O Núcleo Celular e os Cromossomos – Função

1. CARACTERÍSTICAS GERAIS DO NÚCLEO

O núcleo é um compartimento essencial da célula eucarionte, pois é onde se localiza o material genético, responsável pelas características que o organismo possui. Grande parte das células possui apenas um núcleo, entretanto, há células anucleadas e outras multinucleadas que são basicamente proteínas e fosfolipídios.

No núcleo estão presentes pequenas estruturas filamentosas portadoras dos genes, denominadas de CROMOSSOMOS. Estes são filamentos formados por DNA e proteínas. O conjunto de cromossomos presente no núcleo, em estado de absoluto repouso, recebe o nome de CROMATINA. A cromatina está mergulhada numa solução aquosa denominada de cariolinfa.

O núcleo é o centro que controla todo o metabolismo celular.As estruturas presentes no núcleo são: carioteca, cromatina, nucléolos e nucleoplasma.

O núcleo é uma estrutura que é delimitada por uma espécie de “membrana nuclear”, conhecida como Carioteca ou também chamado de “envelope celular”. A carioteca é composta 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. Ou seja, é formada por duas membranas lipoprotéicas e justapostas. Esta membrana é uma diferenciação local do retículo endoplasmático e se caracteriza pela alta quantidade de poros, cuja quantidade varia de acordo com o estágio funcional da célula. Através dos poros são realizadas trocas entre o núcleo e o citoplasma. Quimicamente a carioteca possui a mesma composição do plasmalema e do retículo endoplasmático que é basicamente proteínas e fosfolipídios.

A cromatina pode ser entendida como sendo o conjunto de filamentos presentes no núcleo denominados de cromossomos. Observando detalhadamente núcleos tratados com corantes nucleares, os citologistas notaram que certas partes da cromatina coravam-se mais intensamente que outras.Eles concluíram que essas partes eram mais condensadas que o resto e passaram a denominá-las heterocromatina. O restante do material menos condensado e, por conseqüência menos corada, recebeu o nome de eucromatina. Hoje se sabe que os genes ativos da célula se encontram nesta região. 

Os nucléolos são massas densas e arredondadas presentes dentro do núcleo. É uma estrutura que não possui nenhuma membrana externa, mas é rico em ribossomos. É o principal constituinte dos ribossomos. No nucléolo ocorre a síntese de RNA ribossômico que migra para o citoplasma atuando na síntese protéica.

O Nucleoplasma ou também chamado de cariolinfa é uma solução aquosa que envolve a cromatina e os nucléolos. Nessa estrutura ocorre o acúmulo de produtos resultantes da atividade nuclear como RNA e proteínas.

2. ESTUDO DOS CROMOSSOMOS

Cromossomos (Kroma=cor, soma=corpo) são filamentos compostos por DNA e proteínas (histonas), sendo observável à microscopia de luz durante a divisão celular. O DNA constitui os genes que controlam a síntese de proteínas. Nos eucariontes o núcleo é rico em cromossomos que diferem entre si apenas pelos genes que carregam. Entretanto, em procariontes todos os genes estão inseridos em uma molécula de DNA circular que constitui o cromossomo destes organismos. O número de cromossomos varia sempre de uma espécie para outra.

O número de cromossomo é, em geral, constante para os indivíduos de uma mesma espécie. O número básico de cromossomos da espécie ou o conjunto completo de cromossomos diferentes é denominado por genoma. Assim, o genoma humano é representado por 23 cromossomos. Em organismos diplóides as células somáticas apresentam 2n cromossomos no qual metade, n veio de seu genitor feminino e a outra metade, n, do genitor masculino. Pelo processo meiótico, formam-se gametas com n cromossomos. Assim, o estado haplóide, ou gamético, quando a espécie de referência é diplóide, contém o genoma da espécie. Espécies poliplóides como o trigo hexaplóide (6x = 42), podem ter em seus gametas mais de um genoma .

Independe da célula onde se encontram, os cromossomos possuem uma estrutura básica que pode ser exemplificada da seguinte forma: uma longa molécula de DNA e por pequenos grãos denominados HISTONAS. Os grãos de Histonas com o DNA formam unidades estruturais denominadas de NUCLEOSSOMOS.

As células passam por um período de divisão celular denominado de ciclo celular. Durante uma etapa específica desse ciclo, a interfase, ocorre a duplicação dos cromossomos, onde cromossomos produzem outro idêntico, e os dois permanecem ligados um ao outro através de proteínas especiais, denominadas coesinas. Uma vez unidos essas cópias passam a receber o nome de CROMÁTIDES IRMÃS.

Todo cromossomo apresenta uma região, geralmente central, que é responsável pela união dos cromossomos duplicados (cromátides irmãs). As cromátides irmãs se manterão unidas até sua separação para as células filhas. Essa região é denominada de CENTRÔMERO, e sua posição no cromossomo divide o mesmo em dois braços.

De acordo com a posição do centrômero, os cromossomos podem ser classificados em: metacêntrico onde o centrômero se encontra no meio e os dois braços possuem o mesmo tamanho; submetacêntrico onde o centrômero é um pouco deslocado e os braços possuem tamanho desigual; acrocêntrico onde o centrômero se localiza perto da extremidade de um dos braços, tornando este braço bem maior que o outro; e em telocêntrico onde o centrômero está localizado em uma das extremidades dos cromossomos e há praticamente apenas um braço.

Figura 1. Esquema de um Cromossomo.

Figura 2. Esquema das Diferentes Posições do Centrômero.

Os cromossomos podem ser de dois tipos: autossomos que são os cromossomos presentes tanto em células masculinas quanto em células femininas, e os cromossomos sexuais que são aqueles que determinam o sexo do indivíduo. Na espécie humana dos 23 pares de cromossomos, 22 são ditos autossomos e apenas um par, o de número 23, é dito cromossomo sexual.

Cada célula do corpo humano possui 46 cromossomos, ou seja, 23 pares de cromossomos. O homem possui 22 pares de cromossomos ditos autossomos mais um par de cromossomos XY. A mulher apresenta 22 pares de cromossomos, os autossomos, mais um par de cromossomos XX. A determinação do sexo de um indivíduo ocorre no momento da fecundação. Após a fecundação, o zigoto duplica todos os seus cromossomos, e ao fim dessa divisão celular, cada célula filha receberá cópias idênticas dos 46 cromossomos recebidos dos genitores. Os dois representantes de cada par de cromossomos são chamados de CROMOSSOMOS HOMÓLOGOS.  Se a célula possuir um par de cromossomos homólogos ela é dita diplóide (2n); agora se receber apenas um lote de cromossomo homólogo ela é chamada de haplóide (n).

3. DIVISÃO CELULAR

A divisão celular pode ser entendida como o processo pelo qual uma célula se transforma em duas outras células filhas. O que diferencia é que as células resultantes podem ou não terem o mesmo número de cromossomos da célula mãe. É o processo de reprodução dos organismos unicelulares. Todo o processo de divisão celular se dá através do chamado CICLO CELULAR.

CICLO CELULAR

O ciclo celular é o período que se inicia com a formação de uma célula, esta originária de uma divisão celular, e se estende até sua divisão em duas células filhas. A INTÉRFASE é o período que corresponde ao intervalo entre as duas divisões celulares consecutivas. Esta divisão celular compreende dois processos: mitose e a citocinese.

Nesta etapa, a interfase, a célula permanece sem divisão, sendo que os cromossomos permanecem descondensados. As três fases que ocorrem durante este processo são:

a) G1: É o momento que antecede a síntese de DNA

b) S: É o momento de síntese de DNA, onde a quantidade de DNA no núcleo é duplicada.

c) G2: É o momento posterior à síntese de DNA

Figura. 3 Fase da Interfase.

MITOSE

É o processo pelo qual uma célula mãe origina duas células filhas com o mesmo número de cromossomos. A informação genética é replicada e distribuída eqüitativamente aos 2 produtos finais. As características básicas da mitose são: Distribuição eqüitativa e conservativa do número de cromossomos e distribuição eqüitativa e conservativa da informação genética.

As principais finalidades deste processo são: crescimento do corpo, reprodução assexuada, produção de gametas em vegetais e em seres haplóides.

As fases da mitose são: prófase, metáfase, anáfase e telófase. A partir de agora iremos estudar as principais características de cada fase.

a) PRÓFASE

Nesta fase a principal característica é a condensação cromossômica, onde estes se tornam cada vez mais curtos e grossos. O principal objetivo da condensação é de facilitar a separação dos cromossomos. Nesta fase, os cromossomos estão inativos não havendo, portanto, síntese de RNA. Outro evento muito importante é o início da formação do fuso mitótico, ou também chamado de fuso acrossômico. Este fuso mitótico será essencial na anáfase, pois é ele que vai orientar a ida dos cromossomos para os pólos da célula. O fim da prófase é marcada pela fragmentação da carioteca. 

b) METÁFASE

A principal característica desta fase é o emparelhamento dos cromossomos na região equatorial (central) da célula. Aqui dizemos que há a formação da chamada placa equatorial. É nesta fase onde os cromossomos estão em máxima condensação, portanto, na elaboração de cariótipos, os pesquisadores interrompem a divisão nesta fase. Uma substância bastante utilizada para isto é a colchicina.

c) ANÁFASE

Na anáfase ocorre a separação das cromátides irmãs, que são transportadas para pólos opostos. Nesta fase pode ocorrer a chamada não disjunção cromossômica onde as cromátides ficam unidas sendo transportadas juntas para o mesmo pólo. Com a separação, cada pólo da célula recebe a mesma informação genética contida nas cromátides irmãs;

e) TELÓFASE

É a fase em que se inicia a descondensação cromossômica. Aqui, ocorre a organização de uma nova carioteca, reconstituindo dois novos núcleos. Ocorre a desagregação do fuso mitótico, reaparecimento do nucléolo, iniciando a citocinese, levando à formação de duas novas células.

A citocinese é o processo que consiste na divisão do citoplasma. Nos animais a citocinese é chamada de centrípeta pois se inicia nos pólos das células e vai para o centro.

MEIOSE

A meiose é o processo que se verifica tanto nos órgãos sexuais masculinos quanto femininos. Através da meiose os gametas ficam com o número de cromossomos reduzidos à metade, ao estado denominado haplóide. Quando o gameta de origem materna se une ao gameta de origem paterna o número de cromossomos característico da espécie é restabelecido.

A meiose é um processo divisional, que, a partir de uma célula inicial com 2n cromossomos, há a formação de células filhas com metade desse número. Também é definida como o processo que envolve duas divisões sucessivas do núcleo, acompanhada de uma só redução no número de cromossomos. A meiose pode ser divida em duas divisões: MEIOSE I (reducional), e MEIOSE II (equacional);

Figura 6. Meiose I e Meiose II.

a) PRÓFASE I       

Leptóteno: Os cromossomos já se encontram duplicados, e com isso, inicia a condensação cromossômica;

Zigóteno: Nessa fase ocorre um fenômeno denominado de sinapse cromossômica, que é o emparelhamento dos cromossomos homólogos sendo colocados lado a lado;

Paquíteno: os cromossomos estão emparelhados. Nessa fase ocorre um fenômeno conhecido como permutação ou crossing over, que é a troca de pedaços entre cromossomos homólogos;

Diplóteno: Com a separação dos cromossomos homólogos ocorre o cruzamento entre as cromátides, formando o que chamamos de quiasmas.

Diacinese: Ocorre a terminalização dos quiasmas e o desaparecimento do nucléolo.

Alguns autores trazem que o crossing over ocorre no diplóteno. Mas, é importante sabermos que este fenômeno permite uma maior variabilidade genética.

b) METÁFASE I

c) ANÁFASE I

d) TELÓFASE I

• Os cromossomos estão separados em dois lotes em cada pólo da célula;

• O fuso acromático se desfaz e ocorre a descondensação cromossômica;

• O nucléolo reaparece, surgindo dois novos núcleos com metade dos cromossomos presentes na célula mãe;

Reprodução

Figura 7. Esquema da Meiose I.

PRÓFASE II

METÁFASE II

ANÁFASE II

TELÓFASE II

• Descondensação cromossômica;

• Reaparecimento dos nucléolos e reorganização da carioteca.

Reprodução

Figura 8. Esquema da Meiose I e Meiose II.

Figura 9. Esquema da Meiose.