Aula 01 - Núcleo e organização genômica

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Núcleo e Organização Genômica 
Núcleo 
● Somente células eucariontes possuem núcleo 
● Principal função: delimitar o espaço do material genético dentro da célula 
● Origem: se deu através do processo de invaginação da membrana plasmática ao redor do DNA 
 
⤷Obs.: hemácias não tem núcleo pois, um dia, durante a diferenciação celular seu progenitor perdeu o material genético. 
Ademais, as células desprovidas de material genético não conseguem se multiplicar. Além disso, as células podem ter mais de 
um núcleo (ex. hepatócito) 
 
Estrutura do núcleo 
Revestido por uma dupla bicamada de fosfolipídeos concêntricas, que possui 
perfurações chamadas de poros nucleares (NPCs, de nuclear pore complex) em 
intervalos. Tais poros nucleares são formados por complexo de, cerca de, 30 
proteínas ou nucleoporinas que, atuam permitindo a entrada e saída de substâncias 
do núcleo 
● Bicamada externa - membrana nuclear externa 
● Bicamada interna - membrana nuclear interna 
○ Duas juntas ⟶ envelope nuclear (carioteca) 
○ Há espaço entre as bicamadas, mas não há função ⟶ resultado do 
processo de invaginação da membrana. 
 
⤷ Nucleoporinas 
Muitas das proteínas que revestem o poro nuclear contêm regiões extensivas sem 
estrutura, as quais se acredita que formem uma trança desordenada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
⤷ Lâmina e nucleoplasma 
O DNA fica ancorado na membrana interna do núcleo. Os filamentos intermediários se juntam formando a lâmina nuclear 
ajudando na ancoragem do DNA na bicamada interna do núcleo. 
⟳ Definição de lâmina nuclear - rede fibrosa de proteínas, composta por filamentos intermediários a partir das lâminas 
nucleares. 
Transporte através da membrana nuclear 
O transporte através da membrana se dá por meio de uma sequência sinal, que é uma sequência específica de aminoácidos que 
indica o que deve entrar ou sair do núcleo. Sendo que esta seleção é feita pelas nucleoporinas que, funcionam como uma porta 
seletiva. Existem sequências específicas para importar e exportar do núcleo, importar e exportar para a mitocôndria e etc. 
Quando a sequência sinal se une, interagindo com proteínas chamadas de importina, que são proteínas responsáveis pela 
importação de moléculas para o interior do núcleo depois de passarem pela análise e reconhecimento por parte da nucleoporina 
(só são importadas moléculas que tem a sequência específica e estão ligadas a importinas), ocorre a internalização da molécula. 
O processo de externalização ocorre da mesma maneira. No entanto, as proteínas que exportam moléculas para fora do núcleo, 
são chamadas de exportina e também precisam que a nucleoporina reconheça o conjunto (exportina + molécula) para 
externalizar a molécula. 
⤷ Vale lembrar ainda, que a importina e exportina tem acesso livre pelos poros 
⤷ Importinas e exportinas estão fora no citoplasma e, também, dentro do núcleo. 
⤷ A membrana nuclear e altamente seletivo. 
 
 
 
 
 
Componentes do núcleo 
DNA 
● Heterocromatina - quando o DNA apresenta-se de maneira totalmente condensada, o que impede a leitura. 
● Eucromatina - quando o DNA apresenta-se de maneira descondensada sendo possível a leitura. 
 
Cromossomos/ núcleo 
‘’ O núcleo é uma fábrica produtora de ribossomos’’ 
⤷O núcleo é uma região onde partes de diferentes cromossomos portando genes para o RNA ribossomal se agrupam. Nesta 
região, os RNAs ribossomais são sintetizados e combinados com proteínas para formar os ribossomos, a maquinaria de síntese 
proteica das células. 
 
⟳ A vida depende da capacidade das células em armazenar, recuperar e traduzir as instruções genéticas necessárias para 
produzir e manter o organismo vivo. 
 
 
 
Exportina Importina 
 
DNA 
Definição: contém a informação hereditária das 
células. Além disso, possui proteínas que atuam 
principalmente na compactação e controle das 
moléculas de DNA. 
 
A descoberta da estrutura 
⤷Em 1869, o bioquímico suíço Friedrich 
Miescher (1844-1895) isolou, de núcleos de 
células, um ácido que continha fósforo e 
nitrogênio, que denominou nucleína. 
 
⤷Richard Altmann (1852-1900), que era aluno de Miescher, obteve a nucleína com alto grau de pureza, comprovando sua natureza 
ácida e dando-lhe, então, o nome de ácido nucleico. 
 
⤷O médico britânico chamado de Fred Griffith fez uma descoberta fantástica no final da década de 1920: viu que haviam cepas 
patogênicas e outras não e inoculou em camundongos. As cepas que tinha capacidade patogênica quando inoculadas nos 
camundongos, eles morriam e as outras cepas era indiferente. Ele esquentou as cepas patogênicas em alta temperatura para 
fazer morte celular e, depois, misturou com as que não tinham capacidade patogênica e percebeu que mesmo assim os ratos 
continuavam morrendo. Com isso, ele percebeu que havia algo microscópico que transformava a característica das outras células 
mesmo que a célula progenitora estavam mortas. Posteriormente, descobriu-se que era o DNA. 
 
Descoberta da estrutura ‘’ Fazendo bolhas’’ 
Oswald Avery, MacLeod e McCarty demonstraram que o DNA é o material genético. Esses pesquisadores prepararam um extrato 
da cepa S causadora de doença e mostraram que o ‘’ princípio transformante’’ que iria mudar permanentemente a cepa de 
pneumococo R inofensiva na cepa S patogênica era o DNA. Essa foi a primeira evidência de que o DNA poderia servir como 
material genético. 
 
Descoberta da estrutura ‘’ Coquetel de vírus’’ 
Alfred Hershey e Martha Chase (1952) 
 
Descoberta da estrutura por James Watson e Francis Crick 
⤷ Ocorreu em 1953. 
A estrutura revelou imediatamente como o DNA pode ser copiado ou replicado e forneceu os primeiros indícios a respeito de 
como a molécula de DNA pode codificar as instruções para a produção de proteínas. 
 
 Estrutura do DNA 
⤷O DNA consiste de uma repetição de nucleotídeos, ou seja, consiste em duas longas cadeias polinucleotídicas. Cada uma dessas 
cadeias ou fitas de DNA é composta de quatro tipos de subunidades de nucleotídeos, e as duas cadeias são unidas por pontes de 
hidrogênio entre as bases dos nucleotídeos. 
 
Nucleotídeos 
Fosfato + pentose + base nitrogenada 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
⤷ A base nitrogenada pode ser: composta por bases PURICAS (Adenina e Guanina) e/ou PIRIMÍDICAS (Citosina, Timina e Uracila 
no RNA) 
 
⤷ Vale lembrar ainda, que a 1) ligação entre guanina e citosina apresenta três ligações de hidrogênio e entre timina e adenina, 
são formadas duas ligações de hidrogênio. A 2) ligação entre a base nitrogenada e a pentose (açúcar) ocorre por meio de ligações 
N-glicídicas. 3) Já a ligação fosfodiéster ocorre entre o fosfato e a pentose (açúcar). 
 
⤷ As interações químicas entre os aminoácidos faz com ocorra o formato helicoidal da cadeia (quando a ligação é tripla a força 
de tração da cadeia é maior naquele ponto). Observa-se também que os dois esqueletos açúcar-fosfato antiparalelos torcem ao 
redor um do outro para formar uma dupla-hélice contendo 10 bases por volta. Essa torção também contribui para a conformação 
mais favorável energeticamente da dupla-hélice de DNA. 
 
⤷ Observa-se ainda que a complementariedade entre as fitas de DNA é de crucial importância para a cópia e o reparo do DNA. 
 
SENTIDO DA VIDA: 5’ ⟶ 3’ (carbonos que tem no açúcar) 
⤷Só é possível adicionar aminoácido na posição 3’ do grupo pentose, o 5’ está sempre livre. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dupla Hélice Fendas 
O ângulo no qual os dois açúcares se projetam dos pares de bases é cerca de 120º (O ângulo entre as ligações glicosídicas) ou de 
240º (O ângulo mais aberto). 
 
Compactação do DNA 
O DNA tem necessidade de ser compactado, devido à grande quantidade de bases nitrogenadas. As histonas são as responsáveis 
pela compactação do DNA, devido suas características básicas (possuem diversos aminoácidos ácidos em sua cadeia) para 
reagirem com os ácidos nucleicos. 
Acredita-se que em cada nucleossomo, 142 ligações de hidrogênio são formadas entreo DNA e o cerne de histonas. Além disso, 
quase metade dessas ligações forma-se entre os aminoácidos da estrutura das histonas e a cadeia principal açúcar-fosfato do 
DNA. 
Esse empacotamento/compactação deve ocorrer de maneira organizada de modo que os cromossomos possam ser replicados 
e divididos corretamente entre as duas células-filhas em cada divisão celular. A estrutura deve ainda permitir o acesso, ao DNA 
cromossomal, de enzimas de reparo, para que possam realizar sua função quando o mesmo se encontra danificado, e de 
proteínas especializadas que controlam a expressão de seus muitos genes. 
 
⤷Histonas 
São divididas em 4 classes, sendo elas: H1, H2A, H2B, H3 e H4. 
O tamanho das histonas varia um pouco de espécie para 
espécie. Os valores se referem a histonas de bovino. 
Mais de um quinto dos aminoácidos em cada cerne de 
histonas são lisina ou arginina (dois aminoácidos com cadeias 
laterais básicas) 
 
Heterodimerização das Histonas 
⤷Tal processo tem como função a produção do octâmero 
Quando a histona precisa se compactar para compactar 
regiões do DNA, evitando que este seja lido, elas se juntam em 
octâmeros de histona (PROCESSO NO SLIDE DA AULA). O 
DNA se enrola ao redor do octâmero de histona, entretanto, 
a histona H1 não participa do octâmero, mas atua como 
presilha para evitar que o DNA se desprenda do octâmero 
(aumenta a união). 
 
Explicando... 
Uma partícula do cerne do nucleossomo consiste em um complexo de oito proteínas histonas – duas moléculas de cada histona 
H2A, H2B, H3 e H4 – e uma fita dupla de DNA com cerca de 147 pares de nucleotídeos que circundam esse octâmero de histonas. 
A formação dos nucleossomos converte uma molécula de DNA em uma fita de cromatina de aproximadamente um terço de sua 
extensão inicial e confere o primeiro nível de compactação do DNA. 
Todas as quatro histonas que formam o cerne do nucleossomo são proteínas relativamente pequenas com uma alta proporção 
de aminoácidos positivamente carregados (lisina e arginina). As cargas positivas auxiliam as histonas a ligarem-se fortemente ao 
esqueleto de fosfato e açucares negativamente carregados do DNA. Essas numerosas interações explicam em parte por que o 
DNA de praticamente qualquer sequência pode ligar-se ao cerne de histonas. Cada cerne de histonas possui uma longa ‘’ cauda’’ 
N-terminal, a qual se estende para fora da partícula do cerne do nucleossomo. Essas caudas de histonas estão sujeitas a vários 
tipos de modificações covalentes que controlam muitos aspectos da estrutura da cromatina. 
 
⤷ Empacotamento dos cromossomos em múltiplos níveis 
O empacotamento dos nucleossomos em fibras de 30nm depende de uma quinta histona denominada histona H1, a qual mantém 
os nucleossomos unidos em um arranjo repetido regular. Essa histona ‘’ ligadora’’ altera a direção do DNA quando sai do cerne 
do nucleossomo, permitindo que se forme uma estrutura mais compacta. 
 
Nucleossomo 
⤷Octâmero de histonas com uma dezena de DNA dupla-hélice enrolado em volta. 
 
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 grandes quantidades, 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 compactação à cromatina, o nucleossomo, o qual foi descoberto 
em 1974. 
Após um tratamento que descompacte parcialmente, a cromatina pode ser vista no microscópio eletrônico como um colar de 
contas, onde o cordão é o DNA, e as pérolas são as partículas do cerne do nucleossomo que consiste no DNA enrolado em um 
núcleo de proteínas formado pelas histonas. 
N-terminal da histona interage recebendo grupos químicos (metilação, fosforilação e acetilação), aumentando ou diminuindo a 
atração pelo DNA e, consequentemente, interferindo na condensação da cadeia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Modificação das histonas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estrutura do gene 
Um segmento de uma molécula de DNA que contém a informação necessária para a síntese de um produto biologicamente 
funcional, seja proteína ou RNA, é denominado gene. 
Todo gene precisa ter: 
1. Sequência regulatória ⟶ sequências de bases nitrogenadas que podem ativar/inativar a leitura de um gene 
2. Região promotora ⟶ onde se ligam às enzimas necessárias para fazerem a leitura 
3. Sequência codificadora 
4. Término ⟶ códon de parada 
 
 
 
 
 
 
 
Sequências no cromossomo e processo evolutivo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estrutura geral do cromossomo