ME = microscópio eletrônico.
RER = retículo endoplasmático rugoso ou granuloso
Análises detalhadas, que incluem reconstituição por computador, permitiram a reconstrução de
modelos tridimensionais dos complexos de poro. Eles são constituídos por dois anéis com
arranjo octogonal e estabelecem o perímetro do poro. Cada anel é ancorado na bicamada
lipídica, nos pontos em que as membranas interna e externa estão fundidas. A eles se conectam
oito fibrilas radiais que se dirigem ao canal central. Estruturas filamentosas se estendem dos
anéis citoplasmático e nuclear, constituindo uma estrutura semelhante a uma cesta de basquete
apenas no lado nuclear. Acredita-se existirem cerca de 100 proteínas diferentes constituindo
esses componentes do complexo de poro. Elas são coletivamente chamadas de nucleoporinas. O
canal central tem aproximadamente 40 nm de diâmetro, e uma estrutura em forma de grânulo
(grânulo central) costuma ser vista em seu interior. Alguns pesquisadores acreditam que ela é
um componente intrínseco do complexo de poro que regula o transporte de moléculas através
do canal central; outros propõem tratar-se de macromoléculas em trânsito entre o núcleo e o
citoplasma. As proteínas da lâmina nuclear estão associadas à membrana nuclear interna e se
interrompem nos poros.
A associação do complexo raio-anel leva ao estabelecimento de canais entre os raios, fechando
parcialmente a abertura do complexo de poro.
O grânulo central é também denominado de complexo transportador ou núcleo central (central
plug).
Dois mecanismos diferentes são utilizados no trânsito de moléculas através dos complexos de
poro. Moléculas com até 9 nm de diâmetro atravessam rapidamente o complexo de poro nos
dois sentidos. Elas se difundem passivamente através dos canais estabelecidos pelos raios do
complexo de poro. A maioria das proteínas e RNA são, no entanto, grandes demais para se
difundirem por esses canais. Essas macromoléculas atravessam os complexos de poro por um
processo que consome energia, onde tanto as proteínas quanto os RNAs são reconhecidos e
transportados seletivamente. Esse transporte ocorre através de um mecanismo regulado, que
permite a abertura dos canais até um diâmetro aproximado de 25 nm, em resposta a sinais
apropriados. As proteínas próprias do núcleo são sintetizadas no citoplasma com um sinal de
localização nuclear, constituído por um segmento de 4-8 aminoácidos, rico em lisina e arginina.
Essas proteínas marcadas para destino nuclear atravessam os complexos de poro por um
mecanismo que consome energia fornecida pelo ATP e pelo GTP. O sinal nuclear específico é
reconhecido por uma proteína citoplasmática, a importina, que se liga à proteína a ser
transportadas e estabelece a sua ligação com o complexo de poro, promovendo a sua
translocação através do poro. Após o transporte, a importina se desliga da proteína e retorna ao
citoplasma. O sinal de localização nuclear não é removido depois que a proteína entra no
núcleo, o que permite sua reintrodução quando o envoltório nuclear se refaz após a mitose.
A exportação de RNAs do núcleo para o citoplasma ocorre também por um processo ativo,
mediado por receptores específicos. Os RNAs transcritos no núcleo que desempenham sua
função no citoplasma (mRNA, tRNA e rRNA) são exportados como complexos RNA-proteínas. Os
sinais que dirigem a exportação nuclear podem estar presentes nos próprios RNAs ou nas
proteínas. As moléculas de mRNA estão complexadas com cerca de 20 proteínas, formando as
ribonucleoproteínas nucleares heterogêneas ou hnRNPs. Pelo menos um dessas proteínas pode
conter um sinal de exportação nuclear e atuar como transportadora do mRNA durante sua
exportação para o citoplasma. Também os rRNAs são exportados do núcleo na forma de
partículas complexadas com proteínas, ou seja, de subunidades ribossômicas. Sua exportação
também pode ser mediada por sinais presentes nas proteínas ribosômicas. Não se sabe ainda
como ocorre a exportação dos tRNAs.
Associada à superfície interna do envoltório nuclear encontra-se a lâmina nuclear, uma rede
fibrosa com 10-20 nm de espessura. A lâmina nuclear se interrompe nos poros nucleares. Na
maioria das células de mamíferos, a lâmina nuclear é constituída pelas proteínas laminas A, B e
C. Cada lamina é um dímero de subunidades proteicas que se associam através das porções em
-hélice de cada cadeia polipeptídica, com duas porções globulares de cada cadeia ficando nas
extremidades. Essas proteínas não são intrínsecas à membrana interna, mas a lamina B possui
uma região lipídica na região C-terminal (porção farnesil-) que se insere na bicamada, e a essa
proteína se associam as laminas A e C. Proteínas intrínsecas da membrana nuclear interna
auxiliam na organização dos filamentos de laminas em uma rede fibrosa. Nas laminas A, devido à
clivagem de vários resíduos C-terminais, essa região lipídica é transitória, sendo removida por
uma uma modificação pós-traducional da prelamina A. Mutações que impedem a remoção
subsequente do grupo farnesil-perturbam as células, mas a razão funcional para esta adição
transitória, no caso de lamina A, permanece obscura.
Além de manter a forma e dar suporte estrutural ao envoltório nuclear, a lâmina nuclear é
responsável pela ligação das fibras cromatínicas ao envoltório. Durante a mitose, a fosforilação
temporária das laminas causa a desorganização da lâmina nuclear. Ao final da mitose, as laminas
são desfosforiladas e se associam novamente para refazer a lâmina nuclear, levando à
reconstituição do envoltório nuclear.
* As histonas se ligam ao DNA graças à interação de seus radicais amino com os radicais fosfato
do DNA. Nem todos os radicais fosfato estão neutralizados pelas histonas, o que confere à
cromatina um caráter ácido (afinidade por corantes básicos).
Cada cromossomo contém um único duplex de DNA, compactado em uma fibra que se estende
continuamente ao longo de todo o cromossomo. Assim, no que diz respeito à cromatina
interfásica e ao cromossomo mitótico, podemos explicar a compactação de uma molécula de
DNA única e extremamente longa, em uma forma na qual pode ser transcrita e replicada e
também ser ciclicamente mais ou menos comprimida.
A disposição da cromatina dentro do núcleo e o seu grau de condensação variam de um tipo
celular para outro (são característicos de cada tipo celular). Além disso, a mesma célula pode
apresentar a cromatina com vários graus de condensação, de acordo com o estágio funcional e
com o estado de diferenciação em que se encontra.
Os genes localizados na eucromatina podem se expressar ou não, dependendo do tipo celular e
de suas necessidades metabólicas. Existem pelo menos duas formas de eucromatina: cerca de
10% na forma de cromatina ativa, que é menos condensada, e o restante na forma de cromatina
inativa, que é mais condensada. A heterocromatina constitutiva está sempre condensada.
Consiste, na maior parte, de DNA repetitivo e é encontrada nos centrômeros e ao redor deles e
em algumas outras regiões. Ela passa pelo ciclo celular com poucas mudanças no seu grau de
condensação. Forma uma série de massas discretas, mas, frequentemente, as diversas regiões
de cromatina agregam-se em um cromocentro densamente corado.
A heterocromatina facultativa pode existir tanto na forma geneticamente ativa (descondensada)
quanto na forma inativa (condensada), como no caso da inativação do cromossomo X em
mamíferos (corpúsculo de Barr).
A mesma fibra cromatínica pode apresentar regiões eucromáticas contínuas com regiões
heterocromáticas. Assim, o material genético é organizado de modo que diferentes estados de
compactação sejam mantidos lado a lado, possibilitando a ocorrência de alterações cíclicas no
nível de compactação da cromatina entre a intérfase e a divisão, e entre as diferentes fases da
vida da célula.
Os cromossomos normais têm um só centrômero, o qual é visto ao microscópio como uma constrição
primária, a região em que as cromátides-irmãs estão unidas. O centrômero é essencial para a segregação
durante a divisão celular.
Funções:
ponto de ligação das fibras de microtúbulos durante a divisão celular;
ponto de reunião de cromátides-irmãs;
motor mecano-químico responsável pelo movimento dos cromossomos para os pólos da célula e
conclusão da divisão celular.
Durante a prófase tardia, um par de cinetócoros forma-se em cada centrômero, cada um ligado a uma das
cromátides-irmãs. Múltiplos microtúbulos ligam-se a cada cinetócoro, ligando o centrômero de um
cromossomo aos dois pólos do fuso. Os cinetócoros desempenham um papel fundamental nesse
processo, controlando a reunião e a separação dos microtúbulos acoplados e, por meio da presença de
moléculas motoras, dirigindo o movimento cromossômico.
Os telômeros são estruturas especializadas, constituídas por DNA repetitivo (repetições em tandem ou
agrupadas) e proteína, que cobrem as extremidades dos cromossomos eucarióticos.
Funções prováveis:
manter a integridade estrutural do cromossomo: se um telômero for perdido, a extremidade
cromossômica resultante fica instável, tendendo a fundir-se com as extremidades de outros cromossomos
quebrados ou envolver-se em eventos de recombinação ou ser degradada.
garantir a replicação completa das extremidades codificadoras dos cromossomos: durante a replicação do
DNA, a síntese da fita atrasada é descontínua e requer a presença de algum DNA à frente para um primer
de RNA.
auxiliar o estabelecimento da arquitetura tridimencional do núcleo e/ou do pareamento cromossômico:
as extremidades dos cromossomos parecem estar ligadas à membrana nuclear, sugerindo que os
telômeros auxiliam no posicionamento dos cromossomos.
auxiliar no reconhecimento entre cromossomos homólogos para pareamento na meiose.
Origens de replicação: necessárias para que ocorra a replicação do DNA na fase S da intérfase. São
sequencias de DNA situadas próximas aos pontos onde a síntese de DNA é iniciada, que controlam o início
da replicação. Nos eucariotos existem várias origens da replicação autônomas ao longo de uma única
molécula (para cada origem, duas forquilhas de replicação bidirecionais).
As histonas H3 e H4 apresentam sequências idênticas em organismos tão distintos quanto a
ervilha e o boi, sugerindo que elas desempenham funções idênticas em todos os eucariontes. Os
tipos H2A e H2B possuem também sequências idênticas, com algumas variações espécieespecíficas.
Em alguns tecidos, a H1 é substituída por histonas especiais. Por exemplo, em eritrócitos
nucleados de aves, a histona H5 é encontrada em substituição à H1.
A porção enovelada da molécula das histonas contém alta percentagem de aminoácidos
hidrofóbicos, e sua associação com o DNA deve-se à interações hidrofóbicas. Pode-se separar,
por processos químicos, a molécula de DNA das moléculas de histonas. Mas quando o DNA e as
histonas são colocados juntos em condições favoráveis, ocorre novamente a formação
espontânea de nucleossomos.
O nucleossomo é uma partícula de forma cilíndrica achatada, com 10 nm de diâmetro e 6 nm de
altura. Cada nucleossomo é constituído por 200 pb de DNA associados a um octâmero de
histonas e a uma molécula de histona H1. O octâmero é formado por duas moléculas de cada
uma das histonas H2A, H2B, H3 e H4. A molécula de H1 se associa externamente ao DNA que
envolve o octâmero. Cada nucleossomo é formado por um centro ou cerne, constituído pelo
octâmero de histonas H2A, H2B, H3 e H4, em torno do qual se enrola um segmento de DNA de
aproximadamente 146 pb. Conectando um centro de nucleossomo a outro, encontra-se um
segmento de DNA não associado a proteínas com 15 até 100 pb, chamado DNA de ligação.
Dois tipos de fibras cromatínicas são encontradas no núcleo interfásico: a fibra de 10 nm de
diâmetro ou nucleofilamento e a fibra de 30 nm ou solenóide.
A fibra de 10 nm constitui o primeiro nível de compactação da cromatina e é formada pela
associação de nucleossomos adjacentes. A organização dessa fibra depende da interação entre
as histonas H1 de nucleossomos vizinhos. A histona H1 de um nucleossomo liga-se através de
sua extremidade amino-terminal, à extremidade carboxi-terminal da H1 do nucleossomo
adjacente, em um arranjo “cabeça-cauda”. Com essa organização, o DNA de ligação não é mais
observado na fibra de 10 nm.
A fibra de 30 nm constitui o segundo nível de organização da cromatina e é formada pelo
enovelamento da fibra de 10 nm em uma estrutura helicoidal. Cada volta da espiral contém 6
nucleossomos organizados radialmente, ficando a histona H1 localizada no interior da fibra. A
histona H1, juntamente com íons Mg2+ em concentração adequada, tem papel preponderante
na formação e estabilização dessa fibra.
Durante a intérfase, a cromatina que contém os genes ativamente transcritos é formada, em sua
maioria, por fibras de 30 nm, enquanto cerca de 10% estão na forma de fibras de 10 nm,
permitindo o acesso às enzimas envolvidas na transcrição.
Ainda no núcleo interfásico, as fibras de 30 nm podem se organizar em grandes alças que se
prendem ao envoltório nuclear através da lâmina nuclear. Cerca de 10% da cromatina interfásica
também se encontra em um estado altamente condensado – a heterocromatina.
Níveis superiores de compactação da cromatina parecem envolver, principalmente, as proteínas
não-histônicas. A histona H1 parece, no máximo, participar também do processo de
compactação, uma vez que a sua fosforilação, durante a prófase, determina a condensação dos
cromossomos.
MO= microscopia óptica
Os nucléolos são corpúsculos arredondados de aspecto esponjoso, mergulhados diretamente no
nucleoplasma, uma vez que não possuem membrana envolvente. A porção fibrilar densa é mais
central e é formada por RNAr (RNA ribossômico) e proteínas ribossomais. A porção granular é
mais periférica e é formada por subunidades ribossômicas em formação.
A região organizadora do nucléolo é a cromatina associada ao nucléolo, que na divisão encontrase nos satélites dos cromossomos acrocêntricos. Não é uma estrutura compacta, pois nota-se a
invasão do nucleoplasma. Forma os ribossomos a partir das proteínas ribossômicas, que são
importadas do citoplasma e se associam com o RNAr.
A associação das técnicas de extração, fracionamento e microscopia eletrônica sugere que existe
uma estrutura fibrilar formando um endoesqueleto nuclear, a matriz nuclear. Após a digestão do
DNA com Dnase e a extração da maioria das proteínas nucleares, a estrutura resultante mantém
o tamanho e a forma originais do núcleo. Essa estrutura é constituída por três componentes: a
lâmina nuclear, a estrutura nucleolar e uma rede fibrilar interna, que seria a matriz nuclear. Na
intérfase, as fibras cromatínicas não estão localizadas ao acaso, mas ocupam locais
determinados no interior do núcleo. Essa observação sugere que a matriz nuclear tem função de
ancorar as alças cromatínicas, as enzimas envolvidas na replicação e transcrição do DNA e as
proteínas envolvidas no transporte dos RNAs.
O chamado “Complexo vinculador de Nucleoesqueleto e Citoesqueleto” (LINC), atravessa a dupla
membrana e liga o nucleoesqueleto aos sistemas de filamentos do citoesqueleto citoplasmático.
Figura: O envelope nuclear é um sistema de dupla membrana, com a membrana externa
contínua com o retículo endoplasmático (RE, do inglês endoplasmic reticulum) e ambas as
membranas se fundindo onde complexos de poro nuclear (NPC, do inglês nuclear pore
complexes) estão inseridos. A proteína Nesprina na membrana nuclear externa (ONM, do inglês
outer nuclear membrane) liga direta ou indiretamente os três principais sistemas de filamentos
citoplasmáticos (da esquerda para a direita) actina, tubulina, e filamentos intermediários (IFs, do
inglês intermediate filaments). Elas também se conectam a estruturas mais especializadas, como
as linhas TAN no lado direito dos NPC. As proteínas transmembrana do envelope nuclear (NETs,
do inglês nuclear envelope transmembrane) também parecem ter interações com filamentos do
citoesqueleto (mais distantes representação direita). As nesprinas se conectam no lúmen do
envelope nuclear às proteínas SUN na membrana nuclear interna (INM, do inglês inner nuclear
membrane). Estas, por sua vez, se conectam ao polímero lamina. Ambas as laminas e outras
redes se conectam à cromatina.