DNA e Cromossomos: Compactação e Estrutura

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Capítulo 5 • DNA e cromossomos 179
formação pode ser compactada habilmente em cada núcleo celular? No restante 
deste capítulo, discutimos as respostas a essa questão.
A ESTRUTURA DOS CROMOSSOMOS 
EUCARIÓTICOS
São exigidas grandes quantidades de DNA para codificar todas as informações 
necessárias para fazer uma bactéria unicelular, e muito mais DNA é preciso para 
codificar a informação para produzir um organismo multicelular como você. 
Cada célula humana contém cerca de 2 metros de DNA, e o núcleo celular tem 
somente 5 a 8 μm de diâmetro. Duplicar todo esse material em um espaço tão 
pequeno é o equivalente a tentar enrolar 40 km de um fio extremamente fino em 
uma bola de tênis.
Em células eucarióticas, longas moléculas de DNA de fita dupla são compac-
tadas em cromossomos. Essas moléculas de DNA não apenas cabem facilmente 
no núcleo, mas, depois da replicação, podem ser facilmente divididas entre as 
duas células-filhas a cada divisão celular. A tarefa complexa da compactação do 
DNA é realizada por proteínas especializadas que se ligam ao DNA e o dobram, 
produzindo uma série de espirais e alças que fornecem níveis cada vez mais ele-
vados de organização, impedindo que o DNA se torne um emaranhado confuso. 
Surpreendentemente, o DNA é compactado de uma forma ordenada, tornando-se 
acessível a todas as enzimas e outras proteínas necessárias para sua replicação, 
reparo e controle da expressão de seus genes.
As bactérias normalmente possuem seus genes em uma única molécula de 
DNA circular. Essa molécula é também associada a proteínas que condensam o 
DNA, mas difere das proteínas que empacotam o DNA eucariótico. Embora seja 
frequentemente denominado “cromossomo” bacteriano, esse DNA procariótico 
não apresenta a mesma estrutura que o DNA dos cromossomos eucarióticos, 
e pouco se sabe a respeito de sua compactação. Nossa discussão a respeito da 
estrutura dos cromossomos, neste capítulo, concentra-se exclusivamente nos 
cromossomos eucarióticos.
O DNA de eucariotos é empacotado em 
múltiplos cromossomos
Nos eucariotos, como nós, o DNA do núcleo está distribuído em grupos de dife-
rentes cromossomos. O DNA em um núcleo humano, por exemplo, contém cerca 
de 3,2 × 109 nucleotídeos distribuídos nos 23 ou 24 tipos diferentes de cromosso-
mos (os homens, com o seu cromossomo Y, têm um tipo extra de cromossomo 
que as mulheres não têm). Cada cromossomo consiste em uma única e enorme 
molécula de DNA linear associada a proteínas que compactam e enovelam o fino 
cordão de DNA em uma estrutura mais compacta. O complexo de DNA e proteí-
nas é denominado cromatina. Além das proteínas envolvidas na compactação do 
DNA, os cromossomos também estão associados com muitas outras proteínas 
envolvidas na replicação do DNA, no reparo do DNA e na expressão gênica.
Com exceção das células germinativas (espermatozoides e óvulos) e das cé-
lulas altamente especializadas que não possuem DNA (como os eritrócitos), cada 
célula humana contém duas cópias de cada cromossomo, uma herdada da mãe e 
a outra herdada do pai. Os cromossomos maternos e paternos de um par são de-
nominados cromossomos homólogos (ou simplesmente homólogos). O único par de 
cromossomos não homólogos é o dos cromossomos sexuais nos homens, onde o 
EXPRESSÃO
GÊNICA
Gene A
Proteína A Proteína B Proteína C
Gene B Gene C
Dupla-
-hélice
de DNA
RNA A RNA B RNA C
Figura 5-9 A maioria dos genes contém informação para a produção 
de proteínas. Como veremos no Capítulo 7, cada gene que codifica uma 
proteína é usado para produzir moléculas de RNA que então coordenam a 
produção de moléculas proteicas específicas.
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cromossomo Y é herdado do pai e o cromossomo X é herdado da mãe. (As mulheres 
herdam um cromossomo X de cada genitor, e não possuem o cromossomo Y.)
Além de serem de diversos tamanhos, os diferentes cromossomos humanos 
podem ser distinguidos uns dos outros por meio de várias técnicas. Cada cro-
mossomo pode ser marcado com uma cor diferente, utilizando conjuntos de mo-
léculas de DNA específicas de cada cromossomo ligadas a diferentes corantes 
fluorescentes (Figura 5-10). Isso envolve uma técnica conhecida como hibridação 
de DNA, que se baseia no pareamento das bases complementares, conforme des-
crito detalhadamente no Capítulo 10. A maneira mais tradicional de distinguir um 
cromossomo do outro é marcar os cromossomos com corantes que se ligam a 
certos tipos de sequências de DNA. Esses corantes distinguem principalmente o 
DNA que é rico em nucleotídeos A-T do DNA rico em pares G-C, e produzem um 
padrão de bandas previsível ao longo de cada tipo de cromossomo. Os padrões 
resultantes permitem que cada cromossomo seja identificado e numerado.
A apresentação organizada do conjunto completo dos 46 cromossomos hu-
manos é denominada cariótipo humano (ver Figura 5-10). Se parte de um cro-
mossomo é perdida ou trocada entre cromossomos, essas mudanças podem ser 
detectadas. Os citogeneticistas avaliam o cariótipo para detectar anormalidades 
cromossômicas que estão associadas com alguns defeitos hereditários (Figura 
5-11) e com determinados tipos de câncer.
Os cromossomos contêm longas 
sequências de genes
A função mais importante dos cromossomos é a de portar os genes, a unidade 
funcional da hereditariedade (Figura 5-12). Um gene é geralmente definido como 
um segmento de DNA que contém as instruções para produzir uma determina-
da proteína ou molécula de RNA. A maioria das moléculas de RNA codificadas 
pelos genes é subsequentemente usada para produzir uma proteína (ver Figura 
5-9). Entretanto, em alguns casos, a molécula de RNA é o produto final; como as 
proteínas, essas moléculas de RNA desempenham diversas funções na célula, 
incluindo funções estruturais, catalíticas e reguladoras de genes, conforme dis-
cutido em capítulos posteriores.
Figura 5-10 Cada cromossomo humano 
pode ser marcado com uma cor diferente 
para permitir sua identificação preci-
sa. Os cromossomos de um indivíduo do 
sexo masculino foram isolados de uma 
célula em divisão (mitose) e, portanto, em 
um estado altamente compactado (con-
densado). A coloração dos cromossomos 
é realizada pela exposição a uma série de 
moléculas de DNA humano que foram 
ligadas a uma combinação de corantes 
fluorescentes. Por exemplo, moléculas de 
DNA do cromossomo 1 são marcadas com 
uma combinação específica de corantes, 
aquelas do cromossomo 2 com outra 
combinação, e assim por diante. Como o 
DNA marcado pode formar pares de bases 
(hibridizar) somente com seu cromossomo 
de origem (discutido no Capítulo 10), cada 
cromossomo é diferentemente colorido. 
Para estes experimentos, os cromossomos 
são tratados de modo que cada fita de 
DNA das moléculas de dupla-hélice de 
DNA seja parcialmente separada, permitin-
do o pareamento de bases com o DNA de 
fita simples marcado, mantendo a estrutura 
dos cromossomos relativamente intacta. 
(A) A fotomicrografia mostra o conjunto 
de cromossomos como originalmente 
espalhados a partir da célula lisada. (B) 
Os mesmos cromossomos artificialmente 
alinhados e ordenados. Neste cariótipo, os 
cromossomos homólogos são numerados e 
dispostos aos pares; a presença de um cro-
mossomo Y revela que estes cromossomos 
vieram de um homem. (De E. Schröck et al, 
Science 273:494-497, 1996. Com permissão 
de AAAS.)
1 2 3 4 5
6 7 98 1110 12
13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 X Y
10 μm
(A) (B)
Figura 5-11 Cromossomos anormais estão associados a algum defeito 
genético hereditário. (A) Par de cromossomos 12 de um paciente com ataxia 
hereditária, uma doença encefálica genética caracterizada pela deterioração 
progressiva do sistema motor. O paciente tem um cromossomo 12 normal 
(esquerda) e um cromossomo 12 anormalmente longo, que contémuma parte 
do cromossomo 4, como identificado pelo seu padrão de bandas. (B) Esta 
interpretação foi confirmada por marcação cromossômica, na qual o cromos-
somo 12 foi marcado de azul e cromossomo 4 foi marcado de vermelho. (De E. 
Schröck et al, Science 273:494-497, 1996. Com permissão de AAAS.)(A) (B)
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Capítulo 5 • DNA e cromossomos 181
Em conjunto, a informação genética total contida em todos os cromossomos 
de uma célula ou organismo consiste em seu genoma. As sequências genômi-
cas completas foram determinadas para milhares de organismos, da E. coli aos 
humanos. Como esperado, existe uma correlação entre a complexidade de um 
organismo e o número de genes em seu genoma. Por exemplo, o número total de 
genes varia entre menos de 500 em uma simples bactéria a cerca de 30.000 no 
homem. Bactérias e alguns eucariotos unicelulares, incluindo S. cerevisiae, pos-
suem genomas especialmente compactos: as moléculas de DNA que compõem 
seus cromossomos são pouco mais do que sequências de genes estreitamente 
compactados (ver Figura 5-12). No entanto, cromossomos de muitos eucariotos, 
incluindo os humanos, contêm, além dos genes e das sequências nucleotídicas 
específicas necessárias para a expressão do gene normal, um grande excesso 
de DNA intercalante. Esse DNA extra é, às vezes, considerado “DNA lixo”, pois 
sua utilidade para a célula ainda não foi demonstrada. Embora a sequência de 
nucleotídeos da maior parte desse DNA possa não ser importante, o próprio DNA, 
atuando como material espaçador, pode ser crucial para a evolução a longo prazo 
de espécies e para a atividade adequada dos genes. Além disso, comparações en-
tre as sequências genômicas de muitas espécies diferentes mostraram que parte 
desse DNA extra é altamente conservada entre espécies relacionadas, indicando 
que ele desempenha funções importantes, embora ainda não saibamos quais.
Em geral, quanto mais complexo um organismo, maior é o seu genoma. En-
tretanto, essa relação nem sempre é verdadeira. O genoma humano, por exemplo, 
é 200 vezes maior do que o da levedura S. cerevisiae, mas 30 vezes menor do 
que os de algumas plantas e pelo menos 60 vezes menor do que os de algumas 
espécies de ameba (ver Figura 1-40). Além disso, a distribuição do DNA entre 
os cromossomos também varia de uma espécie para outra. Os seres humanos 
têm um total de 46 cromossomos (incluindo os dois conjuntos, o materno e o 
paterno), mas uma espécie de veados pequenos tem apenas 7, enquanto algumas 
espécies de carpas têm mais de 100. Espécies muito relacionadas, com genomas 
de tamanho similar, podem apresentar cromossomos que diferem em número e 
tamanho (Figura 5-13). Assim, embora o número de genes esteja grosseiramente 
relacionado com a complexidade da espécie, não há uma relação simples entre 
o número de genes, o número de cromossomos e o tamanho total do genoma. 
O genoma e os cromossomos das espécies modernas foram moldados por uma 
história exclusiva de eventos genéticos aparentemente aleatórios, influenciados 
por pressões seletivas específicas, conforme discutido no Capítulo 9.
Sequências especializadas de DNA são 
necessárias para a replicação do DNA e a 
segregação cromossômica
Para formar um cromossomo funcional, uma molécula de DNA deve fazer mais do 
que simplesmente portar os genes; ela deve ser capaz de se replicar, e as cópias 
Figura 5-12 Os genes estão organizados ao longo dos cromossomos. Esta figura mostra um pequeno segmento da dupla-hélice 
de DNA de um cromossomo da levedura de brotamento S. cerevisae. O genoma de S. cerevisiae contém cerca de 12 milhões de pares 
de nucleotídeos e 6.600 genes distribuídos entre 16 cromossomos. Observe que, em cada gene, somente uma das duas fitas de DNA 
realmente codifica a informação para a produção de uma molécula de RNA, e isso pode ocorrer em qualquer uma das fitas, como 
indicado pelas barras em vermelho-claro. Entretanto, um gene costuma ser representado pela “fita codificadora” e seu complemento, 
como apresentado na Figura 5-9. A alta densidade de genes é característica de S. cerevisiae.
5′
3′
3′
5′
0,5% do DNA do genoma da levedura
Genes
10.000 pares de nucleotídeos
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replicadas devem ser separadas e distribuídas igualmente entre as duas células-
-filhas a cada divisão celular. Esses processos ocorrem por meio de uma série 
ordenada de eventos, conhecida como ciclo celular. Esse ciclo de crescimento e 
divisão celular está resumido na Figura 5-14 e é discutido em detalhes no Capítulo 
18. Apenas duas grandes etapas do ciclo celular precisam nos preocupar neste ca-
pítulo: a interfase, quando os cromossomos são duplicados, e a mitose, quando eles 
são distribuídos, ou segregados, para os núcleos das duas células-filhas.
Durante a interfase, os cromossomos estão distendidos como longas e finas 
fitas emaranhadas de DNA no núcleo e não podem ser facilmente visualizados 
ao microscópio (ver Figura 5-1). Referimo-nos aos cromossomos nessa forma re-
laxada como cromossomos interfásicos. Como discutimos no Capítulo 6, as se-
quências de DNA especializadas encontradas em todos os eucariotos garantem 
que a replicação do DNA ocorra de forma eficiente durante a interfase. Um tipo 
de sequência de nucleotídeos atua como uma origem de replicação, onde inicia 
a replicação do DNA; os cromossomos eucarióticos contêm muitas origens de 
replicação, para garantir que as longas moléculas de DNA sejam rapidamente 
replicadas (Figura 5-15). Outra sequência de DNA forma os telômeros em cada 
uma das extremidades dos cromossomos. Os telômeros contêm sequências repe-
tidas de nucleotídeos que são necessárias para que as extremidades dos cromos-
somos sejam replicadas. Eles também protegem as extremidades da molécula de 
DNA, impedindo que sejam confundidas pela célula como uma quebra no DNA 
exigindo reparo.
Os cromossomos eucarióticos também contêm um terceiro tipo de se-
quência especializada de DNA, chamada de centrômero, que permite que os 
Figura 5-13 Duas espécies estreitamen-
te relacionadas podem ter genomas de 
tamanhos semelhantes, mas números de 
cromossomos muito distintos. Na evolu-
ção do cervo indiano munjaque, os cromos-
somos que eram inicialmente separados, e 
que permanecem separados nas espécies 
chinesas, uniram-se sem causar um grande 
efeito no número de genes ou no animal. 
(Cortesia de Deborah Carreno, Natural 
Wonders Photography.)
Munjaque chinês Munjaque indiano
X Y
Y2 X Y1 
EXPRESSÃO GÊNICA
E DUPLICAÇÃO
CROMOSSÔMICA
MITOSE DIVISÃO
CELULAR
INTERFASE FASE M INTERFASE
Envelope nuclear
envolvendo o núcleo
Fuso
mitótico
Cromossomo
interfásico
Cromossomo
mitótico
Figura 5-14 A duplicação e a segregação dos cromossomos ocorrem de maneira ordenada durante o ciclo celular nas células 
em proliferação. Durante a interfase, a célula expressa muitos de seus genes e, durante parte dessa fase, duplica os cromossomos. 
Uma vez que a duplicação cromossômica esteja concluída, a célula pode entrar na fase M, quando então ocorre divisão nuclear, ou 
mitose. Na mitose, os cromossomos duplicados se condensam, a expressão gênica cessa, o envelope nuclear é degradado, e o fuso 
mitótico é formado pelos microtúbulos e outras proteínas. Os cromossomos condensados são então capturados pelo fuso mitótico, 
um conjunto completo é puxado para cada extremidade da célula, e um envelope nuclear se forma em torno de cada conjunto cro-
mossômico. Na etapa final da fase M, a célula divide-se para produzir duas células-filhas. Para simplificar, mostramos aqui apenas dois 
cromossomos diferentes.
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Capítulo 5 • DNA e cromossomos183
cromossomos duplicados sejam separados durante a fase M (ver Figura 5-15). 
Durante essa fase do ciclo celular, o DNA enrola-se, formando uma estrutura 
cada vez mais compacta, em última análise formando os cromossomos mitóti-
cos altamente compactados ou condensados. Esse é o estado em que os cro-
mossomos duplicados podem ser mais facilmente visualizados (Figura 5-16 e 
ver Figuras 5-1 e 5-14). Uma vez que os cromossomos se condensaram, o cen-
trômero liga o fuso mitótico a cada cromossomo duplicado, de modo a permitir 
que uma cópia de cada cromossomo seja segregada para cada célula-filha (ver 
Figura 5-15B). Descrevemos o papel central dos centrômeros na divisão celular 
no Capítulo 18.
Os cromossomos interfásicos não estão 
distribuídos aleatoriamente no núcleo
No interior do núcleo, os cromossomos interfásicos, embora mais longos e finos 
que os cromossomos mitóticos, estão organizados de várias formas. Primeira-
mente, cada cromossomo interfásico tende a ocupar uma determinada região no 
Figura 5-15 Três elementos das se-
quências de DNA são necessários para 
produzir um cromossomo eucariótico que 
pode ser replicado e depois segregado 
durante a mitose. Cada cromossomo 
possui múltiplas origens de replicação, um 
centrômero e dois telômeros. No desenho 
esquemático, está descrita a sequência de 
eventos que um cromossomo típico sofre 
durante o ciclo celular. O DNA replica-se na 
interfase, a partir das origens de replicação 
e seguindo bidirecionalmente por todo 
o cromossomo. Na fase M, o centrômero 
liga os cromossomos duplicados ao fuso 
mitótico, de modo que uma cópia de cada 
cromossomo seja distribuída para cada 
célula-filha após a divisão celular. Antes da 
divisão celular, o centrômero também ajuda 
a manter unidos os cromossomos duplica-
dos compactados, até que estejam prontos 
para serem separados. Os telômeros, que 
formam as estruturas especiais nas pontas 
dos cromossomos, auxiliam na replicação 
dessas extremidades.
Figura 5-16 O típico cromossomo du-
plicado mitótico é altamente compac-
tado. Como o DNA é replicado durante 
a interfase, cada cromossomo mitótico 
duplicado contém duas moléculas-filhas 
idênticas de DNA (ver Figura 5-15A). Cada 
uma dessas longas moléculas de DNA, com 
as suas proteínas associadas, é denominada 
cromátide. Assim que as duas cromátides-
-irmãs se separam, elas são consideradas 
cromossomos individuais. (A) Micrografia 
eletrônica de varredura de um cromosso-
mo mitótico. As duas cromátides estão 
fortemente unidas. A região de constrição 
indica a posição do centrômero. (B) Dese-
nho esquemático do cromossomo mitótico. 
(A, cortesia de Terry D. Allen.)
+
Cromossomos
duplicados em
células separadas
Parte do fuso
mitótico
Centrômero
Origem de
replicação
Telômero
INTERFASE INTERFASEFASE M
DIVISÃO
CELULAR
Cromossomo
duplicado
Centrômero
Cromátide
1 μm(A) (B)
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núcleo, de maneira que os diferentes cromossomos não se enrosquem uns com 
os outros (Figura 5-17). Além disso, alguns cromossomos estão associados com 
determinados locais do envelope nuclear, o par de membranas concêntricas que 
envolve o núcleo, ou com a lamina nuclear subjacente, uma rede proteica que 
sustenta o envelope (discutido no Capítulo 17).
O exemplo mais óbvio de organização cromossômica no núcleo interfásico é 
o nucléolo (Figura 5-18). O nucléolo é onde estão agrupadas as regiões contendo 
os genes que codificam os RNAs ribossômicos dos diferentes cromossomos. Aqui, 
os RNAs ribossômicos são sintetizados e combinados com proteínas para formar 
os ribossomos, a maquinaria de síntese proteica das células. Como discutimos 
no Capítulo 7, os RNAs ribossômicos desempenham funções estruturais e cata-
líticas no ribossomo.
O DNA nos cromossomos é sempre 
muito condensado
Como vimos, todas as células eucarióticas, seja em interfase, seja em mitose, 
compactam seu DNA em cromossomos. O cromossomo humano 22, por exem-
plo, contém cerca de 48 milhões de pares de nucleotídeos. Estendido de ponta a 
ponta, o seu DNA mediria aproximadamente 1,5 cm. No entanto, durante a mito-
se, o cromossomo 22 mede apenas 2 μm de comprimento, isto é, cerca de 10.000 
vezes mais compacto do que o DNA seria se estivesse esticado. Essa caracterís-
tica marcante de compressão é realizada por proteínas que torcem e enovelam 
o DNA em níveis cada vez mais altos de organização. O DNA dos cromossomos 
interfásicos, embora cerca de 20 vezes menos condensado do que o DNA dos 
cromossomos mitóticos (Figura 5-19), é ainda fortemente compactado.
Figura 5-17 Os cromossomos interfá-
sicos ocupam territórios distintos no 
núcleo. Foram usadas sondas de DNA 
ligadas a diferentes marcadores fluores-
centes para destacar cromossomos inter-
fásicos específicos em uma célula humana. 
Quando observados no microscópio de 
fluorescência, cada cromossomo interfásico 
se localiza em territórios distintos no nú-
cleo, em vez de estar misturado com outros 
cromossomos como um espaguete em uma 
tigela. Observe que os pares de cromos-
somos homólogos, como as duas cópias 
do cromossomo 9 indicadas, geralmente 
não estão localizados na mesma posição. 
(De M.R. Speicher e N. P. Carter, Nat Rev. 
Genet. 6:782-792, 2005. Com permissão de 
Macmillan Publishers Ltd.)
10 μm
Cromossomo 9
Envelope
nuclear
Célula interfásica
Núcleo
Figura 5-18 O nucléolo é a estrutura 
mais evidente no núcleo interfásico. 
Micrografia eletrônica de uma fina secção 
do núcleo de um fibroblasto humano. O nú-
cleo é circundado pelo envelope nuclear. 
No interior do núcleo, a cromatina apare-
ce como uma massa difusa, com regiões 
especialmente densas, denominadas he-
terocromatina (coloração escura). A hetero-
cromatina contém poucos genes e situa-se, 
principalmente, na periferia do núcleo, logo 
abaixo do envelope nuclear. As grandes re-
giões escuras são os nucléolos, que contêm 
os genes para os RNAs ribossômicos, os 
quais estão localizados em vários cromosso-
mos que se agrupam no nucléolo. (Cortesia 
de E.G. Jordan e J. McGovern.) 2 μm
Nucléolo
Envelope
nuclear
Heterocromatina
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Capítulo 5 • DNA e cromossomos 185
Nas próximas seções, apresentamos as proteínas especializadas que tornam 
possível essa compactação. Deve-se ter em mente que os cromossomos são es-
truturas dinâmicas. Os cromossomos não somente condensam e descondensam 
durante o ciclo celular, mas sua compactação deve ser suficientemente flexível 
para permitir o rápido acesso a diferentes regiões do cromossomo em interfase, 
descondensando-o suficientemente para permitir o acesso de complexos proteicos 
a sequências especificas de DNA, para replicação, reparo ou expressão gênica.
Os nucleossomos são as unidades básicas da 
estrutura do cromossomo eucariótico
As proteínas que se ligam ao DNA para formar os cromossomos eucarióticos são 
tradicionalmente divididas em duas classes gerais: as histonas e as proteínas 
cromossômicas não histonas. As histonas estão presentes em enormes quantida-
des (mais de 60 milhões de moléculas de diferentes tipos em cada célula), e sua 
massa total nos cromossomos é quase igual à do próprio DNA. O complexo das 
duas classes de proteínas com o DNA nuclear é denominado cromatina.
As histonas são responsáveis pelo primeiro nível fundamental de compac-
tação da cromatina, o nucleossomo, o qual foi descoberto em 1974. Quando os 
núcleos interfásicos são rompidos com cuidado e seu conteúdo é examinado no 
microscópio eletrônico, grande parte da cromatina está na forma de fibras de cro-
matina, com um diâmetro de cerca de 30 nm (Figura 5-20A). Se essa cromatina 
for submetida a tratamentos que a descompactem parcialmente,então pode ser 
visualizada ao microscópio eletrônico como um “colar de contas” (Figura 5-20B). 
O cordão é o DNA, e as contas são as partículas do centro do nucleossomo, que 
consiste no DNA enrolado em um núcleo de proteínas formado pelas histonas.
A estrutura da partícula central do nucleossomo foi determinada após o pri-
meiro isolamento de nucleossomos, tratando a cromatina descompactada, na 
forma de “colar de contas”, com enzimas chamadas nucleases, que quebram o 
DNA desfazendo as ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos. Após a digestão 
por um curto período, apenas o DNA exposto entre as partículas centrais – o 
DNA de ligação – é degradado, permitindo que essas partículas sejam isoladas. 
Uma partícula central do nucleossomo individual consiste em um complexo de 
oito proteínas histonas – duas moléculas de histonas H2A, H2B, H3 e H4 − e um 
segmento de DNA de fita dupla, com 147 pares de nucleotídeos de comprimento, 
que se enrola ao redor desse octâmero de histonas (Figura 5-21). A estrutura de 
alta resolução da partícula do centro do nucleossomo foi determinada em 1997, 
revelando os detalhes atômicos do octâmero de histonas em forma de disco ao 
redor do qual o DNA está firmemente preso, fazendo 1,7 volta em uma hélice 
levógira (Figura 5-22).
O DNA de ligação entre cada partícula do centro do nucleossomo pode va-
riar em comprimento, de poucos pares de nucleotídeos até cerca de 80. (O termo 
5 μm
(A)
(B)
Cromatina
interfásica
Cromossomo mitótico
Figura 5-19 O DNA dos cromossomos 
na interfase é menos compacto que nos 
cromossomos mitóticos. (A) Micrografia 
eletrônica mostrando um grande emara-
nhado de cromatina (DNA com suas proteí-
nas associadas) saindo do núcleo interfásico 
lisado. (B) Desenho esquemático de um 
cromossomo mitótico humano na mesma 
escala. (Cortesia de Victoria Foe.)
(A)
(B)
50 nm
Figura 5-20 Os nucleossomos podem 
ser visualizados por meio de microsco-
pia eletrônica. (A) A cromatina isolada 
diretamente de um núcleo interfásico 
aparece ao microscópio eletrônico como 
uma fibra de cromatina com cerca de 30 nm 
de espessura; uma parte de uma dessas 
fibras é mostrada aqui. (B) Esta micrografia 
eletrônica mostra o comprimento de uma 
fibra de cromatina que foi experimental-
mente desempacotada, ou descondensada, 
após o isolamento, para mostrar o aspecto 
de “colar de contas” dos nucleossomos. 
(A, cortesia de Barbara Hamkalo; B, cortesia 
de Victoria Foe).
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186 Fundamentos da Biologia Celular
nucleossomo tecnicamente refere-se a uma partícula central de nucleossomo e 
ao DNA de ligação adjacente, como mostrado na Figura 5-21, mas é muitas vezes 
usado para se referir à própria partícula central do nucleossomo.) A formação de 
nucleossomos transforma uma molécula de DNA em uma fibra de cromatina com 
cerca de um terço do comprimento do DNA inicial e confere o primeiro nível de 
empacotamento do DNA.
Todas as quatro histonas que fazem parte do octâmero são proteínas relati-
vamente pequenas, com uma alta proporção de aminoácidos carregados positi-
vamente (lisina e arginina). As cargas positivas auxiliam as histonas a se ligarem 
fortemente à cadeia principal de fosfatos e açúcares negativamente carregados 
do DNA. Essas numerosas interações eletrostáticas explicam, em parte, por que 
o DNA de praticamente qualquer sequência pode-se ligar a um octâmero de his-
Figura 5-21 Os nucleossomos contêm o DNA enrolado ao redor de um 
centro de proteínas contendo oito moléculas de histonas. Em um tubo de 
ensaio, a partícula central do nucleossomo pode ser liberada da cromatina 
por digestão do DNA de ligação com uma nuclease que degrada o DNA 
exposto, mas não o DNA firmemente ligado ao redor do cerne do nucleos-
somo. O DNA em torno de cada partícula central do nucleossomo isolada 
pode então ser liberado, e seu tamanho pode ser determinado. Com 147 
pares de nucleotídeos em cada fragmento, o DNA faz quase duas voltas ao 
redor de cada octâmero de histona.
Dupla-hélice
de DNA
Histona H2A Histona H2B Histona H3 Histona H4
Vista daqui
Vista
daqui
Cauda da
histona H3
Figura 5-22 A estrutura da partícula do centro do nucleossomo, conforme 
determinado pela análise de difração de raios X, revela como o DNA está forte-
mente enrolado ao redor de um octâmero de histonas em forma de disco. Aqui 
estão apresentadas duas vistas de uma partícula do centro do nucleossomo. As duas 
fitas da dupla-hélice de DNA são apresentadas em cinza. É possível observar uma 
porção da cauda da histona H3 (verde) prolongando-se a partir da partícula do cerne 
do nucleossomo, mas as caudas das outras histonas estão truncadas. (Reproduzida 
com permissão de K. Luger et al, Nature 389:251-260, 1997. Com permissão de Mac-
millan Publishers Ltd.)
DNA de ligação
Forma de “colar de
contas” da cromatina
NUCLEASE
DIGERE O DNA
 DE LIGAÇÃO
DISSOCIAÇÃO
COM ALTAS
CONCENTRAÇÕES
DE SAIS
DISSOCIAÇÃO
Centro de histonas
do nucleossomo
O nucleossomo inclui
~200 pares de
nucleotídeos
de DNA
Liberação da
partícula central
do nucleossomo
11 nm
Octâmero de
histona
Dupla-hélice de DNA com
147 pares de nucleotídeos
H2A H2B H3 H4
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Capítulo 5 • DNA e cromossomos 187
tona. Cada uma das histonas do octâmero também possui uma cauda não es-
truturada de aminoácido aminoterminal que se projeta da partícula central do 
nucleossomo (ver Figura 5-22). Essas caudas de histonas estão sujeitas a vários 
tipos de modificações químicas covalentes reversíveis, que controlam muitos as-
pectos da estrutura da cromatina.
As histonas que formam o centro do nucleossomo estão entre as mais con-
servadas de todas as proteínas conhecidas de eucariotos. Há somente duas dife-
renças entre as sequências de aminoácidos da histona H4 da ervilha e de bovi-
nos, por exemplo. Essa extrema conservação evolutiva reflete o papel estrutural 
vital das histonas no controle da estrutura do cromossomo eucariótico.
O empacotamento dos cromossomos ocorre 
em múltiplos níveis
Embora sejam formadas longas fitas de nucleossomos na maior parte do DNA 
cromossômico, a cromatina, nas células vivas, raramente adota a forma estendi-
da de colar de contas, como mostra a Figura 5-20B. Em vez disso, os nucleosso-
mos são adicionalmente empacotados em cima uns dos outros, formando uma 
estrutura mais compacta, como a fibra de cromatina mostrada na Figura 5-20A e 
Animação 5.2. Essa compactação adicional dos nucleossomos em uma fibra de 
cromatina depende de uma quinta histona, chamada de histona H1, que liga os 
nucleossomos adjacentes, formando um arranjo regular e repetitivo. Essa histo-
na de conexão altera a direção da cadeia de DNA ao emergir do nucleossomo, 
formando uma fibra de cromatina mais condensada (Figura 5-23).
Vimos anteriormente que, durante a mitose, a cromatina torna-se tão con-
densada que os cromossomos individuais podem ser visualizados no microscó-
pio de luz. Como uma fibra de cromatina é condensada para produzir os cromos-
somos mitóticos? A resposta ainda não é conhecida em detalhes, mas sabe-se 
que a fibra de cromatina é enovelada em uma série de alças e que essas alças 
são adicionalmente condensadas para formar o cromossomo em interfase. Final-
mente, acredita-se que esse colar compacto de alças sofra, pelo menos, mais um 
nível de compactação para formar o cromossomo mitótico (Figuras 5-24 e 5-25).
Histona H1
C
N
Figura 5-23 A histona de conexão atua 
na ligação dos nucleossomos e no seu 
empacotamento em uma fibra de cro-
matina mais compacta. A histona H1 é 
formada por uma região globular e um par 
de longas caudas nas suas porções C- e 
N-terminais. A região globular comprime 20 
pares de bases adicionaisde DNA no local 
em que ele sai do cerne do nucleossomo, 
uma atividade que se acredita ser importan-
te para a formação da fibra de cromatina. 
A longa cauda C-terminal é necessária para 
que a H1 se ligue à cromatina. As posições 
das caudas N- e C-terminais dos nucleosso-
mos não são conhecidas.
Figura 5-24 O empacotamento do DNA 
ocorre em vários níveis nos cromosso-
mos. Este desenho esquemático mostra 
alguns dos níveis de compactação que, se 
acredita, ocorrem para formar o cromos-
somo mitótico altamente condensado. 
A verdadeira estrutura ainda não é comple-
tamente conhecida.
Pequena região da
dupla-hélice de DNA
Forma de “colar de
contas” da cromatina
Fibra de cromatina
formada por
nucleossomos
compactados
Fibra de cromatina
enovelada em alças
Cromossomo
mitótico completo
RESULTADO FINAL: CADA MOLÉCULA DE DNA É
COMPACTADA EM UM CROMOSSOMO MITÓTICO
QUE É 10.000 VEZES MAIS CURTO DO QUE EM SUA
FORMA INTEIRAMENTE ESTENDIDA
11 nm
2 nm
30 nm
700 nm
1400 nm
Centrômero
QUESTÃO 5-2
Assumindo que o octâmero de his-
tonas (mostrado na Figura 5-21) for-
me um cilindro de 9 nm de diâmetro 
e 5 nm de altura e que o genoma 
humano forme 32 milhões de nucle-
ossomos, que volume nuclear (6 μm 
de diâmetro) seria ocupado pelos 
octâmeros de histonas? (O volume 
de um cilindro é πr2h ; o volume de 
uma esfera é 4/3 πr3.) Que fração 
do volume nuclear total é ocupada 
pelos octâmeros de histonas? Como 
isso se compara ao volume do nú-
cleo ocupado pelo DNA humano?
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188 Fundamentos da Biologia Celular
A REGULAÇÃO DA 
ESTRUTURA CROMOSSÔMICA
Até o momento, discutimos como o DNA é firmemente compactado em croma-
tina. Agora analisamos como essa compactação pode ser regulada de modo a 
permitir o rápido acesso ao DNA subjacente. O DNA celular possui uma enorme 
quantidade de informações codificadas, e as células devem ser capazes de obtê-
-las sempre que necessário.
Nesta seção, discutimos como uma célula pode alterar a estrutura de sua 
cromatina para expor determinadas regiões do DNA e permitir o acesso a pro-
teínas específicas e complexos proteicos, principalmente aos envolvidos na ex-
pressão gênica e no reparo e na replicação do DNA. A seguir, discutimos como a 
estrutura da cromatina é estabelecida e mantida, e como uma célula pode trans-
mitir algumas formas dessa estrutura para suas descendentes. A regulação e a 
herança da estrutura da cromatina desempenham um papel crucial no desenvol-
vimento dos organismos eucarióticos.
As alterações na estrutura dos nucleossomos 
permitem o acesso ao DNA
As células eucarióticas apresentam várias maneiras de ajustar rapidamente a 
estrutura local de sua cromatina. Uma delas beneficia-se dos complexos de re-
modelagem da cromatina, uma maquinaria de proteínas que usa a energia da 
hidrólise do ATP para mudar a posição do DNA enrolado ao redor dos nucleos-
somos (Figura 5-26A). Esses complexos, que ligam o octâmero de histonas e o 
DNA ao seu redor, podem alterar localmente a organização dos nucleossomos 
no DNA, tornando o DNA mais acessível (Figura 5-26B) ou menos acessível a 
outras proteínas celulares. Durante a mitose, muitos complexos de remodelagem 
da cromatina são inativados, o que pode auxiliar a manter a estrutura altamente 
compactada dos cromossomos mitóticos.
Outra estratégia para a mudança na estrutura da cromatina reside na mo-
dificação química reversível das histonas. As caudas de cada uma das quatro 
histonas do cerne são particularmente sujeitas a essas modificações covalentes 
(Figura 5-27A). Por exemplo, os grupos acetila, fosfato, ou metila podem ser adi-
cionados às caudas das histonas e delas removidos por enzimas que residem no 
núcleo (Figura 5-27B). Essas e outras modificações podem ter consequências 
importantes para a estabilidade da fibra de cromatina. A acetilação das lisinas, 
por exemplo, pode reduzir a afinidade das caudas para os nucleossomos adjacen-
tes, afrouxando a estrutura da cromatina e permitindo o acesso a determinadas 
proteínas nucleares.
Entretanto, o mais importante é que essas modificações podem servir como 
locais de ancoragem nas caudas das histonas para uma variedade de proteínas 
reguladoras. Diferentes padrões de modificações atraem proteínas diferentes para 
determinados segmentos específicos de cromatina. Algumas dessas proteínas 
promovem a condensação da cromatina, enquanto outras descondensam a cro-
matina e facilitam o acesso ao DNA. Combinações específicas de modificações 
nas caudas e de proteínas que se ligam a elas têm diferentes significados para a 
célula. Por exemplo, um padrão indica que um determinado segmento da croma-
Figura 5-25 Os cromossomos mitóticos contêm cromatina muito com-
pactada. Esta micrografia eletrônica de varredura mostra a região próxima 
a uma das extremidades de um típico cromossomo mitótico. Cada projeção 
em forma nodular representa a ponta de uma alça de cromatina. O cromosso-
mo se duplicou, formando duas cromátides-irmãs que ainda estão unidas (ver 
Figura 5-16). As extremidades das duas cromátides estão facilmente visíveis 
à direita desta foto. (De M.P. Marsden e U.K. Laemmli, Cell 17:849–858, 1989. 
Com permissão de Elsevier.)
Cromátide 1Cromátide 1
Cromátide 2Cromátide 2
0,1 μm
Cromátide 1Cromátide 1Cromátide 1
Cromátide 2
QUESTÃO 5-3
As proteínas histonas estão entre 
as proteínas mais conservadas dos 
eucariotos. As proteínas histonas H4 
de uma ervilha e de uma vaca, por 
exemplo, diferem em apenas 2 dos 
102 aminoácidos. Uma comparação 
das sequências gênicas mostrou 
mais diferenças, porém somente 
duas alterações na sequência de 
aminoácidos. Essas observações in-
dicam que mutações que alteram o 
aminoácido devem ter sido elimina-
das por seleção durante a evolução. 
Por que você acha que as mutações 
dos genes das histonas que alteram 
os aminoácidos dessas proteínas 
são deletérias?
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Capítulo 5 • DNA e cromossomos 189
Complexo de remodelagem
da cromatina dependente
de ATP
(A)
(B)
Complexo de
remodelagem
CATÁLISE DO DESLIZAMENTO
DO NUCLEOSSOMO
Cromatina condensada Cromatina descondensada
CICLOS REPETIDOS DE
DESLIZAMENTO DO NUCLEOSSOMO
ATP ADP
ATP ADP
tina foi recentemente replicado; outro indica que os genes dessa região da croma-
tina devem ser expressos; outros ainda indicam que os genes próximos devem ser 
silenciados (Figura 5-27C). 
2 4 9 10 14 1718 23 262728 36
Ac
Ac Ac Ac
Ac
Ac
AcM MM
M M
M M M M
Histona
H3K K K K K K KR RS SR
4 9
M
K K
10 14
KS
9
M
K
(B)
(A) (C)
Estado de modificação da histona H3 Significado
Formação da
heterocromatina,
silenciamento gênico
Expressão gênica
Expressão gênica
P P P
Cauda H2A
Cauda H2A
Cauda H2B
Cauda H2B
Cauda H4
Cauda H3
Cauda H3
Cauda H4
Figura 5-27 O padrão de modificação das caudas das histonas pode definir como um determinado segmento de cromatina 
é tratado pela célula. (A) Desenho esquemático mostrando as posições das caudas das histonas que se projetam a partir de cada 
nucleossomo. (B) Cada histona pode ser modificada por uma ligação covalente a diferentes grupos químicos, principalmente nas 
caudas. A histona H3, por exemplo, pode receber um grupo acetila (Ac), um grupo metila (M) , ou um grupo fosfato (P). Os números 
indicam as posições dos aminoácidos modificados, na cadeia proteica, com cada um dos aminoácidos designados pelo seu código 
de uma letra. Observe que algumas posições, como as das lisinas (K) 9, 14, 23 e 27, podem ser modificadas em mais de uma maneira. 
Além disso, as lisinas podem ser modificadas por um, dois ou três grupos metila (não apresentado). Observe que a histona H3 contém 
135aminoácidos, a maioria dos quais se encontra em sua região globular (verde), e que a maioria das modificações está em sua cauda 
N-terminal (laranja). (C) Diferentes combinações de modificações nas caudas das histonas podem conferir um significado específico 
aos segmentos de cromatina onde elas ocorrem, como indicado. Somente alguns “significados” dessas modificações são conhecidos.
Figura 5-26 Os complexos de remode-
lagem da cromatina reposicionam o DNA 
ao redor dos nucleossomos em locais es-
pecíficos. (A) Os complexos usam a ener-
gia derivada da hidrólise do ATP para libe-
rar o DNA do nucleossomo e empurrá-lo 
ao longo do octâmero de histona, expondo 
desse modo o DNA a outras proteínas de 
ligação de DNA. As fitas azuis foram adicio-
nadas para mostrar como o nucleossomo se 
move ao longo do DNA. Muitos ciclos de 
hidrólise de ATP são necessários para pro-
duzir tais mudanças. (B) No caso mostrado, 
o reposicionamento dos nucleossomos des-
condensa a cromatina em uma determinada 
região cromossômica. Em outros casos, ele 
condensa a cromatina.
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190 Fundamentos da Biologia Celular
Assim como ocorre nos complexos de remodelagem da cromatina, as enzi-
mas que modificam as caudas das histonas são cuidadosamente reguladas. Elas 
são levadas a determinadas regiões da cromatina principalmente por interações 
com as proteínas que se ligam a sequências específicas do DNA (discutimos essas 
proteínas no Capítulo 8). As enzimas que modificam as histonas atuam em con-
junto com os complexos de remodelagem da cromatina para compactar e relaxar 
segmentos de cromatina, permitindo que a estrutura da cromatina mude rapida-
mente de acordo com as necessidades da célula.
Os cromossomos em interfase contêm a 
cromatina tanto na forma condensada como na 
forma mais estendida
A alteração da compactação localizada da cromatina por meio de complexos de 
remodelagem e modificações de histonas tem efeito importante na estrutura ge-
ral dos cromossomos interfásicos. Na interfase, a cromatina não está uniforme-
mente compactada. Nas regiões que contêm os genes que estão sendo expressos, 
geralmente ela está mais relaxada, ao passo que nas regiões com genes silencia-
dos ela está mais condensada. Assim, a estrutura detalhada de um cromosso-
mo interfásico pode diferir de um tipo celular para outro, ajudando a determinar 
quais genes estão sendo expressos. A maioria dos tipos celulares expressa cerca 
de 20 a 30% de seus genes.
A forma mais altamente condensada da cromatina interfásica é denomina-
da heterocromatina (do grego heteros, que significa “diferente”, e cromatina). 
Na década de 1930, a heterocromatina foi observada pela primeira vez, sob o 
microscópio de luz, como regiões descontínuas e fortemente coradas na massa 
de cromatina. A heterocromatina normalmente compõe cerca de 10% do cro-
mossomo interfásico e, nos cromossomos de mamíferos, concentra-se ao redor 
da região dos centrômeros e nos telômeros, nas extremidades dos cromossomos 
(ver Figura 5-15).
O restante da cromatina interfásica é denominado eucromatina (do grego 
eu, significando “verdadeiro” ou “normal”, e cromatina). Apesar de usarmos o ter-
mo eucromatina para a cromatina que existe em um estado mais descondensado 
do que o da heterocromatina, agora está claro que tanto a eucromatina como a 
heterocromatina são compostas por misturas de diferentes estruturas de croma-
tina (Figura 5-28).
Cada tipo de estrutura da cromatina é estabelecido e mantido por diferentes 
conjuntos de modificações nas caudas das histonas que atraem grupos distintos 
de proteínas não histônicas. As modificações que coordenam a formação do tipo 
mais comum de heterocromatina, por exemplo, incluem a metilação da lisina 9 
na histona H3 (ver Figura 5-27). Uma vez estabelecida, a heterocromatina pode se 
espalhar, porque essas modificações nas caudas das histonas atraem um conjun-
to de proteínas específicas da heterocromatina, incluindo enzimas modificadoras 
de histonas, que, em seguida, criam as mesmas modificações na cauda das his-
Figura 5-28 A estrutura da cromatina varia ao longo de um único cromossomo interfásico. Como esquematicamente indicado 
pelas diferentes cores (e ao longo da molécula de DNA, representado pela linha preta central), a heterocromatina e a eucromatina 
representam, cada uma, um conjunto de diferentes estruturas de cromatina, com distintos graus de condensação. Geralmente, a hete-
rocromatina está mais condensada do que a eucromatina.
Heterocromatina Heterocromatina
Telômero Centrômero
HeterocromatinaEucromatina
Hetero-
cromatinaEucromatina Eucromatina
Telômero
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Capítulo 5 • DNA e cromossomos 191
tonas dos nucleossomos adjacentes. Essas modificações, por sua vez, recrutam 
mais proteínas específicas da heterocromatina, causando uma onda de propa-
gação de cromatina condensada ao longo do cromossomo. Essa heterocroma-
tina continuará a se espalhar, até encontrar uma barreira na sequência de DNA 
que impeça a propagação (Figura 5-29). Desse modo, podem formar-se extensas 
regiões de heterocromatina ao longo do DNA. 
A maior parte do DNA que está permanentemente compactada em hetero-
cromatina na célula não contém genes. Em razão do alto grau de compactação 
da heterocromatina, os genes que acidentalmente se tornam compactados na 
heterocromatina em geral não podem ser expressos. Essa compactação inade-
quada dos genes na heterocromatina pode causar doenças. Nos seres humanos, 
o gene que codifica a β-globina, que faz parte da hemoglobina que transporta a 
molécula de oxigênio, está situado próximo a uma região de heterocromatina. Se, 
em virtude de uma deleção hereditária do DNA, a heterocromatina se espalhar, 
o gene da β-globina se tornará pouco expresso, e o indivíduo desenvolve uma 
forma grave de anemia.
Talvez o exemplo mais marcante do uso da heterocromatina para manter os 
genes inibidos ou silenciados seja encontrado no cromossomo X interfásico das 
fêmeas de mamíferos. Nos mamíferos, as células das fêmeas contêm dois cro-
mossomos X, enquanto as células dos machos contêm um X e um Y. Uma vez que 
uma dose dupla de produtos do cromossomo X seria letal, as fêmeas de mamífe-
ros desenvolveram um mecanismo para inativar permanentemente um dos dois 
cromossomos X em cada célula. Ao acaso, um ou outro cromossomo X em cada 
célula se torna altamente condensado em heterocromatina no início do desen-
volvimento embrionário. Desde então, o estado inativado e condensado daquele 
cromossomo X é herdado em todas as descendentes dessas células (Figura 5-30).
Quando uma célula se divide, geralmente transmite suas modificações nas 
histonas, estrutura da cromatina e padrões de expressão gênica para as duas 
células-filhas. Essa “memória celular” é fundamental para o estabelecimento e a 
manutenção de diferentes tipos celulares durante o desenvolvimento de um orga-
nismo multicelular complexo. Discutimos os mecanismos envolvidos na memória 
celular no Capítulo 8, onde apresentamos o controle da expressão gênica.
Figura 5-29 Modificações específicas da 
heterocromatina permitem que a hetero-
cromatina se forme e se espalhe. Essas 
modificações atraem proteínas específicas 
da heterocromatina que reproduzem as 
mesmas modificações nas histonas vizinhas. 
Dessa maneira, a heterocromatina pode 
se espalhar até encontrar uma barreira na 
sequência de DNA, que bloqueia a sua pro-
pagação para as regiões de eucromatina.
Heterocromatina Eucromatina
MODIFICAÇÕES NAS HISTONAS ATRAEM PROTEÍNAS
ESPECÍFICAS DA HETEROCROMATINA, INCLUINDO AS
ENZIMAS MODIFICADORAS DAS HISTONAS
PROTEÍNAS ESPECÍFICAS DA HETEROCROMATINA
MODIFICAM AS HISTONAS VIZINHAS
A HETEROCROMATINA SE ESPALHA
ATÉ ENCONTRAR UMA BARREIRA
NA SEQUÊNCIADE DNA
Modificações nas caudas das histonas
específicas da heterocromatina
Barreira na sequência
de DNA
QUESTÃO 5-4
As mutações em um determinado 
gene do cromossomo X resultam 
em daltonismo em homens. Por 
outro lado, a maioria das mulheres 
portadoras da mutação possui visão 
para cores, mas enxerga os objetos 
coloridos com resolução reduzida, já 
que suas células cone funcionais (as 
células fotorreceptoras responsá-
veis pela visão em cores) estão mais 
distantes umas das outras na retina 
do que o normal. Você pode dar 
uma explicação plausível para essa 
observação? Se uma mulher é daltô-
nica, o que você poderia dizer a res-
peito de seu pai? E a respeito de sua 
mãe? Explique suas respostas.
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192 Fundamentos da Biologia Celular
CONCEITOS ESSENCIAIS
• A vida depende do armazenamento e da herança estável da informação 
genética.
• A informação genética está localizada em moléculas de DNA muito longas 
e é codificada em uma sequência linear de quatro nucleotídeos: A, T, G e C.
• Cada molécula de DNA é uma dupla-hélice composta por um par de fitas de 
DNA complementares e antiparalelas que são unidas por ligações de hidro-
gênio entre os pares de bases G-C e A-T.
• O material genético de uma célula eucariótica está contido em um conjunto 
de cromossomos, cada um formado por uma única e longa molécula de DNA 
que contém muitos genes.
• Quando um gene é expresso, parte de sua sequência de nucleotídeos é trans-
crita em moléculas de RNA, muitas das quais são traduzidas em proteínas.
• O DNA que forma cada cromossomo eucariótico contém, além dos genes, 
muitas origens de replicação, um centrômero e dois telômeros. Essas se-
quências especiais de DNA asseguram que, antes da divisão celular, cada 
cromossomo possa ser duplicado de forma eficiente, e que os cromossomos 
resultantes sejam distribuídos igualmente para as duas células-filhas.
• Nos cromossomos eucarióticos, o DNA é intensamente condensado ao se 
associar a um conjunto de proteínas histonas e não histonas. Esse comple-
xo de DNA e proteínas é chamado de cromatina.
• As histonas compactam o DNA em um arranjo repetitivo de partículas de 
DNA e proteínas, denominadas nucleossomos, os quais subsequentemente se 
condensam ainda mais, formando a estrutura mais compacta de cromatina.
• Uma célula pode regular sua estrutura de cromatina, condensando ou des-
condensando temporariamente determinadas regiões de seus cromosso-
mos, mediante uso de complexos de remodelagem da cromatina e de enzi-
mas que modificam covalentemente, de diversas maneiras, as caudas das 
histonas.
Figura 5-30 Um dos dois cromossomos 
X está inativado nas células das fêmeas 
de mamíferos pela formação da hete-
rocromatina. Cada célula de uma fêmea 
contém dois cromossomos X, um da mãe 
(Xm) e outro do pai (Xp). Nos primeiros está-
gios do desenvolvimento embrionário, um 
desses dois cromossomos, em cada célula, 
torna-se condensado em heterocromatina, 
aparentemente de modo aleatório. A cada 
divisão celular, o mesmo cromossomo X 
torna-se condensado (e inativado) em todas 
as células descendentes daquela célula 
original. Assim, as fêmeas apresentam uma 
mistura (mosaico) de células que contêm 
cromossomos X inativados maternos ou 
paternos. Na maioria dos tecidos e órgãos, 
cerca de metade das células será de um 
tipo e a outra metade será de outro.
Xp Xm
Xp Xm Xp Xm
INATIVAÇÃO DE UM CROMOSSOMO
X SELECIONADO ALEATORIAMENTE
HERANÇA DIRETA DO PADRÃO DE INATIVAÇÃO DO CROMOSSOMO X
Célula do embrião inicial
Apenas Xm ativo neste clone Apenas Xp ativo neste clone
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Capítulo 5 • DNA e cromossomos 193
TESTE SEU CONHECIMENTO
QUESTÃO 5-5
 A. A sequência de nucleotídeos de uma das fitas de uma 
dupla-hélice de DNA é
5’-GGATTTTTGTCCACAATCA-3’.
Qual é a sequência da fita complementar?
 B. No DNA de certas células bacterianas, 13% dos nucleo-
tídeos são adeninas. Qual é a porcentagem dos outros 
nucleotídeos?
 C. Quantas sequências de nucleotídeos são possíveis para 
um segmento de DNA de N nucleotídeos de comprimen-
to, se ele for (a) de fita simples ou (b) de fita dupla?
 D. Suponha que você tenha um método para cortar o DNA 
em sequências específicas de nucleotídeos. Quantos nu-
cleotídeos de comprimento (em média) essa sequência 
teria para fazer apenas um corte no genoma bacteriano 
de 3 × 106 pares de nucleotídeos? A resposta seria dife-
rente para o genoma de uma célula animal que contém 3 
× 109 pares de nucleotídeos?
QUESTÃO 5-6
Um par de bases A-T é estabilizado por somente duas liga-
ções de hidrogênio. Os esquemas de ligações de hidrogênio 
de forças muito semelhantes também podem ser feitos entre 
outras combinações de bases que normalmente não ocorrem 
nas moléculas de DNA, tais como os pares A-C e A-G mostra-
dos na Figura Q5-6. O que aconteceria se esses pares se for-
massem durante a replicação do DNA e se as bases inadequa-
das fossem incorporadas? Discuta por que isso não acontece 
frequentemente. (Dica: ver Figura 5-6.)
H
H
H
H
H
H
H
C
C
CC
O
N
N N
N
N
N
NN
C C
C
C
C
H
Citosina
Guanina
Adenina
Adenina
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
CC
C C
C
C
C
ON N
N
N
N
N
N
N
N
N
3′ 5′ 3′ 5′
3′
3′
5′
5′
Figura Q5-6
• O relaxamento da cromatina para um estado mais descondensado permite 
que as proteínas envolvidas na expressão gênica, na replicação do DNA e 
no reparo do DNA tenham acesso às sequências de DNA necessárias.
• Algumas formas de cromatina possuem um padrão de modificação das cau-
das de histonas que leva o DNA a se tornar tão condensado, que seus genes 
não podem ser expressos para produzir RNAs. Tal condensação ocorre em 
todos os cromossomos durante a mitose e na heterocromatina dos cromos-
somos em interfase.
TERMOS-CHAVE
ácido desoxirribonucleico (DNA)
cariótipo
centrômero
ciclo celular
complementaridade
complexo de remodelagem da 
cromatina
cromatina
cromossomo
código genético
dupla-hélice
eucromatina
expressão gênica
gene
genoma
heterocromatina
histona
nucleossomo
nucléolo
origem de replicação
par de bases
telômero
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