Envoltório nuclear e DNA BRUNA MARQUES DE SOUZA CAROLINE MARIA GONÇALVES SALLES KHARLA WANESSA MACIEL BARBIM LARA SARTORI GUAZZELLI LETÍCIA APARECIDA GOTTARDE.

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1 Envoltório nuclear e DNA BRUNA MARQUES DE SOUZA CAROLINE MARIA GONÇALVES SALLES KHARLA WANESSA MACIEL BARBIM LARA SARTORI GUAZZELLI LETÍCIA APARECIDA GOTTARDE PEDRO RESS RAFAELA MARIA DE SOUZA UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE DO PARANÁ – UENP CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE – CCS CAMPUS DE JACAREZINHO JACAREZINHO 2017

2 Núcleo celular e seus principais componentes  Núcleo é o centro de controle de todas as atividades celulares, geralmente, apresenta-se como uma estrutura arredondada ou alongada, com 5 a 10mm; Além de conter a maquinaria molecular para duplicar seu DNA, o núcleo é responsável pela síntese pelo processamento de todos os tipos de RNA (rRNA, mRNA e tRNA), que são exportados para o citoplasma A presença do núcleo é a principal característica que distingue as células eucariontes.

3 Núcleo celular e seus principais componentes Os principais componentes do núcleo são: Envoltório nuclear; Cromatina Matriz celular; Nucleoplasma. estrutura que envolve o núcleo das células eucarióticas, responsável por separar o conteúdo do núcleo celular do citosol material cromossômico amorfo, formado por fibras contendo DNA e proteínas é o líquido viscoso que preenche o núcleo delimitado pela carioteca

4 Núcleo celular e seus principais componentes No compartimento nuclear estão localizados: 1) Quarenta e seis cromossomos, cada um formado por uma única molécula de DNA combinadas com inúmeras proteínas. 2) várias classes de RNA (mensageiro, ribossômico, de transferência, pequenos), que são sintetizados no núcleo quando seus genes são transcritos. Estes RNA saem do núcleo pelos poros do envoltório no nuclear depois de seu processamento. 3) O nucléolo, onde estão localizados os genes dos RNAr e os RNAr recém-sintetizados.

5 Núcleo celular e seus principais componentes 4) diversas proteínas, como as que regulam a atividade dos genes, as que promovem o processamento dos RNA, as que se combinam com os RNAr no nucléolo, as DNA polimerases, as RNA polimerases, etc. Essas proteínas são produzidas no citosol e ingressam no núcleo pelos poros do envoltório nuclear. 5) os elementos mencionados se encontram dispersos na matriz nuclear ou nucleoplasma, cuja composição é escassamente conhecida.

6 Núcleo celular e seus principais componentes CROMATINA Nos períodos em que não ocorre divisão celular, quando a célula encontra-se em interfase, o material cromossômico não se vê individualizado, ao contrário, encontra- se amorfo e disperso em algumas regiões do núcleo. A este material cromossômico amorfo, dá-se o nome de cromatina. a cromatina é constituída por ácido desoxirribonucleico (DNA) associado a proteínas

7 Núcleo celular e seus principais componentes CROMATINA Uma categoria importante de proteínas que se ligam ao DNA cromossômico é a das histonas O DNA na cromatina está fortemente associado às histonas que auxiliam seu empacotamento em unidades estruturais chamadas nucleossomos.

8 Núcleo celular e seus principais componentes CROMATINA Os nucleossomos são unidades de arranjo fundamentais, o início de uma sucessão de estruturas de empacotamento que o DNA na cromatina pode sofrer que, ao final, origina o cromossomo altamente compacto como observado em microscopia óptica

9 Núcleo celular e seus principais componentes CROMATINA Por análise de células eucarióticas com microscopia óptica é possível distinguir dois tipos de cromatina em núcleos na intérfase: a heterocromatina e a eucromatina. Heterocromatina: Condensado, DNA inativo; Eucromatina: Frouxa, DNA ativo;

10 Núcleo celular e seus principais componentes NUCLÉOLO O nucléolo é a estrutura mais evidente em uma imagem de microscopia óptica de uma célula eucariótica; É uma região presente no núcleo não delimitada por membrana ao contrário das organelas clássicas, que consiste num arranjo denso, um grande agregado de RNAs e proteínas que transcrevem os genes dos RNAs ribossomais. A figura representa uma imagem de um núcleo, obtida por microscopia eletrônica, tendo o nucléolo evidenciado por sua coloração escura.

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12 Envoltório Nuclear O envelope nuclear ou invólucro nuclear é uma membrana dupla que envolve o núcleo das células eucariotas É constituído por duas membranas (interna e externa) É perfurada por milhares de poros, através das quais determinadas substâncias entram e saem do núcleo Função: Separar o conteúdo presente no núcleo do citosol, regular a troca de material entre núcleo e citoplasma.

13 Envoltório Nuclear Externa é continua com a membrana RE e é comum aparecer associada a um grande número de ribossomos Interna é sustentada pela lâmina nuclear, que é uma malha delgada de filamentos laminares (lamino filamentos). A lâmina nuclear se interrompe somente à altura dos poros e confere resistência ao envoltório nuclear e estabelece sua forma, geralmente esférica Separadas por um espaço de 40 a 70 nm, a cisterna perinuclear

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15 Poros do Envoltório Nuclear Os 3.000 a 4.000 poros que envoltório nuclear tem são muito mais simples que canais entre o nucleoplasma e o citosol; Neles existem um conjunto de proteínas chamadas nucleoporinas, que compõem uma estrutura denomina complexo do poro e que consta vários elementos.

16 Poros do Envoltório Nuclear Os elementos são:  Oito colunas proteicas: formam uma parede cilíndrica  Proteínas de ancoragem: fixam as colunas proteicas ao envoltório nuclear

17 Poros do Envoltório Nuclear  Proteínas radiais: surgem das colunas e se orientam para o centro do poro; se comportam como um diafragma  Fibrilas proteicas: se projetam para o nucleoplasma e o citosol; uma fibra circular une as fibrilas da parte interna

18 Poros do Envoltório Nuclear Complexo do Poro  Mede cerca de 30 nm de altura e 100 nm de diâmetro.  As proteínas radiais medem entre 9 e 25 nm.  Através deles passam íons e moléculas pequenas e grandes em ambas as direções.  Os íons e as moléculas pequenas são transferidos de modo passivo  As macromoléculas forçam o encurtamento das proteínas radiais, adaptando sua abertura às dimensões das moléculas que devem atravessá-lo.

19 Poros do Envoltório Nuclear  As macromoléculas que entram e saem pelos poros são reguladas:  As que ingressam no núcleo são as proteínas enumeradas e certos RNA pequenos.  As que saem do núcleo, são proteínas envelhecidas ou que deixaram de funcionar.

20 Entrada de Proteínas Pequenas moléculas podem atravessar os poros nucleares livremente, enquanto a maioria das macromoléculas, muito grandes para tanto, requerem um processo especial. A passagem de macromoléculas através do complexo de poro é regulada Mecanismo seletivo; Só entram proteínas que apresentem um peptídeo sinalizador específico; Precisam estar associadas a outras proteínas específicas; Importina ou transportina

21 Entrada de proteínas  Usa energia da célula para promover transporte ativo através dos poros nucleares, em qualquer das duas direções  Os poros nucleares permitem a difusão livre de pequenas moléculas solúveis em água, impedem que quaisquer proteínas assim como os ácidos nucléicos (DNA e RNA) saiam e entrem no núcleo de forma inapropriada TRANSPORTE ATIVO

22 Entrada de Proteínas Etapas da entrada de proteínas no núcleo:  1) a proteína se liga à importina por meio do NSL e ambas as moléculas são colocadas próximo do complexo do poro;  2) durante a passagem é gasto um GTP, cuja hidrólise está a cargo de uma proteína chamada Ran, a qual se trata de um transporte ativo;

23 Entrada de Proteínas  3) quando o complexo importina- proteína ingressa no núcleo também o faz a Ran-GDP;  4) no núcleo, há substituição do GDP da Ran por um GTP, depois do que a Ran-GTP se une ao complexo importina-proteína;  5) essa união faz com que a importina se torne independente da proteína, que fica retida no núcleo;

24 Entrada de Proteínas  6) ao contrário, a importina e a Ran-GTP permanecem unidas, atravessam o complexo do poro e retornam ao citosol;  7) no citosol, a GAP induz a Ran a hidrolisar o GTP a GDP  8) finalmente, a Ran-GDP e importina livres podem ser reutilizadas para fazer ingressar novas proteínas no núcleo.

25 SAÍDA DE PROTEÍNAS E DE MOLÉCULAS DE RNA  As proteínas que saem do núcleo dependem também de sinais específicos para poder atravessar os poros envoltórios nuclear.  Os peptídeos sinalizadores são denominados NES.  As proteínas são chamadas exportinas.

26 SAÍDA DE PROTEÍNAS E DE MOLÉCULAS DE RNA As proteínas destinadas a ser exportadas para o citoplasma a partir do núcleo, são “etiquetadas” com uma sequência específica de aminoácidos chamada sinal de exportação nuclear que são reconhecidos por receptores, chamados exportinas, que direcionam a proteína para o poro nuclear

27 SAÍDA DE PROTEÍNAS E DE MOLÉCULAS DE RNA A passagem de uma proteína do núcleo para o citosol através do complexo do poro ocorre em várias etapas. Que são:  1) a proteína se une a exportina por meio do NES. Simultaneamente, a GEF remove o GDP de uma Ran- GDP ou substitui por um GTP de modo que se forme Ran-GTP;  2) a Ran-GTP se une à proteína por meio da exportina;  3) unidas entre si, a proteína e a exportina se aproximam do poro nuclear atravessando-o após prévio alargamento;

28 SAÍDA DE PROTEÍNAS E DE MOLÉCULAS DE RNA  4) ao término da passagem induzida pela GAP, a Ran-GTP hidrolisia o GTP a GDP, do que resulta uma Ran-GDP;  5) a proteína fica retida no citosol. Ao contrário a Ran-GDP e a exportina retornam ao núcleo separadamente;  6) finalmente, a Ran-GDP e a exportina livres podem ser reutilizadas para transferir novas proteínas para o citosol;

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30 DNA  O DNA (Ácido Desoxirribonucleico) é uma molécula presente no núcleo das células de todos os seres vivos e que carrega toda a informação genética de um organismo.  A molécula de DNA consiste em duas cadeias de nucleotídeos dispostas em hélice (dupla-hélice) em torno de um eixo.  As bases púricas e pirimídicas de cada cadeia polinucleotídica situam-se dentro da hélice dupla como se fossem degraus de uma escada.

31 DNA  Os dois filamentos que constituem o DNA enrolam-se um sobre o outro e unem-se através de pontes de hidrogênio, que se formam entre as 4 bases nitrogenadas dos nucleotídeos:  A - Adenina;  T - Timina;  C - Citosina;  G - Guanina.

32  Em razão das dimensões das moléculas das bases, o pareamento apenas tem lugar entre a timina e a adenina ou entre a guanina e a citosina das cadeias complementares.  Considerando-se os dois polinucleotídeos que constituem a molécula de DNA, as bases estão sempre pareadas na sequência T-A ou G-C, o que explica a existência, no DNA, de número igual de moléculas T e A, e de G e C. DNA

33  Quando as pontes de hidrogênio são rompidas, os dois filamentos polinucleotídicos da hélice sofrem desnaturação, separando-se; quando baixa a temperatura, eles se unem novamente.  A desnaturação pelo rompimento das pontes de hidrogênio pode ser completa ou parcial.  Essa desnaturação ocorre mais cedo nas ligações AT, que têm duas pontes de hidrogênio.  As ligações CG são mais resistentes, pois têm três pontes de hidrogênio.  Ao longo da molécula de DNA, cada volta completa de hélice contém 10 nucleotídeos. A hélice dupla tem um diâmetro de 2 nm, e sua superfície mostra 2 sulcos, um dos quais mais acentuado que o outro.

34 DNA  As bases (hidrofóbicas) situam-se dentro da hélice, e os resíduos de desoxirribose (hidrofílicos) e de ácido fosfórico (ionizado e hidrofílico) localizam- se na periferia, em contato com a água intracelular  Ao lado das pontes de hidrogênio (elemento principal da união entre dois filamentos polinucleotídeos da hélice dupla), a interação hidrofóbica das bases pareadas contribui para manter a estabilidade da hélice de DNA.  Os grupos fosfóricos, ionizados negativamente, permitem ao ácido desoxirribonucleico combinar-se com proteínas básicas, carregadas positivamente, ou com outras moléculas eletricamente positivas.

35 Transcrição do DNA  O DNA é uma molécula informacional.  Ela passa informações para o RNA, dentro do núcleo, que, por sua vez, fora do núcleo, transcreve informações.  a transcrição é realizada por um complexo enzimático cuja enzima chave é a RNA polimerase, composta de varias subunidades e que realiza a polimerização do RNA a partir de um molde de DNA.  A síntese de RNA se inicia com a separação das duas fitas de DNA. Apenas uma das fitas do DNA serve de molde para a produção da molécula de RNA. A outra fita não é transcrita.

36 Transcrição do DNA  A síntese ocorre pela união de nucleotídeos, U, C e G, entre si, que são alinhados seguindo a ordem definidos pelos nucleotídeos complementares do DNA.  Essa complementaridade determina que as bases A, U, C e G do RNA formem pares, respectivamente com as bases T, A, G e C do DNA.  Consecutivamente, quando dois nucleotídeos se unem, corresponde a uma ligação fosfodiéster . As ligações fosfodiéster são conduzidas e catalisadas por enzimas RNA Polimerase, pois não ocorrem espontaneamente.

37 Transcrição do DNA Esse processo acontece em 3 etapas : IniciaçãoTérminoAlongamento

38 Transcrição do DNA Iniciação  Enzimas especificas desfazem a dupla-hélice do DNA  Ocorre apenas no gene que vai ser transcrito.  A síntese de RNA começa em regiões especificas do DNA, chamada promotoras - sequencias especificas reconhecidas pela RNA polimerase que direcionam a transcrição do gene  Essas sequencias podem ser bastante variáveis, mas mantem a função promotora.

39 Transcrição do DNA Alongamento  A RNA polimerase atua apenas em uma fita do DNA e sempre na mesma, denominada fita codificante ou ativa  A RNA polimerase encaixa nucleotídeos, produzindo uma única fita de RNA, complementar à fita de DNA que serve de molde  É importante que o RNA atue somente em uma fita, pois RNAs diferentes serão produzidos a partir da transcrição de fitas distintas de DNA.  À medida que o RNA vai sendo sintetizado, o DNA vai sendo despareado a sua frente.

40 Transcrição do DNA  O RNA vai se desligando do DNA que lhe serviu de molde.  Quando chega ao final do gene, a RNA polimerase se desprende do DNA e a molécula de RNA é liberada.  A molécula de DNA é pareada e se fecha.

41 Replicação do DNA  Ao fim da divisão celular, as células-filhas herdam a mesma informação genética contida na célula-mãe.  Como essa informação encontra-se no DNA, cada uma das moléculas de DNA deve gerar outra molécula de DNA idêntica à original para que ambas sejam repartidas nas duas células- filhas.

42 Replicação do DNA  A interfase (fases G1, S, G2 e M) e a mitose são etapas que se alternam ciclicamente.  Vale lembrar que desde a fase S até a mitose, os DNA-filhos derivados de um mesmo DNA- progenitor permanecem juntos, unidos na altura do centrômero por meio de coesinas.  Enquanto estão unidos, esses DNA recebem o nome de cromátides-irmãs.  O centrômero é evidenciado durante a mitose, quando a cromatina da ambas as cromátides alcançam o grau máximo de compactação.  Desempenha uma função crucial na separação das cromátides-irmãs, pois graças a ele cada célula-filha recebe somente uma cromátide, que passa a ser chamada de cromossomo após a separação.

43 Replicação do DNA  Para que possam ser geradas duas moléculas de DNA a partir de uma, primeiro precisam ser separadas as duas cadeias da dupla-hélice do DNA-progenitor, pois são utilizadas como moléculas para a construção das cadeias complementares.  Como as cadeias recém-sintetizadas não se separam das respectivas cadeias moldes, formam-se duas novas duplas-hélices de DNA idênticas à anterior.  Vimos que o DNA não está sozinho, pois ele permanece ligado a proteínas e que a integração de ambas as moléculas recebe o nome de cromatina.

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45 Genes  O gene é um segmento de uma molécula de DNA, responsável pelas características herdadas geneticamente.  Calcula-se que existam cerca de 20.000 genes distribuídos nos 46 cromossomos humanos.  Eles se localizam em um sítio específico do cromossomo, chamado de lócus.  Cada alça formada com o dobramento da cromatina de 30 nm, pode corresponder a um gene. Ao todo os genes compreendem cerca de 10% do DNA nuclear, e ainda não se sabe o significado da maior parte restante.

46 Genes Heterozigoto (Híbrido): presença de genes alelos diferentes Homozigoto (Puro): presença de genes alelos iguais Gene dominante Gene recessivo

47 Genes  Realizar a síntese das moléculas de RNA e, assim como o DNA restante, eles replicam (sintetizam) moléculas de DNA complementares que são repartidas das células-filhas com a finalidade de se autoperpetuar.  os genes constituem as entidades biológicas por meio das quais as características físicas são transmitidas dos pais para os filhos. Função As mutações acumuladas pelos genes com o passar do tempo podem ter um resultado benéfico para a evolução da espécie.

48 Genes  É necessário que as informações do núcleo contidas no DNA sejam levadas até o citosol para que ocorra síntese proteica.  Esta transferência é um processo complexo que requer a intervenção da uma molécula intermediária:  RNAm: copia a informação contida no DNA e dirige-se ao citosol, no qual conduz a síntese de proteína.  Dessa maneira, no núcleo, o DNA determina a sequência dos nucleotídeos do RNAm; e no citoplasma, o RNAm estabelece a sequência de aminoácidos da proteína.

49 Referências ALBERTS; Bray; Hopkin; Johnson; Lewis; Raff; Roberts & Walter. Fundamentos da Biologia Celular. 3a ed. Porto Alegre. Artmed, 2011. DE ROBERTIS, Edward M.. Biologia celular e molecular. 16 ed. –Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2014. JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 9.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013.