CITOLOGIA - Núcleo Celular

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CITOLOGIA - Núcleo Celular

 Esta postagem visa orientar os estudos de citologia animal

O núcleo é um compartimento essencial da célula eucarionte, pois é onde se localiza o material genético, responsável pelas características que o organismo possui.

Ele é delimitado pela carioteca ou envoltório nuclear, que é composto de uma membrana nuclear externa, que é contínua com a membrana do retículo endoplasmático, e uma membrana interna, que é contínua com o lúmen do RE.

O envoltório nuclear é cheio de poros que comunicam o interior do núcleo com o citossol, e são estruturas complexas conhecidas como complexo de poro nuclear. O complexo de poro nuclear possui uma parede cilíndrica constituída por proteínas que formam um canal central com arranjo octogonal, que regula a troca de metabólitos, macromoléculas e subunidades ribossômicas entre o núcleo e o citosol.

Associada a superfície interna da carioteca encontra-se a lâmina nuclear, que constitui uma rede fibrosa de subunidades protéicas interconectadas, sendo responsável por dar forma e estabilidade ao envoltório nuclear, e liga este envoltório as fibras cromatínicas. A lâmina nuclear se despolimeriza durante a mitose, mas associam-se novamente ao seu final.

O nucleoplasma é constituído por uma solução aquosa de proteínas, RNAs, nucleosídeos, nucleotídeos e íons, onde se encontram os nucléolos e a cromatina. A maioria das proteínas da matriz nuclear são enzimas envolvidas com a transcrição e com a duplicação do DNA. O nucléolo é geralmente esférico, pode ser único ou múltiplo, é onde há transcrição de RNA ribossômico e a montagem das subunidades ribossomais.

O núcleo contém a maior parte do DNA, pois pequenas porções de DNA são encontradas nas mitocôndrias e cloroplastos. Ainda encontramos no interior do núcleo RNAs, proteínas histonas e o nucléolo, região onde é produzido o RNAribossômico.

Quando a célula está em mitose o material genético encontra-se como cromossomo (DNA + histonas, super compactado), já quando a célula está em interfase o material genético encontra-se como cromatina (DNA + histonas, descompactado).

A maioria da cromatina encontra-se como eucromatina (cromatina frouxa) que é a região ativa do DNA, onde está ocorrendo a transcrição do RNA. Uma pequena porção da cromatina é denominada de heterocromatina (cromatina condensada), a qual não está ativa e, portanto não está transcrevendo RNA.

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Ácido Desoxirribonucléico = DNA   e   Ácido Ribonucléico = RNA.

São as maiores moléculas do mundo vivo, controlam os processos vitais nos seres vivos.

São constituídos por unidades menores, os nucleotídeos. Cada nucleotídeo é constituído por um ácido fosfórico (ou grupamento fosfato), uma pentose (ribose para o RNA e desoxirribose para o DNA) e uma base nitrogenada (C=citosina, G=guanina, A=adenina e T=timina; no RNA temos U=uracila em vez de T).

As ligações químicas que unem os nucleotídeos de um mesmo filamento são covalentes, que são fortes e difíceis de serem desfeitas. Estas ligações ocorrem entre o ácido fosfórico de um nucleotídeo e a pentose de outro nucleotídeo.

As ligações químicas que unem nucleotídeos dos filamentos complementares são as pontes de hidrogênio, que são fracas e fáceis de serem rompidas. Estas ligações ocorrem entre o a base nitrogenada de um nucleotídeo e a base nitrogenada complementar do outro nucleotídeo no filamento complementar.

DNA

Watson e Crick (Prêmio Nobel em 1962) sugeriram o modelo da dupla hélice, no qual o DNA é uma molécula constituída por dois filamentos (cadeias de desoxirribonucleotídeos) enrolados em forma de hélice dupla.

REPLICAÇÃO DO DNA (ou DUPLICAÇÃO ou AUTODUPLICAÇÃO)

A replicação ocorre através de um sistema multienzimático que promove cópias exatas do DNA, este sistema multienzimático também revisa e corrige a posição dos nucleotídeos ao longo do filamento. É uma característica muito importante do DNA, pois sem replicação não há divisão celular.

Durante o processo de replicação ocorrem os seguintes eventos:

1º) A DNAgirase (ou topoisomerase) inicia o desenrolamento da dupla hélice de DNA, formando duas forquilhas de replicação.

2º) A DNAhelicase rompe as pontes de hidrogênio, separando os filamentos da dupla hélice. As proteínas SSP (single strand proteins) mantêm os filamentos separados

3º) A DNApolimerase adiciona os nucleotídeos livres, já existentes no núcleo, nos nucleotídeos complementares dos filamentos separados. A DNApolimerase começa a encaixar os nucleotídeos a partir do primer. Os primers, que são seqüências de RNA iniciam a síntese de DNA, e posteriormente são removidos do filamento sintetizado.

4º) Dois novos filamentos de nucleotídeos são sintetizados, um deles é sintetizado continuamente e recebe o nome de filamento líder (ou filamento leading). O outro filamento é sintetizado de forma descontínua, em fragmentos (fragmentos de Okazaki) e recebe o nome de filamento tardio (ou filamento lagging), os fragmentos são unidos pela DNAligase.

5º) Ocorre então a formação de duas novas moléculas de DNA, que é conhecida como duplicação semiconservativa, pois em ambas as duplas hélices formadas há um filamento que se conservou da dupla hélice original e um filamento novo, recém sintetizado.

RNA

Tal como o DNA, o RNA é um polímero de nucleotídeos, no entanto é formado por apenas um filamento de ribonucleotídeos. Também existem duas diferenças químicas entre o DNA e o RNA, uma na pentose onde temos ribose para o RNA e desoxirribose para o DNA e outra na base nitrogenada, pois no RNA temos U (uracila) em vez de T (timina).

O DNA, ao produzir o RNA, transmite a ele uma mensagem química, de acordo com a seqüência de bases nitrogenadas que contém. Esta seqüência de bases nitrogenadas comandará a síntese de uma determinada cadeia polipeptídica no citoplasma celular.

As cadeias polipeptídicas podem constituir uma proteína primária ou secundária, ou se agrupar com outras cadeias polipeptídicas para formar proteínas ainda mais complexas (terciária ou quaternária), tal como as enzimas.

Algumas proteínas terão função estrutural (proteínas do citoesqueleto ou proteínas que se tornam parte de tecidos permanentes, como os ossos) e outras controlarão as reações químicas (enzimáticas) necessárias para a manutenção da vida (metabolismo).

Conclui-se então que o DNA comanda de forma indireta, através do RNA, o metabolismo celular.

TRANSCRIÇÃO SÍNTESE DE RNA

É muito semelhante à replicação do DNA. No entanto, não ocorre a separação da molécula de DNA por inteiro. Na transcrição somente a porção da molécula que contém o gene a ser transcrito será separada e copiada.

Existe uma seqüência de nucleotídeos no DNA que inicia a síntese de RNA, denominada de região promotora. E também uma seqüência denominada de região terminadora após a qual o filamento único de RNAhn recém sintetizado é liberado do DNA.

O RNAhn, que é composto de seqüências não codificantes (os íntrons) e seqüências codificantes (os éxons), passa por um processo de recomposição (splincing), no qual os íntrons são removidos do RNAhn. O RNA final conterá somente seqüências condificantes, os éxons e é denominado de RNAm.

A molécula de DNA volta então a sua forma original de dupla hélice.

GENES E SÍNTESE PROTÉICA

Um gene corresponde a uma seqüência de bases nitrogenadas na molécula de DNA capaz de codificar a síntese de um polipeptídio. A seqüência de bases nitrogenadas na molécula de DNA (gene) determina o número de aminoácidos e as suas posições no polipeptídio a ser produzido.

O CÓDIGO GENÉTICO É TRIPLICE

A cada três bases nitrogenadas em uma molécula de RNAm temos um códon, que codifica um aminoácido. Se existem quatro bases nitrogenadas, há a possibilidade da formação de (4x4x4) 64 códons distintos para apenas 20 aminoácidos existentes. Conclui-se então que um mesmo aminoácido pode ser codificado por mais de um códon.

TRADUÇÃO (SÍNTESE PROTÉICA)

Participam da síntese de proteínas:

-Ribossomos: constituídos da subunidade menor (40S) e da subunidade maior (60S). Cada subunidade é constituída por RNAribossomico e diversas proteínas.

-RNAtransportador: formados por uma pequena cadeia de ribonucleotídeos dobrada sobre si mesma. Cada RNAt possui uma região específica para determinado aminoácido e uma região denominada anticódon que determina seu lugar na molécula de RNAm.

-RNAmensageiro: inicia-se com o códon AUG no sentido.

-Enzimas:

-Aminoacil Sintetase: ligam os aminoácidos a seus respectivos RNAt

-Peptidil Transferase: ligam os aminoácidos durante o alongamento da cadeia polipeptídica

A SÍNTESE PROTÉICA

INÍCIO

Ao chegar no citoplasma celular o RNAm liga-se à subunidade menor (40S) do ribossomo, esta ligação é feita na extremidade 5´ do RNAm. O 1º RNAt traz então o 1º aminoácido da cadeia polipeptídica. Como visto o primeiro códon do RNAm sempre será AUG, códon específico para o aminoácido metionina. Conclui-se então que o anticódon do 1º RNAt seja UAC. Geralmente a metionina é retirada da cadeia polipeptídica.Em seguida a subunidade maior (60S) liga-se a menor (40S) formando o ribossomo 80S. Na subunidade maior (60S) existem dois sítios, o A e o P. No sítio A chegam os RNAs transportadores trazendo os aminoácidos. Os RNAts logo passam para o sítio P, aonde deixam o seu respectivo aminoácido antes de saírem de ribossomo. 

ALONGAMENTO

O alongamento da cadeia polipeptídica é realizado com auxílio das proteínas EF1, EF2 e da peptidil transferase. Nesta fase os aminoácidos trazidos pelos RNAts vão sendo adicionados à cadeia polipeptídica e pela ação da peptidil transferase vão unindo-se por ligações peptídicas.

TÉRMINO

O fim da cadeia polipeptídica se dá quando o ribossomo 80S atingir um dos códons finalizadores da cadeia: UAA, UAG ou UGA.

OBS. Após terem sido percorridos aproximadamente 25 códons, outro ribossomo se liga à extremidade 5`, e assim sucessivamente, até termos vários ribossomos ligados a um RNAm formando um polissomo ou polirribossomo. O que vem a produzir várias cópias da cadeia polipeptídica ao mesmo tempo. Estas cadeias sofrem modificações pós traducionais até atingir a sua forma final.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

SANTOS , F. S.; AGUILAR, J. B. V. & OLIVEIRA, M. M. A. Ser Protagonista. Biologia: Ensino Médio 1⁰ ano- 1. Ed. São Paulo: Ediçoes SM, 2010.