Núcleo e material genético

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Stephani Fernandes - @ste.fernandes 
 
 
 
♥ Dentro da célula tudo é 
extremamente dinâmico, vão se transformando 
a todo tempo, as moléculas interagem, e isso 
depende de uma série de condições ideais 
para a célula. 
♥ Toda célula eucarionte possui seu 
material genético dentro de um núcleo, 
delimitado por uma dupla bicamada lipídica. 
♥ O interior do núcleo possui uma 
característica mais eletronegativa, mais ácida, 
por conta disso atrai proteínas com caráter 
básico. 
♥ O núcleo pode ser visualizado com 
microscopia, quando corado com hematoxilina 
fica azul/roxo. 
 
 
 
 
 
 
♥ Durante o processo evolutivo, os 
elementos primordiais (CHONPS) começaram a 
se juntar em busca de estabilidade química e 
formaram as macromoléculas, que formaram 
os primeiros seres chamados procariotos, que 
não tinha núcleo. 
♥ Posteriormente, durante o processo 
evolutivo, a membrana desse procarioto 
começou a se invaginar em volta do material 
genético, que era livre no citoplasma 
primordial, e o englobou. Por isso o núcleo 
possui duas bicamadas lipídicas com a mesma 
composição da membrana plasmática. 
 
 
 
 
 
 
 Núcleo – c lulas eucariontes Núcleo – c lulas eucariontes: Origem 
 
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♥ Formado por uma dupla bicamada 
lipídica: membrana nuclear interna (em contato 
com o interior do núcleo) e membrana nuclear 
externa (em contato com o citoplasma). 
Envelope nuclear = membrana interna + 
membrana externa 
♥ Entre as duas bicamadas possui um 
espaço, chamado espaço perinuclear, para o 
qual ainda não se descobriu função. 
 ♥ O núcleo possui um sistema de poros, 
que é altamente seletivo com relação ao que 
entra ou sai, já que guarda o DNA. Esses poros 
são formados por proteínas transmembranares. 
♥ Dentro do núcleo tem filamentos 
intermediários que ajudam a manter uma 
estrutura redondinha. É formado por proteínas 
chamadas lâminas, o conjunto de lâminas é 
denominado lâmina nuclear. 
♥ No núcleo também está o DNA 
disperso, com uma parte menos eletrodensa, 
descondensada (cromatina mais frouxa, mais 
clara) – eucromatina -, e uma parte 
condensada – heterocromatina (mais escura). 
 
♥ Essa parte central, que forma uma 
região mais esférica é chamada de nucléolo, 
ele fica assim porque é uma região do DNA 
onde há uma ampla transcrição de RNAs 
ribossomais. 
 
 
 Estrutura do Núcleo 
 
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 ♥ O núcleo é circundado por um 
envelope nuclear formado por duas 
membranas concêntricas (dupla bicamada 
lipídica). O envelope nuclear é perfurado em 
intervalos por poros nucleares. 
 
 
 ♥ O poro nuclear é formado por um 
complexo de proteínas da mesma família, 
chamadas nucleoporinas. 
♥ Os grandes e elaborados complexos 
do poro nuclear (NPCs, de nuclear pore 
complexes) perfuram o envelope nuclear em 
todas as células eucarióticas. Cada NPC é 
composto de um conjunto de cerca de 30/40 
diferentes proteínas, ou nucleoporinas. 
♥ As NPCs possuem sua maior parte 
compactada, com dobramentos, como ocorre 
numa proteína comum, com sua estrutura 
ativa, porém, tem uma parte dela, que fica 
voltada para o citoplasma e outra que fica 
voltada para o núcleo que é desorganizada, 
permanecendo em estrutura primária, 
chamadas fibrilas citoplasmáticas e fibrilas 
nucleares. 
♥ A junção das fibrilas nucleares forma o 
que chamamos de cesta nuclear, porque 
parece uma cesta. 
♥ As fibrilas têm uma função muito 
importante, é a partir delas que as moléculas 
que entram no núcleo vão interagir. 
 
 
 
 
 
 
 Estrutura do Núcleo – envelope nuclear 
Poro Nuclear 
Cesta nuclear 
 Estrutura do Núcleo – poro nuclear 
 
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Lâmina nuclear: Rede fibrosa de proteínas, 
composta por filamentos intermediários 
formados a partir das laminas nucleares, que 
ajuda a dar sustentação ao núcleo e ancorar o 
DNA 
 
 
 
 
 
 
A progéria é uma síndrome rara de 
envelhecimento acelerado com manifestação 
precoce na infância, levando a morte 
prematura (em média 12 anos, comumente por 
doença arterial coronariana e cerebrovascular). 
A progéria é causada por uma mutação 
esporádica do gene LMNA que codifica uma 
proteína (lâmina A) que prepara o 
sequenciamento molecular do núcleo da 
célula. Proteínas anômalas levam a 
instabilidade nuclear da divisão celular e morte 
precoce das células do corpo. 
Os sinais e sintomas da progéria se 
desenvolvem aos 2 anos e incluem: 
• déficit de crescimento (p. ex., baixa estatura, 
erupção dentária retardada), 
• anormalidades craniofaciais (p. ex., 
desproporção craniofacial, micrognatia, nariz 
adunco, macrocefalia, fontanelas grandes) 
• mudanças físicas do envelhecimento (p. ex., 
pele seca, calvície, diminuição da amplitude de 
movimento articular, pele grossa que se 
assemelha a esclerodermia) 
É importante observar que outros 
problemas associados ao envelhecimento 
 Estrutura do Núcleo – lâmina e 
nucleoplasma 
Lamina nuclear 
 Progéria 
 
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normal não estão presentes (p. ex., maior risco 
de câncer, artrite degenerativa). 
Não há nenhum tratamento conhecido 
para a progéria. 
 
 
 
 
 
♥ Nem tudo pode passar de maneira 
passiva pelo núcleo, somente moléculas muito 
pequenas, o que não é o caso das proteínas. 
♥ Lembrando que o processo de 
tradução da proteína acontece no citoplasma, 
se tem proteína no núcleo é porque ela entrou 
de alguma forma. 
♥ As proteínas conseguem entrar no 
núcleo por possuírem uma sequência sinal de 
aminoácidos chamada sequência de 
importação nuclear. E para sai possuem uma 
sequência de exportação nuclear. 
 
 
♥ As proteínas entram no núcleo para 
realizarem alguma função específica, após 
realizar esta função, ela fica inativa ou sai do 
núcleo. 
 
 
 
 
 
♥ As importinas são receptores de 
transporte nuclear que reconhecem a 
sequência sinal de importação e conduzem a 
proteína para os poros no núcleo. 
♥ Nos poros nucleares as importinas 
interagem com as fibrilas citosólicas das 
nucleoporinas e levam a proteína para dentro 
do núcleo. Estando lá dentro, ela se solta da 
proteína e volta para o citoplasma, onde estará 
livre para interagir com outra proteína. 
Transporte através da membrana 
nuclear: sequência sinal 
Transporte através da membrana 
nuclear: Importinas 
 
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 ♥ Para que a proteína saia do núcleo, 
além da proteína carreadora exportina (que 
reconhece a sequência sinal de exportação), é 
necessário o gasto de energia. 
♥ A exportação da proteína para fora do 
núcleo depende de um gasto energético, 
quem fornece essa energia é uma Ran-GTP, 
uma molécula que fornece energia. 
 
 
 
 
 
♥ O DNA está dentro do núcleo, parte 
dele está condensada – heterocromatina – e 
outra parte está descondensada – eucromatina.A heterocromatina está condensada pois não 
tem muitos genes nessa região. 
♥ “O nucléolo é uma fábrica produtora 
de ribossomos”. 
Transporte através da membrana 
nuclear: Exportinas 
Componentes do Núcleo – DNA 
 
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No nucléolo é feita a leitura dos genes de RNA 
ribossomais, pois são montados nessa região. 
O nucléolo 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. 
Resumindo, sem DNA não há vida, as células 
não conseguiriam desempenhar suas funções. 
 
 
 
 
 
 
♥ 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 nucléico. 
 
DNA: Descoberta da estrutura 
 
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♥ Um médico britânico chamado de 
Fred Griffith fez uma descoberta fantástica no 
final da década de 1920. 
Ele descobriu que esse material genético 
influenciava na capacidade de virulência de 
alguns patógenos, que algumas informações e 
funções estavam relacionadas a esse material 
genético. 
 
♥ 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. 
 
♥ Anos depois, apenas na década de 50, 
Watson e Crick descobriram a estrutura em 
dupla hélice com uma maquete. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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♥ O DNA é uma repetição de 
nucleotídeos, repetidos milhões de vezes. 
♥ Um nucleotídeo é formado por 3 
moléculas: grupo monofosfato, desoxirribose 
(açúcar – pentose) e base nitrogenada 
(Citosina, Timina, Guanina, Adenina). 
 
 
Qual a estrutura básica do DNA? Nucleotídeo 
Qual a estrutura do nucleotídeo? Monofosfato, 
açúcar e base nitrogenada 
 
 
♥ Na parte externa ficam o açúcar e o 
grupo fosfato e na parte interna as bases 
nitrogenadas, se ligando umas às outras. 
♥ Guanina e Citosina se ligam pois 
possuem afinidade entre si, quimicamente 
falando, e ambas podem formar três ligações 
de hidrogênio para ficar estáveis. 
♥ Da mesma maneira Adenina e Timina, 
além da afinidade química, ambas podem 
formar duas ligações de hidrogênio. 
Estrutura do DNA: Nucleotídeos 
 
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♥ Pode ocorrer de uma base reagir com 
outra de forma incomum, a célula possui 
mecanismo de reparo para isso, pois uma 
molécula que pode fazer três ligações fazendo 
duas fica instável. Ou seja, a estabilidade 
depende dessas ligações. 
 
 
Interações para estabilização 
1) Os nucleotídeos se ligam através de uma 
ligação que acontece entre o açúcar de 
um e o fosfato do outro, chamada 
ligação fosfodiéster. 
 
2) Entre o açúcar e a base nitrogenada 
acontece (no mesmo nucleotídeo) uma 
ligação chamada ligação N-glicosídica, 
entre um carbono do açúcar e um 
nitrogênio da base nitrogenada. 
 
3) O terceiro tipo de ligação que estabiliza 
essas moléculas é entre as bases 
nitrogenadas, as ligações de hidrogênio. 
 
 
 
 
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Essas três ligações permitem a formação 
da estrutura do DNA em dupla hélice. 
 
Fendas 
♥ O ângulo de rotação da estrutura dupla 
hélice permite a formação de duas fendas, uma 
maior e uma menor. 
♥ O ângulo no qual os dois açucares se 
projetam dos pares de bases é cerca de 120º 
(O ângulo entre as ligações glicosídicas) ou de 
240º (O ângulo mais aberto). 
 
 
Compactação 
♥ Para que o DNA seja organizado, na 
replicação celular, ele precisa de um nível de 
compactação. 
♥ O DNA é compactado por proteínas 
chamadas Histonas. Elas se ligam 
quimicamente ao DNA formando ligações de 
hidrogênio, principalmente entre o açúcar e o 
grupo fosfato. Além das ligações de hidrogênio 
 
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podem ocorrer outros tipos de interações, 
como ligações iônicas, interações hidrofóbicas 
etc. 
♥ Em cada nucleossomo, 142 ligações 
de hidrogênio são formadas entre o DNA e o 
cerne de histonas. 
 
♥ Quase metade dessas ligações forma-
se entre os aminoácidos da estrutura das 
histonas e a cadeia principal açúcar-fosfato do 
DNA. 
 
Histonas 
 
♥ As histonas são proteínas bem 
pequenas, que passam facilmente pelos poros 
nucleares, compostas por aminoácidos básicos, 
principalmente Lisina e Arginina (todas 
possuem esses aminoácidos, umas em maior e 
outras em menor quantidade). 
♥ As histonas interagem com o DNA 
principalmente por causa de sua característica 
básica (pois o DNA é ácido, os opostos se 
atraem). 
 
 
♥ As histonas têm regiões de sua 
estrutura tridimensional e sequência de 
aminoácidos em comum, como pode ser visto 
na imagem acima. 
Além disso, todas possuem uma cauda N-
terminal que não se enovela, ou seja, uma 
parte que sempre fica em estrutura primaria, e 
isso é extremamente importante para a função 
que desempenham. 
 
Heterodimerização das histonas 
♥ No DNA as histonas (H2A, H2B, H3 e 
H4) sempre aparecem em dupla, formando um 
octâmero de histonas que enovelam um trecho 
do DNA, ou seja, quando se juntam 
conseguem ter uma atração por uma parte do 
 
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DNA que faz uma volta em torno delas, 
formando o cerne de histonas. 
 
 
 
♥ O octâmero de histonas envolto por 
um trecho do DNA é o que chamamos de 
nucleossomo. 
♥ O nucleossomo é composto por um 
cerne octamérico de proteínas histonas ao 
redor das quais se enrola a dupla-hélice de 
DNA. 
♥ As caudas N-terminal que não se 
compactam ficam para fora do nucleossomo, 
elas vão sofrer uma alteração química que vai 
mudar a compactação do DNA. 
A histona H1 não faz parte do octâmero, 
sua função é estabilizar a interação entre o 
octâmero e o DNA que está em volta dele. 
 
 
 
 
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♥ Caso ocorra uma falha nas histonas,essa região ficará menos compactada, 
ocasionando um aumento na leitura de alguns 
genes daquela região 
♥ O octâmero geralmente está 
interagindo com o DNA na região da fenda 
menor. 
 
 
♥ Caso haja a necessidade de leitura dos 
genes que estão numa região condensada, é 
necessário que as histonas se dissociem do 
DNA ou que ocorra um afrouxamento, e isso 
tem que acontecer de maneira natural. 
 
 
Mecanismos de afrouxamento entre 
histonas e DNA 
 
1) Complexo de remodelagem da 
cromatina dependente de ATP 
Mediado por um complexo proteico que 
afrouxa a interação do DNA com as histonas. 
 
 
 
2) Modificação das histonas 
 
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Ocorre a alteração dessas ligações através da 
modificação das próprias histonas. 
 
 
♥ Esta alteração é chamada de 
modificação epigenética. São alterações 
químicas que acontecem no DNA ou nas 
histonas, sem alterar a sua sequência de bases. 
♥ Essas alterações químicas acontecem 
na cauda N-terminal das histonas, mudando a 
conformação do octâmero, afrouxando ou 
compactando, através de 3 processos: 
• Metilação – geralmente deixam o 
nucleossomo mais compactado. 
• Fosforilação 
• Acetilação – fornece uma carga mais 
negativa, afrouxando o nucleossomo.