Base química da cromatina
Estruturalmente, a cromatina é um desoxirribonucleoproteíno — um complexo complexo composto por uma molécula de DNA e proteínas específicas a ela associadas (e uma pequena quantidade de RNA).
As proteínas da cromatina são divididas em dois grandes grupos dependendo de suas propriedades físico-químicas:
- Histonas (proteínas básicas). Constituem a fatia de leão das proteínas da cromatina. Em sua composição, há muito arginina e lisina — aminoácidos com radicais carregados positivamente. É exatamente esse "sinal mais" que lhes permite ligar-se firmemente aos grupos fosfato carregados negativamente do DNA. A interação das próprias histonas entre si é assegurada por radicais hidrofóbicos (por exemplo, valina).
- Proteínas não histonas (ácidas). Apesar da menor massa, elas são extremamente diversas. Destacam-se as proteínas estruturais (para os níveis superiores de compactação), enzimáticas (ligam-se temporariamente ao DNA para replicação ou reparo) e regulatórias, que controlam o acesso das enzimas a regiões específicas do genoma.
Primeiro e segundo níveis de empacotamento
O empacotamento do DNA é um processo estritamente sequencial.
O primeiro nível de compactação é chamado de nucleossômico. Visualmente sob um microscópio eletrônico, ele se assemelha a um "fio com contas", cuja espessura é de cerca de 10 nm. A principal unidade estrutural aqui é o nucleossomo. Seu núcleo (core) é um octâmero proteico: duas moléculas de cada uma das histonas H2A, H2B, H3 e H4. A molécula de DNA dá cerca de duas voltas ao redor desse "barril" globular proteico. Os nucleossomos vizinhos são conectados por um trecho de DNA ligante, ao qual a histona H1 está ligada. Esse nível é caracterizado pela eucromatina, está presente quase o tempo todo e não interfere na transcrição (o DNA é capaz de se libertar da globula por frações de segundo). O comprimento linear da molécula é reduzido em 6,2 vezes.
O nível nucleomérico (segundo) é formado quando as moléculas de histona H1 de nucleossomos vizinhos começam a interagir umas com as outras. O fio se torce em uma espiral superenrolada (nucleômero), unindo de 5 a 8 nucleossomos em uma "superconta". A espessura dessa fibrila atinge 30 nm. É importante entender que, nesta etapa, o DNA já se torna inacessível às enzimas, portanto, na eucromatina ativa, esse nível está ausente.
Níveis superiores de compactação
O adensamento posterior requer uma mudança no mecanismo de estabilização: em vez de histonas, as proteínas não histonas (ácidas) assumem o papel principal.
No nível cromomérico (terceiro), o fio começa a formar múltiplas alças. Essas alças são agrupadas em estruturas complexas — rosetas. As bases das alças na rozeta são fixadas por um centro proteico comum, que se fixa na matriz nuclear. Na heterocromatina na intérfase, as rosetas estão localizadas de forma bastante frouxa, e sua compactação para por aí.
Durante a preparação da célula para a divisão (na mitose), o empacotamento atinge o máximo, formando os cromossomos metafásicos:
- Nível cromonêmico. As alças e rosetas aproximam-se ao máximo, formando um fio denso com 300 nm de espessura.
- Nível cromatídico (quarto). A cromonema espirala-se ou dobra-se em alças, formando segmentos de cromátide conectados por ligantes curtos (em caso de dano, o cromossomo se rompe exatamente nesses locais). A espessura da cromátide pronta é de 700 nm.
O cromossomo metafásico resultante, composto por duas cromátides irmãs, tem uma espessura de 1400 nm. Nesta etapa final, o comprimento linear da molécula original de DNA é reduzido em 10.000 vezes.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais tipos de modificações de histonas (acetilação, metilação) afetam a compactação da cromatina?
A compactação da cromatina é afetada pelos processos de metilação, acetilação e fosforilação de aminoácidos específicos das proteínas histônicas.
- Metilação e acetilação — ocorrem nos grupos amino nos radicais de lisina (Lis) e arginina (Arg).
- Fosforilação — afeta os resíduos de serina (Ser).
Essas modificações enzimáticas diminuem a carga positiva total das histonas. Isso enfraquece sua ligação eletrostática com os grupos fosfato carregados negativamente do DNA nos nucleossomos, promovendo a formação de eucromatina (estado descondensado) e garantindo o acesso de enzimas para a transcrição.
Qual é a estrutura e quais são as funções da região centrômérica do cromossomo metafásico?
A região centrômérica do cromossomo metafásico inclui o centrômero e os cinetócoros.
Estrutura da região centrômérica:
- Centrômero — a constrição primária que divide o cromossomo em braços; no cromossomo metafásico, ele une duas cromátides.
- O centrômero é uma região específica de DNA na parte central do cromossomo.
- Cinetócoros — estruturas proteicas especiais na região do centrômero.
Funções:
- O centrômero é necessário para a disjunção correta das cromátides.
- Os cinetócoros unem as cromátides irmãs entre si.
- Os cinetócoros servem como local de fixação para os microtúbulos do fuso mitótico.
- Na metáfase, os cinetócoros dos cromossomos fixam-se aos filamentos do aparelho mitótico, e os centrômeros localizam-se no plano equatorial.
- Na anáfase, ocorre a divisão dos centrômeros e o movimento das cromátides para os polos opostos do aparelho mitótico.
Para memorizar a composição do octâmero de histonas (núcleo do nucleossomo), use a fórmula: "dois vezes dois, três, quatro" — duas moléculas de cada uma das histonas H2A, H2B, H3 e H4.
Questões de aulas e exames
Como as histonas se ligam ao DNA?
A ligação é garantida por atração eletrostática. Os radicais de aminoácidos carregados positivamente das histonas (arginina, lisina) interagem com os grupos fosfato carregados negativamente do DNA.
A transcrição ocorre no nível nucleomérico?
Não. No nível nucleomérico (espessura do fio de 30 nm), o DNA está muito densamente empacotado e inacessível às enzimas. A transcrição só é possível no nível nucleossômico (eucromatina).
O que mantém as alças cromoméricas unidas no terceiro nível?
A partir do terceiro (cromomérico) nível, a compactação é garantida por proteínas ácidas não histônicas. Elas reúnem alças em rosetas e fixam seus centros proteicos à matriz nuclear.
O que mais estudar sobre o tema
- O papel das proteínas regulatórias não histônicas na expressão gênica
- Mecanismos de liberação temporária do DNA das histonas durante a transcrição
- A associação dinâmica de proteínas enzimáticas com o DNA
- A organização segmentar das cromátides e seu significado clínico
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