Estrutura e Funções do Núcleo Celular

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Núcleo
Jim Duffy – Spector Lab
Núcleo
Eucariontes
10% do volume celular
Carioteca – duas membranas concêntricas contínuas com o RE
poros
Núcleo Celular
Corpúsculo celular relacionado ao controle de todas as atividades celulares. 
As suas funções estão relacionadas:
 - Armazenamento de informações hereditárias.
 - Controle das funções celulares.
NUCLÉOLO
CROMATINA
CARIOTECA
CARIOPLASMA
nucléolo
Filamento de cromatina
poros
carioteca
cariolinfa
Componentes
NÚCLEO INTERFÁSICO
Célula que não está se dividindo.
 Núcleo Celular
1. Carioteca - envoltório nuclear, formada por duas membranas com poros, onde há intercâmbio de substâncias entre o núcleo e o citoplasma. 
2. Nucleoplasma, Cariolinfa ou Suco Nuclear- é uma massa incolor constituída principalmente de água e proteínas.
3. Nucléolo - Trata-se de um corpúsculo esponjoso e desprovido de membranas, que se encontra em contato direto com o suco nuclear, rico em RNA ribossômico. 
4. Cromatina - representa o material genético, com proteínas e moléculas de DNA. Têm aspecto emaranhado de filamentos longos e finos, denominados cromonemas. Esses apresentam regiões condensadas chamadas de heterocromatinas, e regiões distendidas chamadas eucromatinas. Durante a divisão celular, os cromonemas espiralizam-se, tornando-se mais curtos e mais grossos e passam a ser chamados de cromossomos.
Compartimento nuclear
Cromossomos
Uma única molécula de DNA combinada com proteínas
RNA
Mensageiro, ribossômico, transportador
Nucléolo
Genes de RNAm e RNAm
Proteínas
Nucleoplasma
Carioteca
Duas membranas concêntricas atravessadas por poros unidas ao nível dos poros
Espaço perinuclear – espaço entre a membrana interna e externa
Membrana externa comunica-se com o RE
Lâmina nuclear – malha delgada de filamentos entrecruzadas
Confere resistência
Superfície
citoplasmática
Superfície
nuclear
C a r i o t e c a
NÚCLEO INTERFÁSICO
Características
dupla
Continuidade do R.E.
Presença de ribossomos 
Presença de poros
 ( annulli)
C a r i o p l a s m a
NÚCLEO INTERFÁSICO
Composto por H2O, DNA, proteínas
Massa incolor (coloidal)
Também chamado cariolinfa ou nucleoplasma
Comporta as estruturas nucleares.
Citoesqueleto / matriz nuclear
Laminas
matrinas
Metaloproteínas
Actina
Miosina I
 Estrutura dos poros
Fig.8: Poros nucleares ao microscópio electrónico . Estruturas anelares.
Fig.9: Modelo a 3D de um poro nuclear. 8 sub-unidades.
Poros
3000 a 4000 poros
Nucleoporinas – proteínas que compõem uma estrutura denominada complexo do poro
Complexo do poro
Oito colunas protéicas – formam uma parede cilíndrica; 
Proteínas de ancoragem – amarram as colunas proteícas
Proteínas radiais – orientadas para o poro, função diafragma (alongam e encurtam)
Fibrilas proteícas – se projetam para o nucleoplasma e citosol; fibras circulares;
Doye & Hurt, Curr Opin Cell Biol 1997 9:401
_________________ Complexo do Poro Nuclear
Passagem de macromoléculas através do poro
RNA 
Proteínas nucleares que deixaram de funcionar
_______Estrutura do_Complexo do poro nuclear
* Estrutura central
 
*Anel nuclear 
* Filamentos nucleares
 
* Anel citoplasmático 
* Filamentos Citopl.
* Plug central
Ohno et al., 1998 Cell 92:327
É uma estrutura cilindrica;
Perpendicular ao plano do envelope nuclear;
Entrada de proteínas no núcleo
Ingressam pregueadas 
Peptídeo sinalizador – específico
NSL – nuclear sinal localização
Interagem especificamente com as importinas
Cada NSL tem uma importina
Transportinas – interagem com os NSL para permitir a entrada
Transporte através do poro nuclear
5 - 60 kDa
>60 kDa
25 nm
19
Etapas para entrada através do poro
Proteína se liga à importina por meio do NSL
Atravessam antes da ampliação do diafragma
Importina é guiada pelas fibrilas
Gasto um GTP – hidrólise ocorre por meio da proteína Ran
GTP atuam associadas às GEF e GAP:
GAP – leva GTP a formar GDP + P
Visão esquemática do mecanismo de 
transporte ativo por meio dos poros nucleares.
Transporte ativo através dos poros nucleares depende do ciclo de hidrólise de GTP da proteína Ran-GTPase
“Pequena GTPase”
“Pequena proteina G”
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Etapas para entrada através do poro
GEF promove a substituição do GDP da RAN por um GTP
RAN – GTP se une ao complexo importina-proteína com isso a proteína fica retida no núcleo (desligada da importina)
Importina e RAN –GTP permanecem unidas, atravessam o poro e retornam ao citosol
No citosol a GAP induz à hidrólise de GTP e a separação da importina podendo ser utilizadas novamente
Saída de proteínas e de moléculas de RNA
NES – peptídeos sinalizadores
Reconhecidos pelas exportinas ou transportinas
Etapas 
Proteína se une à exportina por meio do NES 
GEF remove o GDP de uma RAN-GDP
RAN-GTP se une à proteína por meio da exportina
Aproximação do poro
Alargamento do poro 25nm
Exportina é guiada pelas fibrilas
RAN-GTP hidrolisa a GDP
Proteína se desliga e fica retida
Cromossomos 
Informações genéticas
Genoma – toda informação genética contida no DNA
Genes – sequências de nucleotídeos
Cromossomo é uma única molécula de DNA
 O DNA é como uma escada retorcida ou uma dupla hélice sendo composta por inúmeros genes, os quais tem a função de determinar as características de cada um de nós.
Cromossomos 
Células somáticas – cromossomos divididos em pares
diplóides
Células haplóides 
gametas
 Cromonema = Cromossomo
Durante a divisão celular, os cromonemas espiralizam-se, tornando-se mais curtos e mais grossos. Podem, então, ser vistos individualmente e passam a ser chamados de cromossomos.
Cromatina = Cromossomos
 O material genético descondensado – cromatina - é ativo, pois pode ser transcrito mais facilmente nesse estado. Ao se tornar condensado – cromossomo – a transcrição é dificultada, mas por outro lado a divisão celular ocorre com maior precisão. 
Cromossomos
Uma molécula de DNA associada a diversas proteínas
Cromatina – complexo DNA, histonas e proteínas não histônicas
Proteínas associadas
Histonas
Não histonicas
Histonas 
Necessárias ao enrolamento da cromatina
Grande quantidade de lisina e arginina (aminoácidos carregados positivamente)
5 tipos de histonas: H1, H2A, H2B,H3 e H4
Nucleossomas: H2A, H2B,H3 e H4
DNA se enrola em torno delas
Histonas nucleossomicas associadas formam uma estrutura octamérica (2 H2A, 2 H2B, 2 H3 e 2 H4)
Histonas 
2 voltas de DNA se fixam no nucleossoma por intermédio da H1 – cromatossoma
Nucleossoma são separados por espaçadores – 20 a 60 pares de nucleotídeos
Proteínas não histônicas
Proteína N1 – associada a H3 eH4
Nucleoplasmina – associada a H2! E H2B
Proteínas não histônicas
Nucleases - Enzimas que provocam cortes somente nos espaçadores do DNA
Condensinas – promovem a condensação da cromatina
Cromossomos - estrutura
Centrômero ou constrição primária 
Telômeros – extremidades dos cromossomos
NÚCLEO INTERFÁSICO
C r o m o s s o m o s
Constricção primária e secundária em um cromossomo.
O centrômero localiza-se na constricção primária.
O Cromossomo é formado por cromátides ligadas pelo centrômero. Quando a célula está prestes a se dividir, as cromátides se duplicam formando cromátides irmãs (que até que ocorra a separação final, ficam ligadas pelo centrômero).
CLASSIFICAÇÃO DOS CROMOSSOMOS
Todas as células do nosso corpo (exceto as dos gametas) são diplóides, ou seja, possuem dois cromossomos de cada tipo (no caso, 23 pares de cromossomos homólogos ). 
Quando uma célula possui apenas um cromossomo de cada tipo (no caso os gametas, com 23 cromossomos), dizemos que ela é haplóide.
HOMEM
 2n=46
 n=23
CROMATINA INTERFÁSICA E CROMOSSOMO MITÓTICO
A cromatina – DNA em fitas de 30 nm de espessura (principal forma de eucromatina)
Colar de contas - nucleossomos
NÍVEIS DE COMPACTAÇÃO DA CROMATINA
Eucromatina e Heterocromatina
Heterocromatina – mais compactada
Eucromatina – menos compactada
Cromossomo18
Cromossomo 19
Os cromossomos interfásicos ocupam territórios definidos no núcleo
Cariótipo 
É o estudo da constituição cromossômica dos seres vivos. Na espécie humana, é composto de 46 cromossomos, em 23 pares (22 pares de autossomos e o par sexual), permitindo a análise das anomalias numéricas ou estruturais dos cromossomos. 
Cariótipo
É o conjunto de todos os cromossomos presentes no núcleo da célula de um organismo. O estudo do cariótipo (forma, tamanho e número de cromossomos de uma pessoa) pode ajudar no diagnóstico pré-natal ou pós-natal de aberrações genéticas. 
Ciclo Celular
O ciclo celular : processos que ocorrem desde a formação de uma célula até sua própria divisão em duas filhas, tendo natureza cíclica. A Célula tem dois tipos de divisão celular MITOSE E MEIOSE. O período de preparação para o processo de divisão celular é denominado de INTÉRFASE.
Ciclo Celular
Período G1: intensa síntese de RNA e proteínas e aumento do citoplasma.
PERÍODO S: Este é o período de síntese,duplicando seu DNA.
PERÍODO G2: tempo adicional para o crescimento celular assegurando completa replicação do DNA antes da mitose.
MITOSE : Divisão equacional da célula.
Ciclo Celular
Mitose
Divisão celular de todas as células somática vegetais e animais. É um processo continuo que é dividido didaticamente em 4 fases: Prófase, metáfase, anáfase, telófase, nas quais ocorrem grande modificações no núcleo e no citoplasma. 
IMPORTÂNCIA DA MITOSE
Mitose serve para reprodução assexuada de seres unicelulares, crescimento e regeneração de tecidos de seres multicelulares. 
 METÁFASE
Nesta fase os cromossomos se encontram na região central da célula. 
Os cromossomos encontram –se em uma condensação máxima.
 
Mitose e Câncer
Mitoses anormais e aceleradas podem originar tumores malignos (Neoplasia/Câncer). Muitos tipos de câncer não têm causas conhecidas e outros estão associados a drogas, radiação e certos vírus.
Mitose
Duas regiões diferentes de um mesmo cromossomo próximas ao envelope nuclear
A lâmina nuclear
Continuidade na organização estrutural e funcional no núcleo. 
ENVELOPE
FILAMENTOS DE LAMINAS
PROTEÍNAS 
REGULATÓRIAS
PROTEÍNAS
LIGANTES 
DE LAMINAS
(LBR-HP1)
CROMATINA
Interações e domínios funcionais
Regiões do nucléolo
Miller and Beatty Science 164: 955-957 (1969)
Jim Duffy – Spector Lab