núcleo interfásico

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• O núcleo é o compartimento que contém o DNA, na 
forma de cromatina, e está separado do citoplasma 
por um envoltório, que define um ambiente nuclear. 
Apresenta matriz diferenciada, nucleoplasma, que se 
comunica com o citoplasma através de poros no 
envoltório. 
• O envoltório nuclear é sustentado tanto pelo lado 
citoplasmático quanto pelo lado nuclear, por filamentos 
do citoesqueleto. No lado nuclear, filamentos 
intermediários formam a lâmina nuclear, enquanto no 
lado citoplasmático, outros filamentos além dos 
microtúbulos estão envolvidos. 
• No núcleo, o grau de compactação do DNA varia no 
ciclo celular, atingindo seu máximo na fase M, quando 
é possível individualizar, contar e classificar os 
cromossomos. No entanto, se o DNA estiver 
compactado demais durante a intérfase, atividades 
como transcrição e replicação certamente ficarão 
muito dificultadas. Dessa forma, o mecanismo de 
compactação do DNA tem de ser dinâmico, facilitando 
o acesso das enzimas quando necessário. 
• O núcleo contém suborganelas ou domínios, dentre 
os quais se destacam: o nucleolo, corpúsculo de Cajal e 
complexo do poro. Essas estruturas se caracterizam 
pela ausência de membranas, mas que devem ser 
consideradas compartimentos, uma vez que 
apresentam proteínas residentes definidas, atividades 
biológicas específicas e estrutura característica. 
 
 
 
nucleolo 
• O nucléolo é considerado fábrica de ribossomos, uma 
vez que nele estão contidos os genes que codificam 
para os RNA ribossomais (rRNA) e as proteínas que 
fazem parte dos ribossomos. 
• Durante a intérfase, as regiões dos cromossomos 
que contêm genes que codificam os RNA se 
aproximam entre si e do nucleolo. Depois de produzidas 
no citoplasma, as proteínas ribossomais voltam ao 
núcleo e se juntam ao nucléolo, facilitando o arranjo ao 
mesmo tempo em que os RNA são processados. 
 
• O rRNA precursor 45S é empacotado em uma 
grande partícula ribonucleoproteica contendo várias 
proteínas ribossômicas importadas do citoplasma. 
Enquanto essa partícula permanece no nucléolo, 
componentes selecionados são adicionados e outros 
descartados conforme ela é processada em 
subunidades ribossômicas imaturas maiores e 
menores. As duas subunidades ribossômicas atingem 
sua forma funcional final apenas após serem 
transportadas individualmente através dos poros 
nucleares para o citoplasma. 
 
corpúsculo de Cajal 
• Sua formação é provavelmente mediada pela 
associação de domínios proteicos de baixa 
complexidade e sua aparência é o resultado da estreita 
associação dos componentes proteicos e RNA 
envolvidos na síntese, associação e armazenamento 
das macromoléculas envolvidas na expressão gênica. 
Proteína calina metilada reveste o corpúsculo de Cajal 
durante a intérfase. 
• Os corpos de Cajal são os locais onde spliceossomos 
são formados e maturados. Assim, os snRNPs e os 
snoRNPs passam pelas etapas finais de maturação, 
onde os snRNPs são reciclados e seus RNAs são 
“reinicializados” após os rearranjos que ocorreram 
durante o splicing. 
• Foi sugerido que os grupos de grânulos de 
intercromatina correspondam a acúmulos de reserva 
de snRNPs totalmente maduros e de outros 
componentes do processamento de RNA, que estão 
prontos para ser utilizados na produção dos mRNAs. 
Segundo estudos, parece que a principal função destes 
agregados é aproximar os componentes, de modo a 
acelerar sua associação. Assim, os corpos de Cajal são 
absolutamente necessários em situações nas quais as 
células devem proliferar de forma rápida, a fim de que 
a síntese de proteínas (que depende do splicing do 
RNA) não sofra atrasos que podem ser letais. 
• Dada a importância dos corpos nucleares no 
processamento do RNA, é de se esperar que o splicing 
do pré-mRNA aconteça em um local específico no 
núcleo, uma vez que ele requer numerosos 
componentes proteicos e de RNA. Entretanto, a 
associação dos componentes do splicing no pré-mRNA 
é cotranscricional; como consequência, o splicing deve 
ocorrer em muitas regiões sobre os cromossomos. 
 
Transporte nuclear 
• O envelope nuclear encerra o DNA e define o 
compartimento nuclear. Esse envelope consiste em 
duas membranas concêntricas, penetradas pelos 
complexos do poro nuclear. 
• A membrana nuclear interna contém proteínas que 
atuam como sítios de ligação para cromossomos e para 
a lâmina nuclear. Ela é circundada pela membrana 
nuclear externa, a qual é contínua com a membrana 
do RE. Assim como a membrana do RE, a membrana 
nuclear externa apresenta ribossomos envolvidos na 
síntese de proteínas. 
• O tráfego bidirecional ocorre continuamente entre o 
citosol e o núcleo. As muitas proteínas com função 
nuclear são seletivamente importadas do citosol, onde 
são sintetizadas, para o compartimento nuclear. Ao 
mesmo tempo, quase todos os RNAs são sintetizados 
no compartimento nuclear e então exportados para o 
citosol. 
 
complexo do poro 
• Os complexos do poro nuclear perfuram o envelope 
nuclear em todas as células eucarióticas. Cada NPC é 
composto de um conjunto de diferentes proteínas, ou 
nucleoporinas, que estão está encarregadas do 
controle do transporte de moléculas entre núcleo e 
citoplasma. Assim, há uma relação direta entre o 
número de complexos do poro e a intensidade da 
síntese de proteínas. Isto é, quanto maior a quantidade 
de proteínas sintetizadas, maior o número de 
complexos do poro. 
• A estrutura de cada poro é formada por três anéis: 
o anel citoplasmático; o anel nuclear e um anel mediano 
na região do espaço perinuclear. As partículas do anel 
mediano são transmembrana e chamadas de estacas 
radiais; formam a barreira que limita a fluidez de 
proteínas e lipídeos entre as membranas. Do anel 
citoplasmático projetam-se fibrilas envolvidas com o 
reconhecimento das moléculas que poderão 
atravessar o poro. Já do anel nuclear, projetam-se 
outros filamentos que se prendem a um anel distal, 
parecendo uma cesta de basquete. O conjunto desses 
filamentos mais o anel distal é chamado cesta nuclear. 
 
• Cada NPC contém canais aquosos, através dos quais 
pequenas moléculas solúveis em água podem difundir-
se passivamente e tão rapidamente que o envelope 
nuclear pode ser considerado livremente permeável a 
elas. Grandes proteínas, entretanto, difundem-se de 
maneira muito mais lenta, e quanto maior a proteína, 
mais lentamente ela passa através dos NPCs. 
• Os complexos do poro mantêm abertas passagens 
diretas entre os ambientes citoplasmático e nuclear. 
Devido a isso, existem mecanismos de transporte 
especializados, tanto para promover a passagem de 
moléculas maiores do que o poro quanto para evitar a 
passagem de moléculas menores. 
• Por meio do estudo da nucleoplasmina, foi possível 
observar como ocorre esse transporte. A 
nucleoplasmina é formada por uma cabeça globular e 
várias caudas lineares, iguais entre si. Quando essa 
proteína é injetada no citoplasma de uma célula 
interfásica, em poucos minutos ela entra no núcleo. No 
entanto, se a nucleoplasmina for submetida a uma 
digestão com enzimas proteolíticas, de modo a separar 
a cabeça das caudas, e depois estas forem injetadas 
separadamente, é observado que apenas as caudas 
entram no núcleo. Esse experimento mostrou que as 
caudas da nucleoplasmina possuem algum sinal 
específico que permite a entrada no núcleo. 
• Buscando determinar qual a menor sequência de 
aminoácidos contida nas caudas da nucleoplasmina 
necessária para a entrada no núcleo, foi descoberta a 
sequência de localização nuclear (NLS), uma sequência 
reconhecida no envoltório nuclear para permitir a 
entrada no núcleo. 
• NLS são responsáveis pela seletividade desse 
processo nuclear de importação. Em muitas proteínas 
nucleares, os sinais consistem em uma ou duas 
sequências curtas ricas em aminoácidos carregados 
positivamente, lisina e arginina, com a sequência exata 
variando para diferentes proteínas. 
 
 
• Os sinais de localização nuclear podem estar situados 
praticamente em qualquer lugar na sequência de 
aminoácidose, supostamente, formam alças ou 
regiões na superfície da proteína. 
• O transporte macromolecular pelos NPCs é 
fundamentalmente diferente do transporte de 
proteínas pelas membranas das outras organelas, pois 
ocorre por um grande e expansível poro aquoso, em 
vez de usar uma proteína transportadora abrangendo 
uma ou mais bicamadas lipídicas. Por essa razão, as 
proteínas nucleares podem ser transportadas para o 
núcleo por um NPC quando estão em conformação 
completamente enovelada. Para iniciar a importação 
nuclear, a maioria dos sinais de localização nuclear deve 
ser reconhecida pelos receptores de importação 
nuclear, as importinas, que são codificados por uma 
família de genes relacionados. Cada membro da família 
codifica uma proteína receptora que pode se ligar e 
transportar subconjuntos de proteínas-carga 
contendo o sinal de localização nuclear apropriado. 
 
• Os receptores de importação nuclear nem sempre 
se ligam diretamente a proteínas nucleares, em alguns 
casos, são necessárias proteínas adaptadoras para 
formar pontes entre os receptores e os sinais de 
localização nuclear nas proteínas a serem 
transportadas. 
• De mesmo modo, a exportação de moléculas do 
núcleo ocorre por meio de NPCs e também depende 
de um sistema seletivo de transporte. O sistema de 
transporte se baseia nos sinais de exportação nuclear 
nas macromoléculas a serem exportadas, assim como 
nos receptores de exportação nuclear 
complementares, as exportinas, que se ligam tanto ao 
sinal de exportação quanto às proteínas NPC para 
guiar sua carga através do NPC ao citosol. 
• A partir de uma experimentação para estudar o 
transporte de mRNA, foi observado que as moléculas 
de mRNA saem do núcleo exclusivamente através de 
complexos do poro. Assim, os complexos são 
competentes tanto para transportar proteína do 
citoplasma para o núcleo quanto mRNA do núcleo para 
o citoplasma, assumindo uma direção exclusiva. 
• O transporte entre núcleo e citoplasma tem duas 
etapas: reconhecimento, independente de ATP, e 
translocação, dependente de ATP. A etapa de 
reconhecimento das proteínas que serão 
transportadas para o núcleo certamente envolve 
receptores que reconhecem as sequências de 
localização nuclear. Depois do reconhecimento, a 
acomodação da proteína na abertura do canal inicia a 
etapa de translocação. Recentemente, novos 
experimentos mostraram que a entrada de proteínas 
no núcleo, e também a saída de RNA, dependem da 
associação dessas moléculas com co-fatores que ligam 
e hidrolisam GTP. Como a recomposição do estoque 
citoplasmático de GTP depende da produção de ATP, o 
bloqueio do transporte na ausência de ATP fica 
explicado. 
 
Ran 
• A importação de proteínas nucleares através dos 
NPCs concentra proteínas específicas no núcleo, 
aumentando, portanto, a ordem na célula. A célula 
mantém esse processo de ordem pelo aproveitamento 
da energia armazenada em gradientes de 
concentração na forma ligada ao GTP da GTPase Ran 
monomérica, a qual é necessária tanto para a 
importação quanto para a exportação nuclear. 
• A forma Ran-GDP é mais abundante no citoplasma e 
a forma Ran-GTP é mais abundante no núcleo. No 
citoplasma a atividade enzimática de Ran é estimulada, 
fazendo com que ela hidrólise o GTP, enquanto no 
núcleo proteínas associadas à cromatina roubam o GDP 
de Ran, que logo é substituído por GTP. Supõe-se que 
Ran-GTP tenha tendência a sair do núcleo, enquanto 
Ran-GDP tenha tendência a entrar. 
• A localização de Ran-GDP no citosol e Ran-GTP no 
núcleo resulta da localização das duas proteínas 
reguladoras Ran: proteína Ran ativadora de GTPase 
(Ran-GAP) localizada no citosol e fator Ran de troca de 
nucleotídeos de guanina (Ran-GEF), que se liga à 
cromatina e, portanto, está localizado no núcleo. A Ran-
GDP é importada para o núcleo por seu próprio 
receptor de importação, que é específico para a 
conformação de Ran ligada a GDP. 
 
 
• Depois de descarregar sua carga no núcleo, o 
receptor de importação vazio com Ran-GTP ligado é 
transportado de volta ao citosol através do complexo 
do poro. Lá, Ran-GAP estimula Ran-GTP a hidrolisar seu 
GTP ligado, convertendo-o, a Ran-GDP, o qual se 
dissocia do receptor. O receptor está pronto, então, 
para outro ciclo de importação nuclear. 
• A exportação nuclear ocorre por um mecanismo 
similar, exceto pelo fato de que Ran-GTP no núcleo 
promove a ligação da carga ao receptor de 
exportação, ao invés de promover a dissociação da 
carga. Uma vez que o receptor de exportação se 
movimenta através do poro para o citosol, ele 
encontra Ran-GAP que induz o receptor a hidrolisar 
seu GTP a GDP. Como resultado, o receptor de 
exportação libera sua carga e Ran-GDP no citosol. Os 
receptores de exportação livres retornam ao núcleo 
para completar o ciclo. 
 
Envoltório nuclear 
• A lâmina nuclear dá forma e estabilidade ao envelope 
nuclear, ao qual é ancorada pela ligação, tanto de NPCs 
quanto de proteínas transmembrana, ao interior da 
membrana nuclear. Junto com a lâmina, essas 
proteínas de membrana interna fornecem ligações 
estruturais entre o DNA e o envelope nuclear. 
• Quando um núcleo é desmontado durante a mitose, 
os NPCs e a lâmina nuclear desmontam e o envelope 
nuclear se fragmenta. Durante esse processo, 
algumas proteínas NPCs encontram-se ligadas a 
receptores de importação nuclear, os quais participam 
da montagem de NPCs no fim da mitose. 
• O desmonte do envoltório nuclear é disparado pelo 
complexo MPF, que fosforila proteínas que vão 
compactar a cromatina, outras que vão despolimerizar 
microtúbulos, fragmentar o retículo endoplasmático e 
também as membranas que formam o envoltório 
nuclear, que vesiculam. As laminas também são 
substrato para as quinases da fase M e, quando são 
fosforiladas, despolimerizam. Alguns componentes do 
complexo do poro também são fosforilados e o 
conjunto se desassocia. 
 
• Em etapas posteriores da mitose, o envelope nuclear 
se reagrega na superfície dos cromossomos-filhos. 
Além do seu papel crucial no transporte nuclear, Ran-
GTPase também atua como um marcador de posição 
para a cromatina durante a divisão celular, quando os 
componentes citosólicos e nucleares se misturam. 
• Ao final da mitose, são ativadas fosfatases que 
desfosforilam os substratos que foram alvo do MPF 
no início do processo. Com a desfosforilação, a 
cromatina volta a descompactar, tornando a expor os 
sítios de afinidade por laminas e por proteínas da 
membrana nuclear interna. Nesse mesmo período, as 
laminas desfosforiladas voltam a polimerizar a lâmina, 
não em qualquer lugar, mas exatamente em volta do 
genoma das células-filhas porque têm afinidade pela 
cromatina que está descompactando. Ao se incorporar 
ao polímero, as laminas ajudam a aproximar as 
vesículas de membrana interna onde estão presas. A 
incorporação dos componentes do complexo do poro 
ao envoltório é um fenômeno ainda menos conhecido. 
• Hoje, já se sabe que os complexos do poro se 
desorganizam e que alguns de seus componentes têm 
afinidade pela própria cromatina. Alguns pesquisadores 
formularam a hipótese de que os componentes do 
complexo do poro podem mesmo ajudar na 
reorganização do próprio envoltório