BIOLOGIA I - Aula 10 - Núcleo e Cromossomos

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Núcleo e Cromossomos Técnica de Visualização de Cromossomos

BIOLOGIA I 1. Introdução O núcleo é uma estrutura celular eucariótica responsável pelo controle das funções celulares. As células podem ser classificadas em grupos quanto a forma do núcleo: • • • •

Uninucleadas: possuem um núcleo, como a maioria das células corporais; Binucleadas: possuem dois núcleos, como o músculo cardíaco, células de revestimento da bexiga e certas espécies de protistas ciliados; Multinucleadas: possuem vários núcleos, como os músculos estriados esqueléticos dos vertebrados; Anucleadas: não possuem núcleo porque na sua diferenciação ele foi perdido, como as hemácias.

Em relação à forma do núcleo existem diferentes formas, com a maioria das células com núcleo arredondado, como os hepatócitos, porém existem células com núcleo achatado, como as células da pele; elíptico, como as células de revestimento do estômago; reniforme, como os monócitos do sangue, dentre outras formas.

Em determinadas regiões da carioteca, as membranas interna e externa, se fundem formando um poro denominado poro nuclear ou annuli, local onde ocorrerão trocas de substâncias entre o núcleo e o citoplasma. Estes poros são formados por um complexo proteico denominado complexo de proteínas do poro, dentre elas destacam-se as proteínas de ancoragem, as substâncias do anel e as proteínas em cesta. Este complexo controle quais proteínas ou outras moléculas irão adentrar no núcleo e quais irão ser direcionadas ao citoplasma da célula. O controle dessas substâncias dá-se pelo seguinte mecanismo: •

O estudo do núcleo se abrange quatro compartimentos: a carioteca, o nucleoplasma, cromatina, e o nucléolo. 2. Núcleo - Carioteca

•

A molécula que se encontra dentro do núcleo irá se ligar a uma proteína do complexo do poro denominada exportina, e então será carregada para o citoplasma; A molécula que se encontra no citoplasma irá se ligar a uma proteína do complexo do poro denominado importina, e então será carregada para o núcleo. 3. Núcleo – Nucleoplasma

A carioteca representa a membrana que delimita o núcleo da célula, sendo também denominada de envelope ou envoltório nuclear. A função desta estrutura é separar o material genético do material citoplasmático, conferindo proteção e compartimentalização do conteúdo nuclear. A constituição da carioteca é de duas membranas lipoproteicas, externa e interna, sendo a externa contínua com o Retículo Endoplasmático Granular e com ribossomos associados e a interna lisa. Entre a membrana externa e a membrana interna existe um espaço denominado espaço perinuclear. Após a membrana interna existe uma lâmina nuclear composta de filamentos proteicos que sustenta e mantem a forma da carioteca. Além disso, a lâmina nuclear fornece pontos de ancoramento dos cromossomos dentro do núcleo, em uma forma de organização.

O nucleoplasma ou cariolinfa é uma solução semelhante ao citoplasma, porém retida dentro do núcleo, onde envolve a cromatina e o nucléolo. Nessa solução aquosa existe água, íons, ATP, nucleotídeos, nucleosídeos, enzimas (envolvidas na transcrição do RNA e duplicação do DNA). 4. Núcleo – Nucléolo O nucléolo é uma massa densa não delimitada por membrana podendo encontrar-se solitários ou em duplas nas células. Os nucléolos são originários de um tipo especial de cromossomo denominado cromossomo organizador do nucléolo, onde em sua extremidade possui uma região denominada zona SAT que dá origem a estrutura nucleolar.

Os nucléolos são divididos em duas zonas: fibrilar e granular. A zona fibrilar e rica em RNA ribossômico e a granular é rica em ribonucleoproteínas. Os nucléolos são constituídos por um tipo especial de RNA, o RNA ribossômico, ou seja, o RNA que compõe os ribossomos. Os genes responsáveis pela codificação do RNA estão contidos em uma região especial, denominada região organizadora do nucléolo. As moléculas de RNA ribossômico são produzidas nas regiões organizadoras do nucléolo e então passam a se associar a proteínas formando ribonucleoproteínas, as quais ficarão retidas no núcleo durante um período, então sairão do núcleo em direção ao citoplasma mediante os poros da carioteca e lá formarão os ribossomos. À medida que ocorre esse processo, novos RNAs são formados e o ciclo se reinicia.

encontram-se emaranhados nos núcleo, compondo a cromatina. entretanto quando a célula passa pelo processo de divisão celular, cada filamento cromossômico se enovela um sobre o outro, formando um aspecto grosso e condensado. O processo de condensação do material genético dá-se da seguinte maneira: 1 – Cada molécula de DNA (DUPLA HÉLICE) está envolvida por uma série de proteínas denominadas histonas (H1, H2A, H2B, H3 e H4); 2 – Cada histona, globosa, envolve em torno de si mesma uma pequena parte da molécula de DNA, formando uma estrutura denominada nucleossomo, ao longo de todo o cromossomo em formação; 3 – Após a formação dos nucleossomos, cada nucleossomo, vai se enrolar um sobre o outro, como um fio de telefone, formando uma mola altamente compacta denominada solenoide ou fibra cromossômica; 4 – Após os nucleossomas se enrolarem um sobre os outros e ocorrer a formação das fibras, cada fibra, irá se enrolar ou enovelar uma sobre as outras, formando uma estrutura altamente compacta denominada cromonema, associadas a proteínas, cuja função é sustentar o filamento altamente condensado de DNA; 5 – Por fim, no momento da divisão celular, cada cromonema irá enrolar-se um sobre o outro, originando um material extremamente condensado, denominado cromossomo.

5. Núcleo – Cromatina O termo cromatina vem do grego chroma que significa cor, empregado pois verifica-se a coloração diferenciada do núcleo em certos corantes. A cromatina pode ser dividida em dois tipos, de acordo com a coloração do núcleo em determinada fase da divisão celular: a heterocromatina e a eucromatina. A heterocromatina representa regiões mais coradas do DNA, pois há maior condensação do material genético, ao passo que a eucromatina corresponde a regiões menos coradas e, portanto menos condensadas, justamente os locais onde há atividade gênica, enquanto que na heterocromatina o material está inerte.

Cromossomos Os cromossomos das células eucarióticas são longos fios constituídos de DNA mais proteínas associadas. Em uma célula sem processo de divisão celular os filamentos cromossômicos

Estrutura Geral do Cromossomo

A estrutura geral de um cromossomo contém áreas de pequenas estrangulações denominadas constrições primárias ou centrômero, entretanto podem existir constrições secundárias, que caso sejam de cromossomos do nucléolo contém a zona

SAT. Cada cromossomo é formado por braços denominados cromátides, unidas entre si pelo centrômero, e as cromátides de um mesmo cromossomo chamam-se cromátides-irmãs, onde cada célula-filha irá receber um par de cromátides-irmãs. Classificação dos Cromossomos Os cromossomos podem ser classificados quanto a posição do centrômero em: • • • •

Metacêntrico: centrômero no meio e cromátides de mesmo tamanho. Submetacêntrico: centrômero está um pouco deslocado Acrocêntrico: centrômero está próximo do fim do cromossomo. Telocêntrico: centrômero está tão próximo do fim do cromossomo que só exite um braço cromossômico.

extremidade, a síntese da molécula de DNA é dependente de uma enzima denominada telomerase, portanto sem esta enzima, a célula não consegue produzir as extremidades de seus

cromossomos e os telômeros das células-filhas serão menores. Inicialmente as células embrionárias produzem telomerase normalmente, apenas células diferenciadas deixam de produzi-la e passam a gerar células-filhas com telômeros menores. A presença de cromossomos com telômeros menores pode ocasionar um processo denominado apoptose, uma morte celular programada, ou seja, quando os telômeros diminuem muito, há uma programação nas células, que ativam inúmeras reações que terminam na morte celular. Cromossomos Gigantes Os Cromossomos Gigantes: alguns seres vivos possuem determinadas células de seus tecidos com cromossomos maiores que os demais e por isso, estes são denominados cromossomos gigantes. Existem dois tipos de cromossomos gigantes, politênicos e plumosos. Os cromossomos politênicos estão presentes nas glândulas salivares e intestino de mosquitos e é resultado do

emparelhamento e multiplicação sem separação das cromátides. Em determinadas áreas existe uma desespiralização, sendo denominada de “puff” onde há intensa síntese proteica, utilizada na fabricação da seda. Telômeros As extremidades dos cromossomos possuem uma organização especial e são denominadas telômeros. Nesta

Os cromossomos plumosos aparecem em ovócitos de anfíbios, répteis, aves e alguns insetos, sendo resultado da desenovelação dos cromômeros.

cromossomos autossômicos e 1 par sexual (XY) e o feminino possui 22 pares de cromossomos autossômicos e 1 par sexual (XX). Os gametas possuem 23 cromossomos, sendo os masculinos (espermatozoides) com 22 autossômicos e 1 sexual, podendo tanto ser X quanto Y e o feminino (ovócito) 22 autossômicos e 1 sexual sendo obrigatoriamente X. Na fecundação, o zigoto recebe 23 cromossomos do pai e 23 cromossomos da mãe, totalizando 46 cromossomos, com sexo determinado pelo pai, uma vez que ele pode doar tanto X quanto Y. Os dois representantes de cada tipo de cromossomo de uma célula originada do zigoto, um herdado do pai e outro da mae, são chamados de cromossomos homólogos.

Cromossomos e Genes As moléculas de DNA presentes em um cromossomo são sequências de nucleotídeos que armazenam a informação genética em suas bases nitrogenadas. Cada trecho do DNA que contém informação para a produção de uma proteína, é denominado gene. Esse gene está em um determinado local no cromossomo, denominado loco gênico, ou locus. Genes que ocupam o mesmo locus em cromossomos homólogos são denominados genes alelos e são responsáveis pela produção da mesma proteína. O conjunto de moléculas de DNA de uma espécie, que contém todos os seus genes e também a sequência de bases nitrogenadas que não possui informação codificada é denominado genoma. • •

Célula Haploide: são representados pelos gametas, e possuem apenas 23 cromossomos, são representados pela letra n. Célula Diploide: todas as células corporais a exceção dos gametas e possuem 46 cromossomos, são representados como 2n. 5. Citogenética Humana

A Citogenética Humana é o ramo da Biologia que estuda os cromossomos humanos e é uma das áreas mais recentes da Biologia, tendo seu progresso a partir de 1996. Atualmente os cientistas têm condições de identificar, na gravidez, fetos cujos cromossomos possuem alteração e possam vir a ser afetados por essa má-formação. Esses procedimentos fazem parte do aconselhamento genético, cuja técnica mais empregada é a montagem do cariótipo ou idiograma. A técnica dá-se da seguinte maneira: Na espécie humana, são encontrados 24 tipos de moléculas de DNA que formam os cromossomos humanos. Dos 24 tipos, 22 são autossômicos e os outros 2 tipos são os cromossomos sexuais identificados pelas letras X e Y. Os cromossomos autossômicos estão presentes igualmente em ambos os sexos e os sexuais são os que variam entre os sexos e delimitam células perfis masculinos e femininos. Cada célula do corpo possui 46 cromossomos, a exceção dos gametas. O sexo masculino possui 22 pares de

1 – Retira-se um pouco de sangue da pessoa; 2 – Separação das hemácias por técnica de decantação e os glóbulos brancos são colocados em solução nutritiva; 3 – Acrescenta-se a solução uma substância chamada fitoemaglutinina, que induz a proliferação dos linfócitos;

4 – Após alguns dias acrescenta-se colchicina, um bloqueador da divisão celular, exatamente na fase em que os cromossomos estão mais condensados e pode-se visualiza-los ao microscópio; 5 – Após algumas horas de ter-se adicionado a colchicina, acrescenta-se uma solução hipotônica, porque isso faz com as células inchem; 6 – As amostras são centrifugadas e colocadas sobre lâminas de microscópio e goteja-se novamente a solução hipotônica, rompendo as células e liberando os cromossomosnas lâminas; 7 – Os cromossomos são visualizados e fotografados e então as fotos são recortadas e organizadas por ordem decrescente de tamanho e de acordo com a posição dos centrômeros, em um processo chamado cariograma.

Cariótipo Masculino

Cariótipo Humano Normal O conjunto de cromossomos de uma célula constitui o cariótipo, cuja técnica foi descrita acima. Alguns cromossomos são facilmente identificados pelo tamanho e forma, outros parecidos são quase indistinguíveis na morfologia, sendo identificados pelo padrão de bandas em suas cromátides. A imagem abaixo representa os cariótipos de um homem e uma mulher.

Cariótipo feminino Exercícios de fixação 01 - Cite os quatro constituintes do núcleo. 02 - Descreva a estrutura da carioteca e sua relação com o Retículo Endoplasmático Granular. 03 - Conceitue: a) Cromossomo; b) Cromatina; c) Heterocromatina; d) Eucromatina; e) Gene;

f) Locus gênico; g) Genes Alelos. Exercícios Complementares

01 – (UFC – CE) Analise as afirmativas a seguir, acerca dos

elementos constituintes do núcleo celular eucariótico. I – Cada cromossomo possui uma única molécula de DNA. II – Histonas são proteínas relativamente pequenas que se ligam fortemente ao RNA. III – Os nucléolos podem atuar na síntese de carboidratos que migram do núcleo para o citoplasma. Pode-se afirmar, de modo correto, que: a) Somente I é verdadeira. b) Somente II é verdadeira. c) Somente I e II são verdadeiras. d) Somente I e III são verdadeiras. e) Somente II e III são verdadeiras.

02 - (Fuvest – SP) Quando afirmamos que o metabolismo da

célula é controlado pelo núcleo celular, isso significa que: a) Todas as reações metabólicas são catalisadas por moléculas e componentes nucleares; b) O núcleo produz moléculas que, no citoplasma, promovem a síntese de enzimas catalisadoras das ações metabólicas; c) O núcleo produz e envia, para todas as partes da célula, moléculas que catalisam as reações metabólicas; d) Dentro do núcleo, moléculas sintetizam enzimas catalisadoras das reações metabólicas; e) O conteúdo do núcleo passa para o citoplasma e atua diretamente nas funções celulares, catalisando as reações metabólicas. 03 - (UERJ) “É como se em cada quarto de um imenso prédio existisse uma estante contendo os planos do arquiteto para todo o prédio [...] No homem, os planos do arquiteto montam 46 volumes”. Nessa analogia proposta por Richard Dawkins no livro “O gene egoísta”, cada página de cada volume contém um texto formado por uma sequência de: a) Fenótipos b) Aminoácidos c) Cromossomos d) Bases Nitrogenadas 04 - (UNIRIO) Qual das seguintes estruturas celulares é responsável pela formação dos ribossomos? a) Retículo Endoplasmático. b) Complexo de Golgi. c) Centríolo. d) Nucléolo. e) Lisossomo.

05 - (UFLA – MG) Qual das seguintes alternativas é correta em relação ao nucléolo?

a) É uma estrutura intranuclear envolvida por membrana. b) Não é visível no núcleo interfásico. c) É o local de síntese do RNA ribossômico e das subunidades ribossômicas. d) É o local de síntese das proteínas ribossômicas.

06 - (Fuvest – SP) Em determinada espécie de animal, o número

diploide de cromossomos é 22. Nos espermatozoides, nos óvulos e nas células epidérmicas dessa espécie serão encontrados, respectivamente: a) 22, 22 e 44 cromossomos. b) 22, 22 e 22 cromossomos. c) 11, 11 e 22 cromossomos. d) 44, 44 e 22 cromossomos. e) 11, 22 e 22 cromossomos. 07 - (ENEM – MEC) Define-se genoma como o conjunto de todo o material genético de uma espécie, que, na maioria dos casos, são as moléculas de DNA. Durante muito tempo, especulou-se sobre a possível relação entre o tamanho do genoma — medido pelo número de pares de bases (pb) —, o número de proteínas produzidas e a complexidade do organismo. As primeiras respostas começam a aparecer e já deixam claro que essa relação não existe como mostra a tabela abaixo.

De acordo com as informações acima: a) O conjunto de genes de um organismo define o seu DNA. b) a produção de proteínas não está vinculada à molécula de DNA. c) o tamanho do genoma não é diretamente proporcional ao número de proteínas produzidas pelo organismo. d) quanto mais complexo o organismo, maior o tamanho de seu genoma. e) genomas com mais de um bilhão de pares de bases são encontrados apenas nos seres vertebrados.

08 - (UFRRJ) Qual alternativa que apresenta a associação correta entre os itens A, B e C e os itens 1, 2, 3 e 4? 1 – Genoma 2 – Gene 3 – Cromossomo 4 – Cariótipo

A – Segmento de DNA que contém instrução para a formação de uma proteína. B – Estrutura formada por uma única molécula de DNA, muito longa, associada a proteínas, visível durante a divisão celular. C – Conjunto de genes de uma espécie.

núcleo similar, diferem dos animais por apresentarem envoltório externo a membrana plasmática, denominado parede celular. Aponte o motivo pelo qual o envoltório nuclear deve apresentar poros. Em seguida, cite a função da parede celular e sua constituição química.

a) A – 1; B – 2; C – 3; b) A – 2; B – 3, C – 1; c) A – 2; B – 4; C – 1; d) A – 3; B – 2; C – 4; e) A – 3; B – 4; C – 1.

09 - (UEMS) Analise as seguintes afirmações: I. A cromatina é composta por uma molécula de DNA enrolada em proteínas denominadas histonas. II. A Eucromatina corresponde a uma região em que o DNA se apresenta desenrolado, porque seus genes não estão ativos. III. A Heterocromatina corresponde a uma região em que os genes estão inativos ou desligados, uma vez que o DNA não tem uma boa superfície de contato com as substâncias dissolvidas no nucleoplasma.

13 – (UFMA) Um geneticista responsável pelo laboratório de investigação de paternidade advertiu seu assistente que seriam utilizados linfócitos para extração de DNA. O assistente não entendeu por que os eritrócitos não poderiam ser utilizados. Que explicação você daria a esse jovem? 14 – (Unicamp – SP) Comente a frase: “Cromossomos e cromatina são dois estados morfológicos dos mesmos componentes celulares dos eucariotos”. GABARITO Exercícios de fixação

Está(-ão) correta(s): a) Apenas I e II. b) Apenas I e III. c) Apenas I. d) Apenas II. e) Apenas II e III. 10 - (U.F.UBERLÂNDIA-MG) Com respeito ao cromossomo abaixo esquematizado, sabemos que:

a)

o

número 1 indica a constrição secundária. b) ele é do tipo metacêntrico. c) o nucleotídio está indicado pelo número 2. d) o número 3 indica o telômero. e) o centrômero está indicado pelo número 4. 11 - (UFSCAR) Ao compararmos células somáticas de diferentes tecidos do corpo de uma pessoa, encontraremos:

01 - Carioteca, nucléolo, nucleoplasma e cromatina. 02 – A carioteca é constituída por uma membrana externa contínua com o Retículo Endoplasmático Rugoso e, portanto rica em ribossomos e uma membrana interna lisa. Em certas regiões essas membranas se unem formando os poros do núcleo. Abaixo da membrana interna, existe uma lâmina nuclear, com composição química diferente e formada por

proteínas que dão sustentação a carioteca como um todo. A ligação da Membrana externa com o Retículo permite uma ligação direta entre o material que ira formar proteínas (RNA) e a sua leitura pelos ribossomos, originando proteínas. 03 – a) Os cromossomos são longas estruturas constituídas por uma molécula de DNA associada a histonas, com um alto índice de enovelamento. b) Material que forma cada um dos cromossomos, formado por uma molécula de DNA e histonas, com um nível de enovelamento menor do que no cromossomo. c) Região em que os filamentos de cromatina estão mais condensados. d) Região em que os filamentos de cromatina estão menos condensados. e) Trecho do DNA que contém a informação para codificar uma proteína. f) Local em que se encontra determinado gene no cromossomo. g) Genes que ocupam o mesmo locus em cromossomos homólogos. Exercícios Complementares

12 - (UERJ) As células animais possuem núcleo delimitado por um envoltório poroso que funciona como uma barreira entre o material nuclear e o citoplasma. As células vegetais, apesar de

01 – A 02 – B 03 – D 04 – D 05 – C 06 – C 07 – C 08 – B 09 – B 10 – A 11 – E

12 - O envoltório nuclear apresenta poros para permitir a troca seletiva de substâncias entre o núcleo e o citoplasma e viceversa. A parede celular é constituída de celulose e hemicelulose, e tem a função de sustentar a célula, proteção, e resistência. 13 - As hemácias são células anucleadas, portanto não possuem núcleo, não permitindo a montagem dos cromossomos existentes no núcleo da célula. Somente as precursoras das hemácias possuem núcleo. 14 - Os cromossomos são estruturas nucleares visíveis durante a divisão celular porque estão condensados. A cromatina visível durante as fases anteriores da divisão celular é o conjunto de cromossomos de uma célula que estão descondensados.