Núcleo celular: características, funções, estrutura - Ciência - 2023

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o Núcleo celular é um compartimento fundamental das células eucarióticas. É a estrutura mais conspícua desse tipo de célula e possui o material genético. Dirige todos os processos celulares: contém todas as instruções codificadas no DNA para realizar as reações necessárias. Ele está envolvido nos processos de divisão celular.

Todas as células eucarióticas têm um núcleo, exceto alguns exemplos específicos, como glóbulos vermelhos maduros (eritrócitos) em mamíferos e células do floema em plantas. Da mesma forma, existem células com mais de um núcleo, como algumas células musculares, hepatócitos e neurônios.

O núcleo foi descoberto em 1802 por Franz Bauer; Porém, em 1830, o cientista Robert Brown também observou essa estrutura e se popularizou como seu principal descobridor. Devido ao seu grande tamanho, pode ser claramente observado ao microscópio. Além disso, é uma estrutura de fácil coloração.

O núcleo não é uma entidade esférica homogênea e estática com DNA disperso. É uma estrutura complexa e intrincada com diferentes componentes e peças internas. Além disso, é dinâmico e muda constantemente ao longo do ciclo celular.

Características do núcleo da célula

O núcleo é a estrutura principal que permite a diferenciação entre células eucarióticas e procarióticas. É o maior compartimento da célula. Geralmente, o núcleo está próximo ao centro da célula, mas há exceções, como células plasmáticas e células epiteliais.

É uma organela esférica com cerca de 5 µm de diâmetro em média, mas pode atingir 12 µm, dependendo do tipo de célula. Posso ocupar aproximadamente 10% do volume total da célula.

Possui um envelope nuclear formado por duas membranas que o separam do citoplasma. O material genético é organizado junto com as proteínas dentro dele.

Embora não existam outros subcompartimentos membranosos dentro do núcleo, uma série de componentes ou regiões dentro da estrutura que têm funções específicas podem ser distinguidos.

Características

Ao núcleo é atribuído um número extraordinário de funções, uma vez que contém a coleta de toda a informação genética da célula (excluindo o DNA mitocondrial e o DNA do cloroplasto) e dirige os processos de divisão celular. Em resumo, as principais funções do kernel são as seguintes:

Regulação do gene

A existência de uma barreira lipídica entre o material genético e o restante dos componentes citoplasmáticos ajuda a reduzir a interferência de outros componentes no funcionamento do DNA. Isso representa uma inovação evolutiva de grande importância para grupos de eucariotos.

Corte e emenda

O processo de splicing do RNA mensageiro ocorre no núcleo, antes de a molécula viajar para o citoplasma.

O objetivo desse processo é a eliminação dos íntrons ("pedaços" de material genético que não estão codificando e que interrompem os exons, áreas que estão codificando) do RNA. Posteriormente, o RNA sai do núcleo, onde é traduzido em proteínas.

Existem outras funções mais específicas de cada estrutura do kernel que serão discutidas posteriormente.

Estrutura e composição

O núcleo consiste em três partes definidas: o envelope nuclear, a cromatina e o nucléolo. Descreveremos cada estrutura em detalhes abaixo:

Envelope nuclear

O envelope nuclear é composto por membranas de natureza lipídica e separa o núcleo do restante dos componentes celulares. Esta membrana é dupla e entre elas existe um pequeno espaço denominado espaço perinuclear.

O sistema de membrana interna e externa forma uma estrutura contínua com o retículo endoplasmático

Este sistema de membrana é interrompido por uma série de poros. Esses canais nucleares permitem a troca de material com o citoplasma, pois o núcleo não está completamente isolado do resto dos componentes.

Complexo de poro nuclear

Por meio desses poros a troca de substâncias ocorre de duas formas: passiva, sem a necessidade de gasto de energia; ou ativo, com gasto de energia. Passivamente, pequenas moléculas, como água ou sais, menores que 9 nm ou 30-40 kDa, podem entrar e sair.

Isso ocorre em contraste com as moléculas de alto peso molecular, que requerem ATP (trifosfato de adenosina de energia) para se moverem por esses compartimentos. Moléculas grandes incluem pedaços de RNA (ácido ribonucléico) ou outras biomoléculas de natureza proteica.

Poros não são simplesmente buracos pelos quais as moléculas passam. Eles são grandes estruturas de proteínas, que podem conter 100 ou 200 proteínas e são chamados de "complexo de poro nuclear". Estruturalmente, parece muito com uma cesta de basquete. Essas proteínas são chamadas de nucleoporinas.

Este complexo foi encontrado em um grande número de organismos: desde leveduras até humanos. Além da função de transporte celular, também está envolvida na regulação da expressão gênica. Eles são uma estrutura indispensável para eucariotos.

Em termos de tamanho e número, o complexo pode atingir o tamanho de 125 MDa em vertebrados, e um núcleo neste grupo de animais pode ter cerca de 2.000 poros. Essas características variam de acordo com o táxon estudado.

Cromatina

A cromatina é encontrada no núcleo, mas não podemos considerá-la um compartimento dele. Tem esse nome por sua excelente capacidade de colorir e ser observado ao microscópio.

O DNA é uma molécula linear extremamente longa em eucariotos. Sua compactação é um processo chave. O material genético está associado a uma série de proteínas chamadas histonas, que possuem alta afinidade pelo DNA. Existem também outros tipos de proteínas que podem interagir com o DNA e não são histonas.

Nas histonas, o DNA se acumula e forma cromossomos. Estas são estruturas dinâmicas e não são constantemente encontradas em sua forma típica (os Xs e Ys que estamos acostumados a ver em ilustrações de livros). Esse arranjo só aparece durante os processos de divisão celular.

No restante dos estágios (quando a célula não está em processo de divisão), os cromossomos individuais não podem ser distinguidos.Esse fato não sugere que os cromossomos estejam homogênea ou desordenadamente dispersos pelo núcleo.

Na interface, os cromossomos são organizados em domínios específicos. Nas células de mamíferos, cada cromossomo ocupa um “território” específico.

Tipos de cromatina

Dois tipos de cromatina podem ser distinguidos: heterocromatina e eucromatina. O primeiro é altamente condensado e está localizado na periferia do núcleo, de modo que a máquina de transcrição não tem acesso a esses genes. A eucromatina é organizada de forma mais livre.

A heterocromatina é dividida em dois tipos: heterocromatina constitutiva, que nunca é expressa; e heterocromatina facultativa, que não é transcrita em algumas células e sim em outras.

O exemplo mais famoso de heterocromatina como regulador da expressão gênica é a condensação e inativação do cromossomo X. Em mamíferos, as mulheres têm cromossomos sexuais XX, enquanto os homens são XY.

Por razões de dosagem de genes, as mulheres não podem ter o dobro de genes em X do que os homens. Para evitar esse conflito, um cromossomo X é inativado aleatoriamente (tornando-se heterocromatina) em cada célula.

Nucléolo

O nucléolo é uma estrutura interna muito relevante do núcleo. Não é um compartimento delimitado por estruturas membranosas, é uma área mais escura do núcleo com funções específicas.

Nesta área estão agrupados os genes que codificam para o RNA ribossômico, transcrito pela RNA polimerase I. No DNA humano, esses genes são encontrados nos satélites dos seguintes cromossomos: 13, 14, 15, 21 e 22. São organizadores nucleolares.

Por sua vez, o nucléolo é separado em três regiões distintas: centros fibrilares, componentes fibrilares e componentes granulares.

Estudos recentes têm acumulado cada vez mais evidências de possíveis funções adicionais do nucléolo, não apenas restritas à síntese e montagem do RNA ribossômico.

Atualmente acredita-se que o nucléolo pode estar envolvido na montagem e síntese de diferentes proteínas. Modificações pós-transcricionais também foram evidenciadas nesta zona nuclear.

O nucléolo também está envolvido em funções regulatórias. Um estudo mostrou como isso estava relacionado às proteínas supressoras de tumor.

Corpos de Cajal

Os corpos de Cajal (também chamados corpos enrolados) levam este nome em homenagem ao seu descobridor, Santiago Ramón y Cajal. Este pesquisador observou esses corpúsculos em neurônios em 1903.

São pequenas estruturas em forma de esferas e existem de 1 a 5 cópias por núcleo. Esses corpos são muito complexos, com um número bastante elevado de componentes, incluindo esses fatores de transcrição e maquinários relacionados ao emenda.

Essas estruturas esféricas foram encontradas em diferentes partes do núcleo, por serem estruturas móveis. Geralmente são encontrados no nucleoplasma, embora nas células cancerosas tenham sido encontrados no nucléolo.

Existem dois tipos de corpos de caixa no núcleo, classificados de acordo com seu tamanho: grande e pequeno.

Corpos PML

Corpos PML (por sua sigla em Inglês, leucemia promielocítica) são pequenas áreas subnucleares esféricas de importância clínica, uma vez que têm sido relacionadas a infecções virais e oncogênese.

Eles são conhecidos por uma variedade de nomes na literatura, como domínio nuclear 10, corpos de Kremer e domínios oncogênicos PML.

Um núcleo tem 10 a 30 desses domínios e um diâmetro de 0,2 a 1,0 µm. Dentre suas funções, destaca-se a regulação de genes e síntese de RNA.

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