Organização Cromossômica

Prof. Adriano Azevedo

O Tamanho do DNA e a Manutenção da Funcionalidade

• O DNA é uma molécula instável fisicamente;

• Extremamente longa;

• O menor cromossomo humano contém ~4,6 x 107 pb;

• O DNA de uma célula diplóide humana tem aproximadamente 2m e cerca de 20.000 genes;

• Acondicionado em estruturas microscópicas nas células ;

• Mantendo suas funções de transcrição e replicação altamente reguladas;

O DNA deve ser empacotado no núcleo ou na mitocôndria de forma organizada, de tal forma a permitir o acesso ordenado a parte dos milhares de genes, sem inviabilizar processos vitais, tais como transcrição, replicação, divisão celular e crossing over.

Dois Núcleos Duas Soluções

Núcleo Interfásico Núcleo Mitótico

• Núcleo da Síntese;

• Transcrição;

• O DNA é armazenado na forma de cromatina

• Núcleo da Divisão Celular;

• Migração para os pólos da célula;

• O DNA é armazenado na forma de cromossomo

Como Chegamos a Essas Estruturas?

• No núcleo interfásico, a dupla hélice de DNA está sujeita a pelo menos dois níveis de organização;

• Nucleossomos e Filamentos de Cromatina;

• O nucleossomo é a unidade mais fundamental de empacotamento;

• São formados pela helicoidização do DNA ao redor de um cerne proteico;

• Octâmero de proteínas básicas, chamadas de histonas;

• H1, H2A, H2B, H3 e H4;

O DNA fica mais curto e mais grosso

Assume aspecto de um colar de contas / Filamento de Cromatina

A estabilização do nucleossomo é dada pela interação da carga positiva

das Lys e Arg presentes nas histonas com a carga negativa dos

fosfatos do DNA

A cromatina interfásica parece consistir dessas fibras de cromatina, provavelmente organizados em longas alças.

O colar de contas sofre um enovelamento sobre si, formando os Fibras de Cromatina;

• A necessidade de migração dos cromossomos durante a divisão celular faz com que a cromatina se condense ainda mais;

• A condensação prossegue, durante a metáfase, até formar uma estrutura altamente condensada;

• Cromossomos;

CROMOSSOMOS

Em resumo, pelo menos três níveis de condensação são necessários para acondicionar o DNA em um cromossomo eucariótico.

1. Embalagem do DNA em nucleossomos, para produzir o filamento de cromatina interfásico de 10 nm de diâmetro. Razão de compactação de ~6.

2. Superelicoidização da fibra de 10 nm do nucleossomo, para produzir a fibra de cromatina de 30 nm. Razão de compactação de ~40.

3. Finalmente, as proteínas cromossômicas não-histonas formam um arcabouço, que é envolvido na condensação da cromatina de 30 nm nos cromossomos metafásicos.

Cromossomo Funcional

Para serem organelas funcionais, os cromossomos dos eucariotos parecem necessitar de apenas três classes de elementos:

(1) Centrômeros;

(2) Telômeros;

(3) Origens de Replicação;

CENTRÔMERO

• Região em que as cromátides-irmãs estão unidas e que os microtúbulos se juntam (cinetócoro);

• Constrição Primária;

• Essencial para a segregação durante a divisão celular;

• Dividem os cromossomos em duas regiões chamadas de braços;

• Definem as posições anatômicas (proximal e distal) nos cromossomos;

• Permitem a classificação dos cromossomos em Metacêntricos, Submetacêntricos, Acrocêntricos e Telocêntricos.

TELÔMEROS

• São estruturas especializadas, constituídas de DNA e Proteínas, que cobrem as extremidades dos cromossomos eucarióticos;

• Funções:

• (1) Manter a Integridade Estrutural dos Cromossomos (fusão e anel);

• (2) Garantir a Replicação Completa das extremidades dos Cromossomos;

• (3) Auxiliar o Estabelecimento da Arquitetura Tridimensional do Núcleo e/ou do Pareamento Cromossômico;

• A verdadeira natureza da seqüência do telômero pode nem ser importante;

• O comprimento é altamente variável e sujeito a controle genético;

• Telomerase → Normalmente expressa apenas em células embrionárias;

• Logevidade;

• Doenças relacionadas com a idade;

• Neoplasias → Reativação e Imortalização;

• Ovelhas Dolly;

ORIGENS DE REPLICAÇÃO

• Na maioria das células diplóides, o DNA normalmente replica apenas uma vez por ciclo;

• Múltiplos sítios de replicação ao longo do DNA;

• Regiões com dezenas de Kb de comprimento;

• Agilidade e Eficácia;

CROMATINA FUNCIONAL

• Funcionalmente a cromatina pode ser dividida em três tipos de regiões:

• 1. Eucromatina;

• 2. Heterocromatina Facultativa;

• 3. Heterocromatina Constitutiva;

Observações Importantes

• As histonas são uma classe de proteínas homogêneas altamente conservadas e estão inespecificamente envolvidas na regulação da expressão gênica.

• As proteínas não-histonas são ácidas e altamente heterogêneas, por isso apresentam papéis na regulação da expressão de genes específicos;

• As proteínas histonas além de participarem da helicoidização do DNA, também atuam no processo de transcrição e replicação;

• A transcrição e a replicação só podem ocorrer se as pontes de hidrogênio entre as duplas fitas do DNA forem rompidas;

• Desmancho do nucleossomo;

• Acetilação e Desacetilação;

• A acetilação das Lys das histonas induz a transcrição e a desacetilação reprime a transcrição;

OBRIGADO !