cromossomos se descondensaram completamente.
Prófase II
Tem duração muito curta; os cromossomos são formados pelas duas cromátides irmãs; tem início a formação das fibras do fuso; o envelope nuclear e o nucléolo desaparecem.
Prófase II.
Metáfase II – os cromossomos se alinham lado a lado na placa equatorial; ocorre duplicação dos centrômeros.
Anáfase II – ocorre a divisão dos centrômeros e a migração das cromátides irmãs para os polos opostos.
Telófase II – reconstituição do envelope nuclear assim que os cromossomos chegam aos polos; reestruturação do nucléolo, descompactação da cromatina e desaparecimento do fuso.
Comparando a mitose e a meiose, observamos que a mitose e a meiose II se assemelham, porém, ao final da meiose II, as células-filhas formadas apresentarão as recombinações ocorridas entre as cromátides homólogas, o que não ocorre nas células-filhas resultantes da mitose.
Etapas da mitose e da meiose.
GAMETOGÊNESE
É o processo de formação de gametas, que são células com características genéticas dos indivíduos, que serão transmitidas às novas gerações. Este fenômeno é referente à reprodução sexuada, pois é a partir dele que se dá a formação dos elementos para que possa ocorrer a fecundação, que dará origem a um novo ser vivo. A meiose é o mecanismo de divisão celular envolvido na gametogênese.
Em seres humanos, assim como nos outros animais, existem dois tipos de gametogênese: um que origina gametas masculinos, chamado espermatogênese e outro que origina gametas femininos, a ovogênese.
· ESPERMATOGÊNESE
As divisões celulares meióticas ocorrem nos testículos, após o crescimento da célula germinativa chamada espermatogônio, originando 4 espermatozoides cada uma.
· OVOGÊNESE
As divisões celulares meióticas ocorrem também após o crescimento da célula germinativa chamada ovogônia, originando 1 óvulo.
Fases das gametogêneses que ocorrem em seres humanos.
CROMOSSOMOS
Os cromossomos dos eucariontes geralmente são lineares e são originados da condensação da cromatina, portanto, estão contidos no núcleo celular e contêm a informação genética de cada indivíduo. Sua constituição é de DNA e proteínas, principalmente as histonas, que participam do processo de compactação. Sabemos que, durante a divisão celular, os cromossomos se encontram no estado mais condensado na metáfase. Por isso, os estudos são feitos com os cromossomos metafásicos. Além disso, nesta etapa, já houve a duplicação do DNA. Em razão disso, os cromossomos são formados por duas moléculas-filhas de DNA, denominadas cromátides, unidas em uma região de estrangulamento pelo centrômero ou constrição primária. Iremos conhecer a estrutura dos cromossomos metafásicos.
De acordo com a posição do centrômero, o cromossomo pode ser classificado em:
Metacêntrico – quando se localiza na região central e o cromossomo forma dois braços de tamanhos iguais.
Submetacêntrico – quando está afastado do centro, formando dois braços desiguais.
Acrocêntrico – localiza-se em posição subterminal.
Telocêntrico – quando o centrômero tem posição terminal.
Na região do centrômero, cada cromátide apresenta uma estrutura denominada cinetócoro, que tem função na migração dos cromossomos durante a divisão celular.
Nas extremidades dos cromossomos, é observada uma região com sequências especiais de DNA, chamadas telômeros. Eles mantêm os cromossomos estáveis, evitando que haja adesão entre eles.
A estrutura do cromossomo.
CROMOSSOMOS HOMÓLOGOS
Nos organismos eucariontes, encontramos os cromossomos em conjuntos e, nas espécies diploides (2n), as células somáticas possuem dois conjuntos de cromossomos: um vindo do pai e outro vindo da mãe. Os cromossomos originados do pai e da mãe, que possuem as mesmas características, como forma, tamanho e posição do centrômero, são denominados cromossomos homólogos e ocorrem aos pares tanto na espécie humana quanto em muitas outras.
A posição ocupada por cada gene dentro de um cromossomo é denominada de locus gênico e os genes pertencentes aos cromossomos homólogos que se localizam no mesmo locus são chamados de genes alelos.
Cromossomos homólogos e suas características.
NÚMERO DE CROMOSSOMOS
O número de cromossomos é específico em cada espécie, ou seja, difere de acordo com a espécie do indivíduo. Na espécie humana, por exemplo, em células somáticas, que são as diploides, há dois conjuntos de cromossomos dispostos em pares, somando 46 cromossomos. Já nas células sexuais, que são células haploides, em que não observamos a presença de pares homólogos pois essas apresentam somente um grupo cromossômico, há apenas 23 cromossomos.
CROMOSSOMOS AUTOSSÔMICOS E SEXUAIS
Podemos dividir os cromossomos em duas categorias, que denominamos autossômicos e sexuais, pois possuem funções diferentes no genoma de um indivíduo. Os cromossomos sexuais, como o nome sugere, são encarregados pela determinação do sexo do indivíduo. Na espécie humana, que apresenta 46 cromossomos, 2 deles são cromossomos sexuais, que são identificados como cromossomos X e Y. Em mulheres, observamos a presença de dois cromossomos X, enquanto em homens há um X e um Y.
Os cromossomos autossômicos se encontram presentes em ambos os sexos e são relacionados a características comuns, que não estejam ligadas a fatores sexuais, formando o conjunto genético do indivíduo que forma seu patrimônio genético. Nos seres humanos, observamos a presença de 44 autossômicos, que formam 22 pares de cromossomos.
CARIÓTIPO
Para entendermos melhor o cariótipo, precisaremos relembrar alguns conceitos básicos da genética. Começando por gene, que é uma porção de DNA cromossômico que possui informações para a síntese de proteínas. É importante ressaltar que cada espécie apresenta um número específico de genes por cromossomo. O nome dado a este conjunto de genes é genoma. Na espécie humana, o genoma corresponde a 23 e apresenta o genoma em duplicidade, devido a uma metade vir do pai e a outra vir da mãe. Sendo assim, temos presentes 23 pares cromossômicos, que representam o cariótipo humano.
Portanto, cariótipo é o nome referente ao conjunto de cromossomos, que possui formas, tamanhos, números característicos e próprios por espécie. Nos humanos, esse conjunto contém 23 pares de cromossomos, em que 22 pares são constituídos por cromossomos homólogos autossômicos, por não serem referentes à determinação do sexo do indivíduo. E um par de cromossomos sexuais, pois estão diretamente relacionados na determinação do sexo do indivíduo.
Os cromossomos sexuais são representados pelas letras X e Y.
Com isso, podemos constatar que o cariótipo do homem é formado por 22 pares de cromossomos autossômicos + 1 par de cromossomos sexuais (XY).
E o cariótipo da mulher é formado por 22 pares de cromossomos autossômicos e 1 par de cromossomos sexuais (XX).
É importante ressaltar que podem ocorrer alterações em relação à quantidade ou à estrutura dos cromossomos, acarretando alguns distúrbios. Um exemplo disso é a síndrome de Down, que ocorre em consequência da não segregação dos cromossomos homólogos do par 21. Devido a esta alteração, a síndrome também recebe o nome de trissomia do cromossomo 21.
ESTUDO DO CARIÓTIPO
Como dito anteriormente, o cariótipo é o conjunto diploide (2n) de cromossomos das células de um indivíduo. Com isso, quando estudamos o cariótipo de um organismo, podemos constatar a normalidade dos cromossomos ou detectar a presença de anormalidades nos cromossomos, representadas por alterações, que podem ser ocasionadas por fatores mutagênicos, monossomias ou polissomias.
Atualmente possuímos a tecnologia para realizar este tipo de exame. O exame do cariótipo pode ser necessário quando há suspeita de infertilidade, histórico de doenças genéticas na família, dentre outras situações. O objetivo desse estudo é analisaros cromossomos e suas regiões, a fim de investigar possíveis alterações cromossômicas numéricas ou estruturais. Estas alterações podem estar ligadas a uma série de doenças genéticas constitucionais ou adquiridas durante a vida, como o câncer.
O estudo do cariótipo por meio de cultura celular.
Este estudo pode ser realizado de distintas maneiras, pois existem diferentes tipos de métodos para a realização de exames recomendados, dependendo do nível de investigação e qual for a suspeita do paciente sobre sua condição clínica. Porém, o princípio básico para a realização dos exames é através de uma amostra de células do paciente, para que seja feita uma cultura celular. Esta cultura celular possibilita o estudo, pois a partir da cultura de células podemos obter células em metáfase para coloração dos cromossomos com bandeamento. E, por meio das bandas cromossômicas, se torna possível a identificação de alterações cromossômicas.
A ATIVIDADE CELULAR E O DNA
O ácido desoxirribonucleico, ou DNA, é a molécula que armazena os códigos, de forma ordenada, das informações genéticas fundamentais para o controle de todo o metabolismo celular, seja para a constituição ou para o funcionamento regular de cada célula e organismo. Mas, para que os processos metabólicos se realizem, é necessário que seja feita a transcrição dos códigos em uma linguagem que as estruturas celulares envolvidas possam traduzir na forma de proteínas e enzimas, que são as responsáveis por executar as ordens contidas nos códigos do DNA.
Em cada etapa, estruturas especializadas executarão o seu papel nos seus respectivos compartimentos celulares, em um processo contínuo.
ESTRUTURA DA MOLÉCULA DE DNA
Tendo como referência o modelo de Watson e Crick, sabemos que a molécula de DNA possui as seguintes características:
· É composta por duas cadeias de nucleotídeos, formando uma dupla hélice.
· As cadeias são antiparalelas.
· As cadeias são unidas entre si através de ligações de hidrogênio.
Mas o que são os nucleotídeos que formam a molécula de DNA?
São moléculas compostas por moléculas menores: 1 base nitrogenada, 1 desoxirribose (açúcar) e um grupamento fosfato. As bases nitrogenadas são a base para toda a informação genética.
Na linguagem do código genético, as bases nitrogenadas são representadas por quatro letras, que correspondem aos seus nomes.
Estrutura básica de um nucleotídeo do DNA.
São quatro, as bases nitrogenadas:
Bases nitrogenadas
· duas purinas (Cadeia cíclica com dois anéis.) adenina (A) + guanina (G)
· duas pirimidinas (Cadeia cíclica com um anel.) timina (T) + citosina (C)
Como dito anteriormente, a molécula de DNA é formada por duas cadeias antiparalelas.
Estrutura da molécula de DNA.
O açúcar denominado desoxirribose, que está presente nos nucleotídeos do DNA, é formado por cinco carbonos e determina a identidade do DNA. Sua estrutura proporciona estabilidade termodinâmica ao
DNA, fundamental para a preservação da integridade dos cromossomos. O fosfato presente na constituição do DNA torna-o hidrofílico (Tem afinidade pela água.) em sua porção externa.
Podemos classificar a estrutura do DNA em:
· Primária – que corresponde a uma cadeia
· Secundária – que equivale às duas cadeias ligadas entre si por ligações de hidrogênio, formando a dupla hélice
· Terciária – que é a associação das duas cadeias de DNA com proteínas – histonas
REPLICAÇÃO DO DNA
A duplicação de DNA ocorre através de um evento que recebe o nome de replicação, que acontece durante a fase S da intérfase (etapa da divisão celular). Ela é mediada por uma enzima, que vai rompendo as ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas, por dentro da molécula de DNA, permitindo que as duas fitas se separem.
O DNA é a única molécula capaz de se autorreplicar!
Com a separação das duas fitas do DNA, os nucleotídeos do filamento ficam expostos, permitindo que nucleotídeos livres no nucleoplasma se unam a ele, criando um novo filamento complementar, a partir dessa união. Ao final do processo, são formados dois novos exemplares de moléculas de DNA, cada um com uma fita antiga, pertencente à molécula original e uma fita nova. Devido a esta característica esse processo é chamado de semiconservativo, por conservar metade da fita original em cada molécula produzida.
Esquema da sequência de eventos da replicação de DNA.
PROCESSO DE REPLICAÇÃO DO DNA
Este evento possui grande importância em relação à transmissão do código genético para gerações futuras, pois é através dele que, quando ocorre a divisão celular, é garantido que o material genético da célula-mãe seja dividido igualmente entre as células-filhas e será idêntico entre elas e em relação ao da célula-mãe. Nos eucariotos, devido à forma linear da molécula do DNA, o início da replicação pode ocorrer em um ou diversos pontos, onde o DNA está desenrolado, em pontos denominados origens de replicação. Nos procariotos, só há um ponto de origem de replicação. Essas regiões de origem da replicação caracterizam-se por serem ricas em A-T (adenina ligada a timina).
· A partir da origem, a replicação transcorre de forma bidirecional, sempre na direção 5’ -> 3’, por meio da ação de enzimas.
· As enzimas que fazem parte da replicação identificam e ligam os pontos de replicação, formando assim as “bolhas” de replicação.
· Uma dessas enzimas é a helicase, que separa as cadeias moleculares de DNA, resultando em uma forma de Y, denominada de forquilha da replicação.
Ilustração de uma molécula de DNA no início de replicação do DNA.
Para evitar que os filamentos se liguem novamente, as proteínas ligantes ao DNA de cadeia simples (SSB), se encarregam de deixar livres as bases nitrogenadas dos nucleotídeos dos filamentos que acabaram de se separar, para que ocorra a ligação dos nucleotídeos dispersos no nucleoplasma, formando uma nova cadeia complementar.
O início da formação de uma nova cadeia ocorre por meio da ação da enzima DNA-polimerase, que promove a ligação dos nucleotídeos livres no nucleoplasma com o oligonucleotídeo iniciador, para que ocorra a adição de novos nucleotídeos complementares à fita molde. Essa adição de nucleotídeos na fita molde ocorre conforme a forquilha vai se abrindo. Na continuidade de formação das novas fitas, de forma bidirecional, uma fita é produzida de forma contínua, identificada como fita líder ou contínua, enquanto a outra se alonga em direção oposta, pela adição de pequenos pedaços à fita molde, chamados fragmentos Okazaki, recebendo o nome de fita tardia ou descontínua.
A terminação da replicação em eucariotos ocorre na região dos telômeros, extremidade do cromossomo, pela presença de sequências repetitivas de nucleotídeos. Em procariotos, termina quando as duas forquilhas de replicação se encontram.
Ao fim dessa sequência de eventos, haverá duas moléculas de DNA em processo de formação, exatamente iguais, que apresentam um filamento novo e um antigo pertencente à molécula original.
Etapas da replicação de DNA e seus elementos.
TRANSCRIÇÃO DO RNA
O QUE É O RNA?
É uma molécula orgânica que tem uma estrutura muito parecida com a do DNA, mas que difere pela presença do açúcar ribose no nucleotídeo, no lugar da desoxirribose. Assim, o nucleotídeo do RNA é composto por: base nitrogenada + ribose + fosfato. Outra diferença entre o nucleotídeo de RNA para o de DNA é que ele não possui timina, em seu lugar entra uracila (U).
Estrutura do RNA.
A transcrição é a síntese de RNA a partir do DNA. É um processo que ocorre no núcleo dos eucariotos e no citoplasma dos procariotos.
POR QUE OCORRE A TRANSCRIÇÃO?
Este processo ocorre durante a intérfase, etapa do ciclo celular, e consiste na transferência de informações genéticas contidas no DNA para o RNA para que possa ocorrer a síntese de proteínas, conforme as necessidades da célula. Este, portanto, é o objetivo da transcrição!
O RNA é uma molécula monofilamentar e é transcrito através de trechos específicos contidos no DNA, que são chamados de genes ou cístrons. A transcriçãoé catalisada pela enzima RNA polimerase.
Transcrição.
ETAPAS DA TRANSCRIÇÃO
· INÍCIO
Ocorre a ligação do complexo RNA polimerase ao DNA.
· ALONGAMENTO
Etapa em que são adicionados nucleotídeos à cadeia de RNA crescente.
· TERMINAÇÃO
Ocorre a liberação do RNA e da RNA polimerase.
· MATURAÇÃO
É posterior à transcrição, em que ocorrem os reparos na cadeia de RNA.
As moléculas de RNA variam de tamanho, de acordo com a proteína que codificam. Quanto maior for a proteína, maior será o RNA. Nos seres eucariotas, sua síntese é um evento complexo, que envolve vários fatores de transcrição para que a RNA polimerase desempenhe sua função. Além disso, durante a transcrição do DNA para o RNA, são transcritos trechos que serão traduzidos posteriormente em proteínas, denominados éxons e regiões silenciosas, que não serão transcritas em proteínas, chamadas íntrons. Estes são excluídos da molécula de RNA durante a etapa de maturação, num processo de reparo chamado splicing. Após este processo, a molécula de RNA fica apenas com os trechos éxons.
Mecanismo de splicing na formação de RNA mensageiro (RNAm).
Mecanismo de splicing na formação de RNA mensageiro (RNAm).
Mecanismo de splicing na formação de RNA mensageiro (RNAm).
Mecanismo de splicing na formação de RNA mensageiro (RNAm).
Mecanismo de splicing na formação de RNA mensageiro (RNAm).
TIPOS DE RNA
O RNA apresenta três diferentes tipos: 
· RNAm
RNA mensageiro – é sintetizado no núcleo e exportado para o citoplasma, onde tem a função de definir a posição dos aminoácidos na molécula de proteína. 
· RNAt
RNA transportador – também sintetizado no núcleo e exportado para o citoplasma, onde capta os aminoácidos dispersos e os conduz até o sítio de síntese de proteína. 
· RNAr 
RNA ribossômico – faz a ligação entre o RNAm e o RNAt na síntese de proteínas.
TRADUÇÃO
É o processo de tradução de uma sequência de aminoácidos a partir da informação presente na sequência de nucleotídeos do RNAm, para a síntese de proteína. Logo, a tradução é o processo de síntese de proteínas.
ATIVIDADE DE REFLEXÃO DISCURSIVA
E O QUE SÃO PROTEÍNAS?
São moléculas orgânicas compostas por aminoácidos unidos por ligações peptídicas, por isso, são chamadas de polipeptídios.
Características da tradução:
· Altamente conservado, do ponto de vista evolutivo.
· Demanda um alto custo energético.
· Tem a participação de RNAm, RNAt, ribossomos, aminoácidos e proteínas específicas.
· Nos procariotos, tradução e transcrição ocorrem em um mesmo espaço, o citoplasma.
· Nos eucariotos, a tradução e a transcrição ocorrem em espaços separados e são independentes.
· O RNAm é específico para cada proteína diferente produzida, mas pode ser usado na tradução diversas vezes.
· O RNAt e os ribossomos podem ser usados na síntese de diferentes proteínas.
· Cada aminoácido é codificado por um ou mais códons, que são trincas de bases nitrogenadas consecutivas do RNAm.
· O RNAt possui os anticódons que se ligam aos códons do RNAm, para deixar o aminoácido correspondente.
Etapas da tradução
· INÍCIO
Começa a partir do códon de início AUG e corresponde ao aminoácido metionina.
· ELONGAÇÃO OU ALONGAMENTO
É a continuação da ligação dos aminoácidos na cadeia, conforme a sequência de códons do RNAm.
· TERMINAÇÃO
Ocorre com a presença dos códons de terminação UAA, UAG e UGA, que não possuem anticódon correspondente no RNAt.
Esquema da síntese de proteínas.
DIFERENCIAÇÃO CELULAR
É chamado de diferenciação celular o processo em que todas as células passam para se especializar em uma função específica. Após a fecundação de um óvulo por um espermatozoide, temos o início da vida com a primeira célula do indivíduo, que passará em seguida por diversas divisões mitóticas sucessivas. Nesta altura do desenvolvimento embrionário, apresenta-se um grupo de células que são designadas como células totipotentes, o que quer dizer que são células indiferenciadas que podem dar origem a qualquer tipo celular.
Embora todas as células apresentem as mesmas informações gênicas, durante a diferenciação, grupos de genes vão sendo ativados e outros são inibidos, conforme o destino das células na sua especialização. Por isso, depois da diferenciação, elas passam a ter papéis diferentes, desempenhando funções distintas, de acordo com sua especialização. Ou seja, cada diferente tipo celular apresenta inibição ou ativação de determinados grupos de genes, e isso é determinante na definição da função que cada uma das células vai ter.
Células indiferenciadas originam células especializadas.
Este processo de diferenciação ainda não é totalmente explicado pela ciência. Não se sabe ainda qual é o fator que permite que o processo se inicie e o motivo de as células serem designadas para sua especificidade. Também não se sabe como a célula identifica o seu destino e função no organismo. Sabemos apenas que acontece durante o desenvolvimento do embrião. Uma vez que a célula passa pelo processo de diferenciação ele é irreversível, ou seja, uma vez que a célula é designada para formar o coração, esta dará origem somente a células cardíacas.
ATIVIDADE DE REFLEXÃO DISCURSIVA
SABEMOS QUE TODAS AS CÉLULAS DE UM ORGANISMO TÊM OS MESMOS GENES. ENTÃO, POR QUE AS DIFERENTES PARTES DO CORPO SÃO TÃO DIFERENTES?
Para que ocorram modificações celulares que resultem em tecidos e órgãos morfologicamente tão distintos, há ativação de alguns genes e inativação de outros, durante a diferenciação.
Cada célula de um indivíduo adulto tem codificada em seu DNA toda a informação necessária para sintetizar todas as proteínas para constituir um organismo completo. Entretanto, somente alguns grupos específicos de proteínas são produzidos em cada célula. Podemos pensar como exemplo, nas células hepáticas, que são diferentes das células cardíacas, porque os genes ativos em uma são diversos daqueles ativos na outra. Essa diferença na atividade gênica entre as células tem a sua causa em uma transcrição seletiva dos genes.
A expressão gênica tem controle sobre quatro mecanismos durante o desenvolvimento do embrião, a fim de garantir que a célula, após a diferenciação, origine de maneira correta em todas as partes do organismo daquele indivíduo. Esses quatro mecanismos estão envolvidos com os seguintes processos: 
· PROLIFERAÇÃO CELULAR 
Garantia de que muitas células sejam produzidas. 
· ESPECIALIZAÇÃO CELULAR 
Garantindo que as células se expressem de maneira correta para que possam exercer suas funções com êxito.
· INTERAÇÃO CELULAR 
Vai mediar o comportamento das células em relação às vizinhas, promovendo uma coordenação adequada. 
· MOVIMENTAÇÃO CELULAR 
Se encarrega da disposição das células, fazendo com que as próximas a elas possuam características em comum, colaborando para a formação dos tecidos e órgãos.
CÉLULAS-TRONCO
Caracterizam-se por serem pouco diferenciadas e por terem alta potencialidade, isto é, alta capacidade de se dividirem continuamente. Este grupo de células presente em algumas partes do organismo adulto tem a capacidade de direcionar uma parcela para se diferenciar, conforme as necessidades do tecido, e manter a outra parcela totipotente, como uma reserva.
EXEMPLO
O epitélio intestinal possui células-tronco prontas para originar as células capazes de absorver os nutrientes da dieta alimentar. Parte das células permanece como células-tronco e a outra parte se diferencia.
Nos últimos anos, as células-tronco têm despertado o interesse da área médica, por seu potencial terapêutico, especificamente o tecido nervoso e a medula óssea. Sabe-se hoje que há regiões restritas do tecido nervoso com pequenas populações de células proliferantes, quando se acreditava que este era um tecido sem capacidade proliferativa. As células-tronco da medula óssea vermelha potencialmente podem originar todas as células do sangue e outros tipos celulares não sanguíneos.
A perspectiva do emprego das células-tronco da medula óssea, de forma terapêutica para doenças sanguíneas e de outros tecidos, amplia os recursos, como por exemplo, na reconstituição detecidos que tenham sido danificados por doenças hereditárias ou adquiridas.
DIFERENCIAÇÃO E CÂNCER
O câncer é o resultado de alterações na estrutura e funcionamento de genes que controlam o crescimento normal e a diferenciação das células de um organismo. Tais alterações estão relacionadas com a ativação de proto-oncogenes e com a inativação de genes supressores de tumor.
O “aparecimento” do câncer gera alteração drástica no sistema de regulação da proliferação e da diferenciação celular. Na maioria dos tecidos, as células se dividem de forma controlada. Entretanto, em células cancerígenas, não há controle e se observa uma proliferação celular desordenada, isto é, que estão além das necessidades do tecido.
MORTE CELULAR
Quando pensamos em morte celular, muitos podem imaginar como um processo prejudicial para o organismo, algo ruim. Embora em muitos casos a morte celular possa ocorrer como resposta de um estímulo negativo, como por exemplo, mortes que acontecem por lesões, na maioria das situações, isso não é a verdade. Em muitos casos, é importante para o desenvolvimento do organismo que as células possam morrer, não aleatoriamente, e sim de maneira organizada e controlada.
Um exemplo para evidenciar a importância desse mecanismo é que, durante a fase embrionária, embriões humanos apresentam uma película entre os dedos, resultando em mãos com formato de pá. É graças a essa morte organizada e controlada que os dedos são formados da maneira como se parecem no nascimento do indivíduo, se apresentando de forma individual sem a presença de membranas. Estas desapareceram devido à programação de suas células, que são instruídas a morrer durante o desenvolvimento embrionário.
A importância da morte celular no desenvolvimento embrionário.
TIPOS DE MORTE CELULAR
A morte celular em um organismo multicelular geralmente ocorre de duas maneiras possíveis. Uma delas acontece quando as células são colocadas em situações de injúria, isto é, diante de estímulos que provocam danos irreversíveis. Quando isso se dá, dizemos que as células morrem por necrose celular.
Esses danos podem ser decorrentes de uma lesão física ou da ação de produtos químicos que são tóxicos. Também encontramos essa situação em algumas doenças degenerativas, como é o caso da artrite reumatoide e a gota. Ou em algumas doenças que são desencadeadas por estímulos externos, como é o caso da silicose e asbestose, que geralmente afetam profissionais pelo fato de manipularem sílica e amianto, respectivamente, acontecendo a inalação dessas substâncias, o que acarreta o desenvolvimento da enfermidade.
Outro tipo de morte celular recebe o nome de apoptose, e ocorre quando as células são estimuladas a morrer de forma programada. É uma morte que se dá com gasto de energia, um fenômeno espontâneo, como se as células cometessem suicídio, por efeito de sua função não ser mais necessária.
Essas formas de morte celular ocorrem em diferentes circunstâncias, como citamos anteriormente, e envolvem diferentes etapas com características distintas. 
· NA NECROSE 
A necrose se apresenta como uma morte mais desorganizada e desencadeia resposta do sistema imunológico gerando uma inflamação. 
· NA APOPTOSE
Por outro lado, a apoptose é organizada, dividindo as células em pequenas porções, que são recolhidas por outras células, não ocorrendo a ativação de uma resposta imunológica como reação do acontecimento desse evento.
Tipo de morte celular: necrose x apoptose.
Processo de necrose
Como já dito anteriormente, a necrose celular ocorre devido a fatores prejudiciais e irreversíveis, como lesão física ou por substâncias químicas. Quando ocorre a necrose, as células na maioria das vezes expelem seu conteúdo enquanto morrem. Isto acontece porque neste processo a membrana plasmática celular é danificada, logo não pode mais controlar a passagem de íons e água, em decorrência disso a célula incha e seu conteúdo extravasa pelos furos da membrana plasmática. Isso geralmente desencadeia um processo inflamatório nos tecidos circundantes à célula que sofreu necrose.
Morte celular por necrose.
Processo de apoptose
Durante o processo, as células que sofrem apoptose desenvolvem uma série de etapas muito mais organizada e ordenada quando comparada com as etapas da necrose. Essas células encolhem e desenvolvem protrusões em sua superfície, que chamamos de bolhas. No núcleo, o DNA que lá se encontra é fragmentado, assim como algumas outras organelas também são, como é o caso do retículo endoplasmático. Para que no fim, toda a célula se desintegre, através da separação em pequenos pacotes, todos envoltos por membrana plasmática. E estes pacotes emitem sinais que atraem células do sistema imunológico, como os macrófagos, para que fagocitem os pacotes de fragmentos celulares, não gerando uma resposta inflamatória.
Morte celular por apoptose.