O que é embalagem de DNA? - Ciência - 2023

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o Embalagem de DNA é um termo que define a compactação controlada do DNA dentro da célula. Em nenhuma célula (e na verdade, nem mesmo em vírus) o DNA está livre, solto e em solução verdadeira.

O DNA é uma molécula extremamente longa que também está sempre interagindo com uma grande variedade de proteínas diferentes. Para o processamento, herança e controle da expressão dos genes que carrega, o DNA adota uma organização espacial particular. Isso é realizado pela célula ao controlar estritamente cada etapa do empacotamento do DNA em diferentes níveis de compactação.

Os vírus têm diferentes estratégias de empacotamento para seus ácidos nucléicos. Um dos favoritos é o da formação de espirais compactas. Pode-se dizer que os vírus são ácidos nucléicos embalados nas próprias proteínas que os cobrem, protegem e mobilizam.

Em procariotos, o DNA está associado a proteínas que determinam a formação de alças complexas em uma estrutura chamada nucleóide. O nível máximo de compactação do DNA em uma célula eucariótica, por outro lado, é o cromossomo mitótico ou meiótico.

O único caso em que um B-DNA não é empacotado é um laboratório de pesquisa que busca esse propósito.

Estrutura do DNA

O DNA é composto por duas bandas antiparalelas que formam uma dupla hélice. Cada um deles tem um esqueleto de ligação fosfodiéster no qual os açúcares ligados a bases nitrogenadas são fixados.

Dentro da molécula, as bases nitrogenadas de uma banda formam ligações de hidrogênio (duas ou três) com a banda complementar.

Em uma molécula como essa, a maioria dos ângulos de ligação importantes mostra rotação livre. As ligações nitrogênio-base-açúcar, grupo açúcar-fosfato e fosfodiéster são flexíveis.

Isso permite que o DNA, visto como uma haste flexível, mostre alguma capacidade de se dobrar e torcer. Essa flexibilidade permite ao DNA adotar estruturas locais complexas e formar loops de interação em distâncias curtas, médias e longas.

Essa flexibilidade também explica como 2 metros de DNA podem ser mantidos em cada célula diplóide de um ser humano. Em um gameta (célula haplóide), seria um metro de DNA.

O nucleóide bacteriano

Embora não seja uma regra inquebrável, o cromossomo bacteriano existe como uma única molécula de DNA de banda dupla superenrolada.

A dupla hélice torce mais sobre si mesma (mais de 10 bp por volta), produzindo assim alguma compactação. Nós locais também são gerados graças a manipulações que são controladas enzimaticamente.

Além disso, existem sequências no DNA que permitem que os domínios se formem em grandes voltas. Chamamos a estrutura resultante da superenrolada e dos loops ordenados de nucleóide.

Estes sofrem mudanças dinâmicas graças a algumas proteínas que fornecem alguma estabilidade estrutural ao cromossomo compactado. O grau de compactação em bactérias e arquéias é tão eficiente que pode haver mais de um cromossomo por nucleóide.

O nucleóide compacta o DNA procariótico pelo menos 1000 vezes. A própria estrutura topológica do nucleóide é uma parte fundamental da regulação dos genes que o cromossomo carrega. Em outras palavras, estrutura e função constituem a mesma unidade.

Os níveis de compactação do cromossomo eucariótico

O DNA no núcleo eucariótico não está nu. Ele interage com muitas proteínas, as mais importantes das quais são as histonas. As histonas são pequenas proteínas carregadas positivamente que se ligam ao DNA de uma forma não específica.

No núcleo, o que observamos é um DNA complexo: histonas, que chamamos de cromatina. A cromatina altamente condensada, que geralmente não é expressa, é a heterocromatina. Em contraste, o menos compactado (mais solto), ou eucromatina, é a cromatina com genes que são expressos.

A cromatina possui vários níveis de compactação. O mais elementar é o do nucleossomo; Ele é seguido pela fibra solenóide e pelos laços de cromatina em interfase. É apenas quando um cromossomo se divide que os níveis máximos de compactação são mostrados.

O nucleossomo

O nucleossomo é a unidade básica de organização da cromatina. Cada nucleossomo é composto por um octâmero de histonas que formam uma espécie de tambor.

O octâmero é composto por duas cópias de cada uma das histonas H2A, H2B, H3 e H4. Ao redor deles, o DNA gira em torno de 1,7 vezes. Isso é seguido por uma fração de DNA livre chamada linker de 20 bp associado à histona H1, e então outro nucleossomo. A quantidade de DNA em um nucleossomo e o que o liga a outro é de cerca de 166 pares de bases.

Esta etapa de empacotamento de DNA compacta a molécula cerca de 7 vezes. Ou seja, vamos de um metro a pouco mais de 14 cm de DNA.

Esse empacotamento é possível porque as histonas positivas cancelam a carga negativa do DNA e a conseqüente autorepulsão eletrostática. A outra razão é que o DNA pode ser dobrado de tal forma que pode inverter o octâmero das histonas.

Fibra de 30 nm

A fibra de contas em um colar formado por muitos nucleossomos sucessivos é posteriormente enrolada em uma estrutura mais compacta.

Embora não tenhamos certeza de qual estrutura ele realmente adota, sabemos que atinge uma espessura de cerca de 30 nm. Esta é a chamada fibra de 30 nm; A histona H1 é essencial para sua formação e estabilidade.

A fibra de 30 nm é a unidade estrutural básica da heterocromatina. O dos nucleossomos frouxos, o da eucromatina.

Empates e voltas

A fibra de 30 nm, entretanto, não é completamente linear. Pelo contrário, forma laços de cerca de 300 nm de comprimento, de forma sinuosa, sobre uma matriz proteica pouco conhecida.

Esses loops em uma matriz de proteína formam uma fibra de cromatina mais compacta de 250 nm de diâmetro. Finalmente, eles se alinham como uma única hélice de 700 nm de espessura, dando origem a uma das cromátides irmãs de um cromossomo mitótico.

Em última análise, o DNA da cromatina nuclear se compacta cerca de 10.000 vezes no cromossomo da célula em divisão. No núcleo interfásico, sua compactação também é alta, pois é cerca de 1000 vezes em relação ao DNA "linear".

A compactação meiótica do DNA

No mundo da biologia do desenvolvimento, diz-se que a gametogênese zera o epigenoma. Ou seja, apaga as marcas de DNA que a vida da pessoa que deu origem ao gameta produziu ou experimentou.

Essas marcas incluem metilação de DNA e modificações covalentes de histonas (código para histonas). Mas nem todo o epigenoma é reiniciado. O que ficar com as marcas será responsável pela marca genética paterna ou materna.

A redefinição implícita para a gametogênese é mais fácil de ver no esperma. No esperma, o DNA não está repleto de histonas. Portanto, a informação associada a suas modificações no organismo produtor geralmente não é herdada.

No esperma, o DNA é empacotado por meio da interação com proteínas de ligação ao DNA não específicas chamadas protaminas. Essas proteínas formam ligações dissulfeto entre si, ajudando assim a formar camadas de DNA sobrepostas que não se repelem eletrostaticamente.

Referências

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