Aula 5 - O nucleo celular

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Biologia Celular
Aula 5 - O núcleo celular
INTRODUÇÃO
As células eucariontes apresentam no seu interior uma organela exclusiva: o núcleo. Essa organela não só armazena o
material genético da célula, como também é responsável pelo controle de todo o funcionamento celular. É fundamental
entendermos como isso ocorre.
Veremos que os processos de divisão celular, tão importantes para a manutenção do organismo em vários aspectos,
contam com a participação ativa do núcleo.
Impossível falar do núcleo sem abordarmos as duas moléculas mais importantes que encontramos no seu interior: o
DNA e o RNA. Aliás, veremos que a função de controlar o funcionamento celular se deve à presença dessas moléculas.
OBJETIVOS
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Analisar a estrutura e composição do núcleo celular;
Reconhecer a participação do núcleo nos processos de divisão celular;
Reconhecer o papel das moléculas de DNA e RNA no funcionamento nuclear.
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ESTRUTURA, COMPOSIÇÃO E FUNÇÕES DO NÚCLEO CELULAR
Devemos iniciar o estudo do núcleo celular entendendo que ele é uma organela, exclusiva das células eucariontes. É
um espaço delimitado por uma membrana e que tem no seu interior determinadas substâncias, que veremos a seguir.
As células geralmente apresentam um único núcleo e este �ca localizado em seu centro. No entanto, existem células
que apresentam mais de um núcleo ou que núcleo �ca localizado perifericamente.
Outra coisa bem variável é o formato dos núcleos: existem alguns que são esféricos, alongados, divididos em lóbulos
etc.
Nas fotos a seguir podemos ver isso.
As fotos mostram diferentes células, que nos permitem ver diferentes aspectos sobre os núcleos. Em A, temos uma
lâmina de sangue de ave, em que as hemácias são elípticas e apresentam um núcleo centralizado e com o formato da
célula. Em B, podemos ver os tecidos da pele, mostrando núcleo com formatos diferentes (esféricos, alongados,
achatados). Em C, podemos ver uma lâmina de glândula salivar, em que os núcleos são esféricos. Em D, vemos o
revestimento externo dos intestinos, com células de núcleo achatado.
ESTRUTURA NUCLEAR
O núcleo, como vimos, é um espaço delimitado por membrana. Essa membrana pode ser chamada de carioteca,
cariomembrana ou, simplesmente, membrana nuclear.
No seu interior, encontramos algumas estruturas que merecem destaque: o nucléolo, o nucleoplasma e a cromatina,
como podemos ver na imagem abaixo.
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Fonte da Imagem:
Na imagem, vemos a constituição do núcleo: a carioteca que delimita o seu espaço, o núcleo como uma região mais
corada no seu interior e o que o preenche ― uma mistura de nucleoplasma e cromatina.
Vamos entender melhor, estudando detalhadamente cada estrutura que compõe o núcleo.
A CARIOTECA
A carioteca é uma membrana dupla, separada por um espaço, e que continua com a membrana de uma organela
chamada Retículo Endoplasmático Rugoso.
Veja na imagem abaixo:
Podemos ver na imagem a continuidade da membrana externa da carioteca com o Retículo Endoplasmático Rugoso.
Essa membrana apresenta poros, por onde moléculas grandes, como proteínas e RNAs, podem passar.
Na sua superfície externa, encontramos alguns ribossomos aderidos.
Veja na imagem abaixo.
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Na imagem �ca clara a existência de duas membranas formando a carioteca e a presença de poros por onde passam
macromoléculas.
NUCLEOPLASMA
O nucleoplasma é uma solução aquosa contendo proteínas (maioria enzimas) e outras moléculas como RNAs,
nucleosídeos, nucleotídeos e íons.
No nucleoplasma, estão mergulhados o nucléolo e a cromatina.
NUCLÉOLO
O nucléolo é uma estrutura fortemente corada, formado por DNA, que possui genes que estão envolvidos na síntese de
RNA ribossomal, que vai originar os ribossomos — estruturas celulares que fabricam as proteínas das células.
CROMATINA
A cromatina é a parte mais importante do núcleo, pois é formada pelo DNA e proteínas que participam do
empacotamento do DNA. As proteínas mais importantes são as histonas.
As moléculas de DNA se enrolam nas histonas, em um conjunto formado por oito histonas, e formam estruturas que
chamamos de nucleossomos.
Para entender melhor isso, veja a imagem abaixo.
Fonte da Imagem:
Essa imagem mostra a estrutura do nucleossomo. A �ta vermelha representa o DNA. As bolas azuis representam as
oito moléculas de histonas, em que o DNA se enrola. Em verde está representada uma proteína chamada H1, que �xa a
molécula de DNA nas oito histonas e mantém a estrutura do nucleossomo.
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Sendo assim, a cromatina é uma cadeia de nucleossomos, como se fosse um colar de pérolas, como na imagem baixo.
Nós só conseguimos identi�car a cromatina quando a célula não está no período de divisão celular, que chamamos de
interfase.
Isso ocorre porque, quando a célula vai se dividir, a cromatina se transforma em cromossomos, como veremos a
seguir.
A imagem já nos mostra isso. Reparou?
Sendo assim, nesse período de interfase, a cromatina apresenta dois estados funcionais e por isso a dividimos em:
eucromatina
Na parte chamada de eucromatina, os genes presentes na molécula de DNA estão ativos, produzindo proteínas e, além
disso, a cromatina está descondensada, não compactada.
Ela só vai se condensar na hora da divisão celular, momento que ela se transforma em cromossomo.
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heterocromatina
Já na parte de heterocromatina, os genes não são ativos e a cromatina está sempre condensada. No entanto, essa
heterocromatina ainda se subdivide em heterocromatina constitutiva (glossário) e heterocromatina facultativa
(glossário).
OS CROMOSSOMOS
Como já adiantamos, e vamos entender melhor agora, quando a célula vai se dividir, a cromatina se condensa
completamente (nesse caso não teremos mais aquela diferença entre eucromatina e heterocromatina) e se
transformará em cromossomos.
Então, cada um dos 46 cromossomos que encontramos em nossas células é resultado da compactação de um pedaço
de cromatina.
Veja novamente aquela imagem:
Vemos na imagem o processo �nal de compactação da cromatina, 
que resulta na formação de um cromossomo típico.
Podemos dizer que cromatina e cromossomo são feitos da mesma coisa (DNA + Proteínas) e que se diferenciam
apenas pelo seu estado funcional: descompactada na cromatina e completamente compactado no cromossomo.
Como o cromossomo é feito de DNA, e o DNA contém as nossas informações genéticas, eles são os veículos dessa
informação e são eles que, durante os processos de divisão celular, serão divididos entre as células-�lhas formadas,
garantindo que as informações genéticas sejam passadas para elas.
Os cromossomos típicos apresentam uma estrutura característica, como podemos ver na imagem abaixo.
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Os cromossomos são formados por duas moléculas de DNA compactadas, sendo uma cópia da outra, gerada durante
a replicação do DNA, que será vista a seguir. Cada uma destas moléculas compactadas formam uma cromátide. As
cromátidessão unidas por uma região chamada centrômero. O centrômero divide as cromátides em braços, que
podem ter o mesmo tamanho ou não. A extremidade de cada cromátide é chamada de telômero.
Mas todos os cromossomos não têm a mesma forma e, por isso, são classi�cados em três tipos diferentes nas células
humanas:
Metacêntricos;
Submetacêntricos;
Acrocêntricos.
Veja na imagem abaixo.
A posição do centrômero na cromátide determina o tamanho dos braços e assim o tipo de cromossomo. No
cromossomo metacêntrico (M), o centrômero está no meio da cromátide e por isso os dois braços possuem o mesmo
tamanho. No cromossomo submetacêntrico, o centrômero está um pouco deslocado do centro e por isso um braço é
um pouco menor do que o outro. Já no acrocêntrico, o centrômero está muito deslocado do centro e por isso um dos
braços é muito menor do que o outro.
Os cromossomos também são divididos em dois grupos, mas de acordo com a função que eles exercem.
Existem dois que formam um par chamado de alossômicos ou sexuais, formado pelos cromossomos X e Y. Nesse
caso, as mulheres possuem dois iguais, sendo XX, e os homens possuem um de cada, sendo XY. Os outros
cromossomos, 22 pares, são chamados de autossômicos.
No entanto, é importante destacarmos que
não são todas as células humanas que
possuem 23 pares de cromossomos
Por causa disso, as células são divididas em dois grupos, de acordo com a quantidade de cromossomos que possuem:
células diploides
As células diploides (que indicamos como 2n) são as células que possuem os 23 pares, ou 46 cromossomos. Essas
são as células somáticas, ou seja, células que formam o nosso corpo.
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células haploides
Já as células haploides (n) são as células que possuem apenas um cromossomo de cada par, portanto 23
cromossomos. Esses são os gametas, espermatozoides no homem ou ovócitos na mulher.
Lembrando que esses números se referem às células humanas. Outros organismos possuem números diploides de
cromossomos diferentes.
Veja na tabela abaixo.
Nessa tabela, vemos o número diploide de cromossomos de diferentes organismos.
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IMPORTANTE SABER ISSO TUDO?
Porque muitas vezes alterações no número ou na forma dos cromossomos podem causar alguns problemas,
conhecidos como síndromes cromossômicas.
A presença de um cromossomo identi�cado como cromossomo 21 a mais, por exemplo, causa a síndrome conhecida
como Síndrome de Down. Outras síndromes são conhecidas e o diagnóstico delas é feito através da realização de um
cariótipo (glossário).
Abaixo podemos ver cariótipos de pessoas normais e de pessoas afetadas pela Síndrome de Down.
Fonte da Imagem:
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Essa foto é de um cariótipo humano normal. Podemos ver a presença de 23 pares de cromossomos. Os dois últimos
cromossomos são o par sexual e, como existe um cromossomo X e um cromossomo Y, trata-se do cariótipo de um
homem.
Fonte da Imagem:
Essa foto é de um cariótipo de uma pessoa portadora da Síndrome de Down. Podemos ver que existem três
cromossomos 21, caracterizando uma trissomia do cromossomo 21. Podemos ver também que se trata de uma
pessoa do sexo feminino, pois possui dois cromossomos X.
NÚCLEO E DIVISÃO CELULAR
O núcleo participa ativamente dos processos de divisão celular, uma vez que, nos dois processos existentes, os
cromossomos, veículos da informação genética, são divididos entre as células-�lhas formadas, garantindo que as
informações genéticas sejam passadas para as gerações celulares futuras.
As células precisam estar se dividindo constantemente, por diferentes razões. Células se dividem para repor células
mortas, para garantir o crescimento e desenvolvimento do organismo e para regeneração dos tecidos. Células também
se dividem com a �nalidade de formar os gametas, as células reprodutivas.
Existem dois tipos de divisão celular. Eles são marcados pelos eventos que envolvem os cromossomos, e são divididos
em fases.
A MITOSE
Ocorre em todos os tipos de células, com a �nalidade de repor as células mortas, permitir o crescimento do organismo
e aumentar a quantidade de células.
As nossas células somáticas, que formam o nosso corpo, e também as células que vão formar os gametas (no início
do processo de formação) fazem esse tipo de divisão celular, que se caracteriza pelo fato de que todas as células
formadas têm a mesma quantidade de cromossomos da célula inicial. Ou seja, células diploides originam células que
são diploides também.
A mitose possui quatro fases bem de�nidas: prófase, metáfase, anáfase e telófase. Veja na imagem abaixo o que
caracteriza cada uma das fases da mitose.
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Podemos ver aqui o que caracteriza cada fase da mitose. Na prófase, a carioteca se desfaz e os centríolos originam o
fuso acromático, formado por �lamentos que puxam os cromossomos na hora da divisão. Na metáfase, os
cromossomos formam uma �leira no centro da célula, e �cam com seus centrômeros ligados ao fuso acromático. Na
Anáfase, os �lamentos do fuso acromático puxam os cromossomos, os seus centrômeros se partem e as cromátides
são separadas. Na telófase, os cromossomos são envolvidos pelas carioteca, que se refazem, formam-se núcleos
diferentes e o citoplasma se divide, resultando em duas células.
MEIOSE
A meiose é um tipo de divisão que só ocorre com as células que vão formar os gametas. Nesse processo de divisão, as
células diploides dão origem a células que tem a metade do número de cromossomos, ou seja, células haploides, que
serão os espermatozoides ou os ovócitos.
A meiose é um processo mais complicado, que acontece em dois momentos:
Meiose I - é o momento em que a célula reduz a quantidade de cromossomos a metade e, por isso, é chamada de
reducional;
Meiose II - as células que já têm metade do número de cromossomos se divide novamente, dando origem a novas
células que também têm metade do número de cromossomos da célula inicial. Essa fase é chamada de equacional.
Nas duas etapas existem as fases de prófase, metáfase, anáfase e telófase, que recebem o número I ou II, de acordo
com a etapa.
Veja na imagem abaixo.
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Na imagem, podemos ver algumas fases da meiose. Na prófase I, ocorre um evento chamado crossing-over, em que
cromossomos do mesmo par, após parearem, trocam segmentos, misturando o material genético dos cromossomos e
aumentando a variabilidade genética. Na anáfase I, esses cromossomos homólogos se separam e cada célula-�lha
herda um cromossomo inteiro, com duas cromátides. Na meiose II, esses cromossomos seguem um processo
semelhante ao que ocorre na mitose, as cromátides se separam na anáfase II e cada célula formada, um gameta, �ca
com uma das cromátides e serão células haploides, os gametas.
Saiba mais
, Antes de continuar seus estudos, clique aqui (https://www.youtube.com/watch?v=F3mjDCCW_cU) e entenda melhor esses
processos de divisão celular.
AS MOLÉCULAS DE DNA E RNA E O FUNCIONAMENTO DO NÚCLEO
Como já falamos, a função do núcleo é controlar o metabolismo celular, e ele faz isso através de mecanismos que
envolvem as moléculas de DNA e RNA que estão no seu interior.
Esses mecanismos fazem parte do que chamamos de Dogma Central da Biologia Molecular.
O Dogma Central da Biologia Molecular está representado na imagem abaixo.
Na imagem, vemos os diferentes eventos que fazem parte do Dogma Central da Biologia Molecular. Ele mostra que as
moléculas de DNA, através do processo de Replicação, originam cópias delas mesmas. Quando a informação genética
queestá na molécula de DNA vai ser utilizada, tem-se os processos de Transcrição e Tradução. Na Transcrição, as
informações genéticas são transferidas para uma molécula de RNA que é sintetizada. Já na tradução, essa informação
https://www.youtube.com/watch?v=F3mjDCCW_cU
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é utilizada para determinar a sequência de aminoácidos de uma proteína. Essa proteína será o produto �nal de um
gene. Portanto, a concretização dessa informação genética, determinando características físicas e funcionais do
organismo.
A MOLÉCULA DE DNA
As moléculas de DNA (ácido desoxirribonucleico) são encontradas no núcleo das células, mas também dentro de
organelas, como as mitocôndrias e os cloroplastos. Elas contêm todas as informações genéticas que possuímos, pois
nelas encontramos os genes. Elas são formadas por duas cadeias de nucleotídeos ligadas entre si e dispostas em
espiral, como vimos na imagem anterior.
Os nucleotídeos do DNA são formados por três partes básicas:
Um carboidrato de cinco carbonos (pentose), chamado de desoxirribose;
Um radical fosfato;
Uma base nitrogenada (glossário).
Veja a estrutura de um deles abaixo.
Estrutura de um nucleotídeo.
Na molécula de DNA, esses nucleotídeos são ligados entre si formando uma cadeia polinucleotídica. A ligação que une
os nucleotídeos é chamada de ligação fosfodiéster.
Na formação �nal da molécula, formada pelas duas cadeias dispostas em hélice, as bases nitrogenadas dos
nucleotídeos se ligam entre si, través de ligações de hidrogênio.
Essa ligação não ocorre ao acaso, uma vez que sempre a base adenina se liga à base timina, com duas ligações de
hidrogênio, e a base guanina se liga à base citosina através de três ligações de hidrogênio.
Por essa razão, dizemos que as duas
cadeias do DNA são complementares e a
quantidade de timina e adenina são sempre
as mesmas, assim como as quantidades de
guanina e citosina.
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Se um determinado gene tem 35% de adenina, ele terá também 35% de timina e, consequentemente, 15% de citosina e
15% de guanina, totalizando 100% de bases nitrogenadas.
Na imagem, vemos a estrutura da molécula de DNA, com duas cadeias polinucleotídicas complementares. Podemos
observar as bases nitrogenadas voltadas para o interior e fazendo ligações de hidrogênio, enquanto que o esqueleto
formado pela desoxirribose e o fosfato �cam voltados para fora.
A MOLÉCULA DE RNA
O RNA (ácido ribonucleico) também é formado por nucleotídeos. No entanto, por uma única cadeia.
Os nucleotídeos do RNA possuem a pentose ribose e as bases nitrogenadas presentes não são exatamente as
mesmas. Ela apresenta adenina, a citosina e guanina da mesma forma que o DNA. No entanto, a base uracila entra no
lugar da timina, que é exclusiva do DNA.
Veja a imagem abaixo:
Podemos ver aqui a estrutura da molécula de RNA, sendo formada por 
uma única cadeia polinucleotídica e possuindo a base nitrogenada uracila.
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Existem três tipos principais de RNA, que são:
Mensageiro Ribossomal Transportador
O RNA mensageiro contém a
informação genética, que foi
transferida do DNA a partir da
transcrição.
O RNA ribossomal forma os
ribossomos, a estrutura
responsável por ler a informação
do RNA mensageiro e traduzi-la em
uma proteína.
Já o RNA transportador é responsável
por transportar os aminoácidos que
serão utilizados na produção da
proteína, trazendo-os para o local
onde a síntese da proteína está
ocorrendo (nos ribossomos).
Atenção
, Os três estão envolvidos na expressão dos genes presentes no DNA, ou seja, na utilização da informação genética que o DNA
possui.
Veja as principais diferenças entre o DNA e o RNA na tabela abaixo:
REPLICAÇÃO DO DNA
A replicação do DNA é parte do Dogma Central da Biologia Molecular. Através desse mecanismo, é feita uma cópia das
moléculas de DNA que a célula possui. No entanto, essas cópias �cam ligadas à molécula original através da estrutura
que será o centrômero do cromossomo.
A célula replica o DNA toda vez que ela vai se dividir, para que no processo de divisão cada cópia migre para os
extremos da célula que serão os núcleos das novas células. Assim, todas as células do organismo possuem a mesma
informação genética.
Nesse momento, as duas �tas do DNA se separam através de uma enzima chamada helicase, e cada uma das �tas
serve de molde para que a enzima DNA polimerase produza uma nova �ta.
Ao �nal do processo, a molécula de DNA formada terá sempre uma cadeia de nucleotídeos da molécula original e uma
cadeia de nucleotídeo nova. Por isso, dizemos que a replicação é semiconservativa.
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Podemos observar na imagem a replicação do DNA. As duas �tas foram 
separadas e cada uma serve de molde para a produção de uma nova.
TRANSCRIÇÃO
No processo de transcrição, é produzida uma molécula de RNA. Uma enzima chamada DNA polimerase lê uma das
�tas do DNA e produz essa nova molécula, complementar a ela.
Assim, a informação genética é passada para essa molécula de RNA, que poderá sair do núcleo para conduzir a
produção de uma proteína no citoplasma.
TRADUÇÃO
No processo �nal, a molécula de RNA mensageiro se liga ao ribossomo e esta faz a leitura da informação genética que
ela possui.
Essa informação está expressa em códons, que é formado pela combinação de três bases nitrogenadas.
Cada códon é interpretado pelo ribossomo como um aminoácido que a proteína vai possuir. Por exemplo, se o primeiro
códon do RNA é AUG, o aminoácido metionina será o primeiro aminoácido da proteína e assim por diante.
Existe uma tabela, chamada de Tabela do Código Genético, em que podemos ver todos os possíveis códons e os
aminoácidos que eles signi�cam.
Veja a tabela a seguir.
Essa é a tabela do código genético, em que os 64 códons estão presentes e são indicados os aminoácidos que esses
códons representam. Podemos ainda ver que os códons UAA, UAG e UGA não são códons de �nalização e por isso não
possuem um aminoácido correspondente.
Depois que todos os códons são lidos e os aminoácidos ligados, o ribossomo faz a leitura do códon �nal, que
determina o �m da produção daquela proteína. Sendo assim, em um gene que possui 1000 códons, como o último
códon é sempre o sinal para parar a produção da proteína, esta proteína terá 999 aminoácidos.
Veja a imagem que representa a tradução.
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Podemos ver aqui o processo de tradução, com a participação dos três tipos de RNA. O ribossomo faz a leitura do RNA
mensageiro e faz a ligação entre os aminoácidos, que são trazidos pelo RNA transportador.
ATIVIDADES
1 - A membrana que delimita o núcleo celular é denominada:
Carioteca
Cromossomo
Cromatina
Nucleoplasma
Nucléolo
Justi�cativa
2 - O núcleo participa ativamente da divisão celular. Na mitose observamos que:
Uma célula dá origem a duas células com a mesma quantidade de cromossomos e duas células com metade da quantidade de
cromossomos.
Uma célula dá origem a duas com a mesma quantidade de cromossomos.
Uma célula dá origem a duas células com quantidade de cromossomos diferentes.
Uma célula dá origem a quatro células com metade da quantidade de cromossomos.
Uma célula dá origem a quatro células com a mesma quantidade de cromossomos.
Justi�cativa
3 - Os ácidos nucleicos são moléculas muito importantes para o funcionamento celular. O DNA, que contém a
informação genética para todo o controle celular, e o RNA, envolvido na expressãogênica através da síntese de
proteínas, têm algumas diferenças estruturais, como, por exemplo:
A presença de duas �tas dispostas em hélice no RNA.
A presença das bases timina, uracila, guanina e citosina no DNA.
A presença do carboidrato ribose no DNA.
A presença de duas �tas dispostas em hélice no DNA.
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A presença das bases timina, adenina, guanina e citosina no RNA.
Justi�cativa
Glossário
HETEROCROMATINA CONSTITUTIVA
A heterocromatina constitutiva é a heterocromatina padrão, característica, como descremos anteriormente. E ela permanece
sempre assim.
HETEROCROMATINA FACULTATIVA
Já a heterocromatina facultativa é aquela que em um determinado momento da vida da célula pode se tornar eucromatina. Um
exemplo clássico é o cromossomo X na mulher.
CARIÓTIPO
O cariótipo é um tipo de exame que se faz para avaliar os cromossomos, quanto ao número de forma
BASE NITROGENADA
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A base nitrogenada é a parte variável do nucleotídeo, podendo existir 4:
Timina;
Adenina;
Guanina; e
Citosina.