Cromatina

Conceito de Cromatina

O termo Cromatina diz respeito a um complexo formado por DNA, histonas e outras proteínas, que torna possível à célula eucariótica condensar e armazenar todo o seu DNA dentro do núcleo. A cromatina forma os cromossomas.

Cromatina e Cromossomas

Para o seu ciclo (crescimento, metabolismo, diferenciação, divisão e morte) a célula eucariota necessita de uma grande quantidade de informação, informação essa que está toda armazenada na forma de ácido desoxirribonucleico – DNA. Cada célula eucariota tem cerca de 2m de DNA acondicionados num núcleo com 5-8μm de diâmetro. Para tal ser possível é necessário condensar e empacotar todo o DNA em cromossomas. As células humanas, por exemplo, têm 24 pares de cromossomas diferentes, ou seja, 46 cromossomas. Cada cromossoma é composto por uma longa dupla cadeia linear de DNA associada a histonas e proteínas não histonas que levam à formação de uma configuração condensada da molécula de DNA. A este complexo dá-se o nome de ‘cromatina’.

Características da Cromatina

A cromatina, normalmente, contém o dobro de proteínas (histonas e não histonas) comparativamente à sua quantidade de DNA, sendo que a massa das histonas é praticamente igual à massa de DNA no núcleo.

Histonas

As histonas representam a maior classe de proteínas na cromatina e são proteínas pequenas que possuem um elevado conteúdo em aminoácidos carregados positivamente, arginina e lisina. A presença destes aminoácidos torna mais fácil a ligação das histonas à molécula de DNA, que tem carga negativa. Há 5 histonas diferentes presentes na cromatina: H1, H2A, H2B, H3 e H4.

Proteínas não histonas

As proteínas não histonas são proteínas reguladoras que estão associadas a sequências específicas do DNA. Estas proteínas são, em grande parte, fatores de transcrição, no entanto, ainda pouco se sabe sobre a sua função no empacotamento da cromatina.

Nucleossoma

As histonas associadas ao DNA formam o primeiro nível de compactação da cromatina, o nucleossoma, que é caraterizado por fibras de 11nm. Neste nível de compactação a cromatina, vista ao microscópio eletrónico, tem a aparência de um colar de pérolas, sendo que as pérolas são os nucleossomas, e o fio do colar o DNA. Cada nucleossoma é constituído por um complexo de oito histonas – duas moléculas de H2A, duas moléculas de H2B, duas moléculas de H3 e duas moléculas de H4 – e por 146 nucleótidos de DNA enrolados à volta desse complexo. Cada nucleossoma é separado do próximo por 80 nucleótidos de DNA.

O nível seguinte de compactação da cromatina envolve a condensação deste ‘colar de pérolas’, para formar fibras com um diâmetro de 30nm. Este nível mais elevado de compactação é conseguido pela ação da histona H1, que está ligada ao nucleossoma e ‘obriga’ o DNA a curvar-se e a mudar a sua direção quando sai do nucleossoma, ajudando a formar loops no DNA e aumentando, assim, a sua compactação.

Figura 1 – DNA associado a proteínas formando o nucleossoma, no primeiro nível de compactação da cromatina, em de fibras de 11nm. Imagem de microscopia óptica, onde as setas brancas assinalam as fitas de DNA entre nucleossomas e as setas pretas assinalam os nucleossomas.

Níveis de condensação da Cromatina

O estado de condensação da cromatina e, consequentemente, dos cromossomas, varia consoante a fase do ciclo celular em que a célula eucariota se encontra. Durante a Interfase, a fase do ciclo celular em que a célula eucariota está a duplicar o seu genoma e os seus constituintes, a maior parte da cromatina está no estado descondensado de fibras de 30nm – eucromatina – e 10% está num estado altamente condensado – heterocromatina. Nesta fase do ciclo, os cromossomas são denominados cromossomas interfásicos.

Quando a célula eucariota entra na Metafase, fase do ciclo celular onde a célula se prepara para a divisão do material genómico para duas células filhas, a cromatina apresenta-se toda no estado de maior compactação. Nesta fase, os cromossomas intitulam-se cromossomas mitóticos e a cromatina está altamente condensada em fibras de 1400nm, sendo até possível observa-los através do microscópio ótico. Este estado de elevada compactação torna impossível a replicação e transcrição, mas garante que nenhum pedaço da molécula de DNA seja perdido durante a separação das cromátides irmãs para as diferentes células-filhas.

Figura 2 – Diferentes níveis de compactação da cromatina. 1) molécula de DNA; 2) ‘colar de pérolas’, fibras de 11nm; 3) fibras de 30nm; 4) fibras de 700nm e 5) fibras de 1400nm, cromossoma mitótico.

Tipos de Cromatina na Interfase

Eucromatina

Durante a Interfase é necessário que a cromatina esteja no seu estado mais descondensado – eucromatina – para ser possível ocorrer a replicação e transcrição do DNA. É de frisar que, na zona do DNA onde existem genes que estão sob transcrição ativa, a cromatina não está na forma de fibra de 30nm, mas sim na conformação de colar de pérolas (fibras de 11nm).

Heterocromatina

Durante a Interfase há zonas da cromatina que mantêm a sua conformação altamente condensada – heterocromatina. A conformação da heterocromatina não permite que haja transcrição do DNA localizado nessas zonas e, por isso, está localizada em zonas do DNA que não contêm genes. Esta forma de cromatina está localizada nas zonas de DNA altamente repetitivo, como o centrómero e os telómeros.

References:

Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Keith R., Walter P. (2007). Molecular Biology of the Cell (5th edition). Garland Science, New York.

Cooper G.M. (2000). The Cell: A Molecular Approach (2th edition). Sinauer Associates, Sunderland (MA).

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