NÚCLEO NÚCLEO INTERFÁSICOINTERFÁSICO

Profa. Dra. Maria Tercília Vilela de Azeredo OliveiraProfa. Dra. Maria Tercília Vilela de Azeredo Oliveira

Profa. Dra. Ester TartarottiProfa. Dra. Ester Tartarotti

Pós graduandos:Pós graduandos: - Maurício Papa de Arruda- Maurício Papa de Arruda

- Sabrina de Santos Rochel- Sabrina de Santos Rochel

- Ana Carolina Borella Anhê- Ana Carolina Borella Anhê

Disciplina: Biologia Celular – Depto de Biologia – IBILCE - Disciplina: Biologia Celular – Depto de Biologia – IBILCE - UNESPUNESP

II) NÚCLEO II) NÚCLEO INTERFÁSICO:INTERFÁSICO:

A) Cromatina: Estrutura A) Cromatina: Estrutura e Funçãoe Função

Cromatina Cromossomos

Composição Química

DNA + RNA + Proteínas DNA + Proteínas

Fisiologia Maior atividade de síntesePouca ou ausência de atividade de síntese

Estrutura

Fibrilas não empacotadas (nucleofilamentos)

Cromatina

1- Conjunto de cromossomos descondensados

2- Expressão interfásica dos cromossomos

Empacotamento das fibrilas

Importante na cromatina dos eucariontes:

a) Condensação dos cromossomos facilita a separação durante a divisão celular (separação perfeita)

b) A maneira exata em que a região do genoma é enrolada em uma célula particular determina a atividade dos genes naquela região

Núcleo interfásico

Cromatina pode estar compactada ou descompactada

Núcleo divisão

Cromatina altamente compactada

Constituindo os cromossomos

TIPOS DE CROMATINA

• EucromatinaDifusa, não compactada na intérfase ativa

(transcrição)

• Heterocromatina Constitutiva: ocorre em regiões

correspondentes de ambos os cromossomos homólogos: não transcreve. Ex: heterocromatina centromérica

Facultativa: presente em apenas um dos cromossomos no par; codificadora inativa. Ex: cromossomo X de mamíferos

No nível bioquímico e funcional a cromatina divide-se:

Eucromatina Heterocromatizada Facultativamente

CromatinaCromatina

Tipos:

- Heterocromatina

- Eucromatina

Eucromatina

~10% forma ativa

Restante: inativa

Heterocromatina FacultativaHeterocromatina Facultativa

Em um mesmo organismo:

Condensada em algumas células Condensada em algumas células

Descondensada em outrasDescondensada em outras

Cromossomo X Fêmeas

COMPOSIÇÃOCOMPOSIÇÃO

CROMATINA

• Composição– DNA– RNA– Histonas– Proteínas não

Histônicas– Enzimas

nucleares

Classes de DNAClasses de DNAA) Seqüência única (10 a 80%).

Ex: Genes estruturais (hemoglobina, ovoalbumina)

B) Seqüência medianamete repetida (10 a 40%). Ex: Genes para RNAr, RNAt e histonas

C) Seqüências altamente repetida (0 a 50%). Ex: Genes transcritos a partir do DNA satélite (região centromérica)

RNAsRNAs- RNAt- RNAt- RNAm- RNAm- RNAr- RNAr

Proteínas nuclearesProteínas nuclearesA) Protaminas: proteínas básicas simples, baixo peso molecular. Ex: SPTZ peixes

B) Histonas: proteínas básicas, alto peso molecular proteínas estruturais, enorme quantidade possuem: lisina, histidina, arginina

Classes e tipos•H1 alto conteúdo de lisina•H2a; H2B baixo conteúdo de lisina•H3;H4 alto conteúdo de arginina

C) Proteínas não histônicas ou acídicas

D) Enzimas nucleares

HISTONAS

FUNÇÃO: Transcrição do DNA

TIPOS: H1, H2A, H2B, H3, H4 e H5

Histonas

Altamente conservada

Participam da arquitetura molecular das fibras cromatínicas

Facilitam a ligação à molécula de DNA

DNA:Histonas (1:1)

Moléculas de Histonas possuem 3 regiões

Região Globular

2 regiões filamentosas

Aa básicos

Principalmente nos segmentos

Amino terminal

• Não histônicas (NHC) ou acídicas

FUNÇÃO: EnzimáticoEstruturalTranscrição-ReplicaçãoCondensação-Descondensação

Ultra-estrutura da Ultra-estrutura da CromatinaCromatina

Histórico

Ris (1956): DNA + proteínas: sistema de fibras de 200-250 A de diâmetro com 4 fios em dupla hélice enrolados

Du Praw (1965): núcleos de células embrionárias de abelha em choque hipotônico, isolamento fio cromatínicoMicroscopia eletrônica: -Filamento irregular variando sua espessura de 200-500 A-Tratamento com tripsina 0,001%

Du Praw / Bahr (1969): -Fibra A, menos proteínas ligadas ao DNA-Fibra B, filamento intacto (DNA + proteínas)

Ultra-estrutura da Ultra-estrutura da CromatinaCromatina

HistóricoOlins e Olins, 1974 Núcleos de timo e fígado de rato tratados com cloreto de potássio-Não histônicas-Portanto resta histônica + DNA

A) Estrutura nativa: fibra de 30nm

B) Após tratamento: cromatina em forma de contas

Ultra-estrutura da Ultra-estrutura da CromatinaCromatina

HistóricoKornberg et al., 1974

Novo arranjo de histonas e DNA na cromatina 200 PB H2A (2) – H3 (2) – H1 (1) – H2B (2) – H4 (2)

Quantidade não conhecida

Pesos da molécula da base do DNA = pesos da molécula dos 5 tipos de histonas

100 PB (1)H2A(1)H2B(1)H3(1)H4 - H1*

Ultra-estrutura da Ultra-estrutura da CromatinaCromatina

Histórico

Oudet (1975) Core nucleossômico: unidades que se repetem após o tratamento com tripsina (sem H1)

Nucleossomo: unidade que se repete na cromatina (todas histonas + DNA)

“Spacer” ou “linker”: espaço ou região ligadora DNA ligados ou ligamento: espaço entre um core e outro

Weintraub (1975) Nuclease estafilocócica / tripsina

DNA proteínasArranjo das histonas interno à hélice do DNA

Nucleossomo:

- 1 molécula histona H1

- 2 moléculas de cada histona: H2A, H2B, H3 e H4

- 200 pb

Nucleossomo(Core nucleossômico + Filamento espaçador)(Core nucleossômico + Filamento espaçador)

Complexo de Proteínas e DNA

Ultra-estrutura da Ultra-estrutura da CromatinaCromatina

HistóricoFinch (1977)

Cristalização dos “core nucleossômicos” e eletromicrografia

Modelo proposto core nucleossômicos

Estrutura cilíndrica1 volta e ¾ de DNA140 PBOctâmero de histonas 130 A no diâmetro e 50 A na altura

Histonas (internas à hélice do DNA) 2 H3 tetrâmero central + 2 H4

2 H2A dímeros (um de cada lado) + 2 H2B

Nucleases: DNAse I: rompe DNA 10 ou múltiplo, 10 nucleotídeos DNAse II: rompe DNA 100 nucleotídeos

Ultra-estrutura da Ultra-estrutura da CromatinaCromatina

HistóricoFelsenfeld (1978)

Papel das histonas

Complexos

(H3 e H4)(H2A e H2B)H3, H4, H2A, H2B)

H3 e H4 (ricas em arginina): Formam dímeros quando em solução sendo essenciais ao enrolamento do DNA. Papel central na formação do nucleossomo.

H2A e H2B (pobres em lisina): Importante na compactação do DNA (são “imitadas” por H3 e

H4). H1 (rica em lisina):

Função estabilizadora da estrutura do nucleossomo levando à formação de mini-solenóides (“super-bead”).

Histona H1

Na compactação de nucleossomos

adjacentes

Nucleossomo

Modelos de Worcel para a Modelos de Worcel para a posição de H1 (1979)posição de H1 (1979)

A. Entrelaçamento contínuo de H1 (solenóide contínuo)

- (NH2 terminal com grupo COOH terminal) estabiliza a fina fibra de 100 A levando à formação do filamento mais grosso (200 a 300 A). A cada 6-8 nucleossomos – mini-solenóides.

B. Entrelaçamento descontínuo de H1 (solenóide descontínuo)

- Esse modelo dá maior flexibilidade à fibra de 200 a 300 A. A cada 10 nucleossomos há um nucleossomo que contêm proteína não histônicas no lugar do H1.

A cada 6 nucleossomos 30 nm mini-solenóide

Vista frontal Vista lateral

NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO DA CROMATINA

A. Molécula de DNA – 2nm (10PB) – (Grau de empacotamento 1)

B. Filamento cromatínico fino de 10 nm de diâmetro (arranjo linear dos nucleossomos – filamento nucleossômico ou nucleofilamento) – (Grau de empacotamento 6-7)

C. Fibra mais grossa – 20 a 30 nm de diâmetro: Mini-solenóide (6 a 10 nucleossomos) – (Grau de empacotamento 40)

D. Série de domínios de alças 0,25 µm – (Grau de empacotamento 680)

E. Conjunto dos domínios de alças 0,84 µm Super-solenóide cromossomo – (Grau de empacotamento 1,2 x 104)10.000x10.000x

Níveis de Compactação do DNANíveis de Compactação do DNA

Empacotamento do DNA com Histonas

Fibras de 10nm de diâmetro

Separadas por segmentos de DNA de ~80pb

Enrolamento em fibras de 30nm- mini-solenóide

Esquema das fibras cromatínicas

Fibra de 30nm

Mantida pela associação das Histonas H1

Centro do solenóide

Nucleossomo

CromatinaCromatinaEstrutura

Organização cromatínica

Níveis de Organização do

Filamento Cromatínico

Compactação organizada da Hélice do DNA

Compactação da Hélice do DNA

II) NÚCLEO II) NÚCLEO INTERFÁSICO:INTERFÁSICO:

B) Cromossomos B) Cromossomos metafásicosmetafásicos

Níveis de Organização cromatínica: Cromossomo mitótico

Condensação: acompanhada pela fosforilação H1

Cromossomo Metafásico

Compactação da Hélice do DNA

CROMOSSOMOS CROMOSSOMOS METAFÁSICOSMETAFÁSICOS

Cromossomos Cromossomos MetafásicosMetafásicos

1. Número

2. Tamanho

3. Posição do Centrômero

Classificação do Cromossomo

Baseada na posição do Centrômero

Cromossomo Metafásico

CentrômeroCentrômero

Cromossomo mitótico

Duas Moléculas de DNA filhas- Replicação do DNA em S

Compactadas separadamente - Cromátides irmãs

unidas pelo Centrômero

Cromátide de um cromossomo Mitótico

Cromatina organizada em um série de alças

Alças- emanam de eixo central: proteínas não histônicas

Cromossomo metafásico

Alças da cromatina

Ancoradas em andaime

Proteíco (proteínas não histônicas - NHC)

Proteínas Não Histônicas

“Scaffold”

Eixo central

Halo de DNA

Constrições secundáriasConstrições secundárias

Constrições Secundárias Constrições Secundárias (RONs)(RONs)

Bandamento NOR

TelômerosTelômerosMarcação específica: sondas teloméricasMarcação específica: sondas teloméricas