Cromatina
n., plural: cromatinas
Definição: Um complexo de ácidos nucleicos (ex. DNA ou RNA) e proteínas (ex. histonas)
Tabela de conteúdos
Definição de cromatina
O que é cromatina em uma célula? A cromatina é um complexo de ácidos nucleicos (por exemplo, DNA ou RNA) e proteínas (por exemplo, histonas). Foi identificada em 1882. Inicialmente, foi pensado como apenas uma substância colorida em um núcleo, entretanto, mais tarde foi encontrado que a cromatina é caracterizada como proteínas ligadas ao DNA, e o DNA foi identificado como o portador de informação genética (Ma, Kanakousaki, e Buttitta 2015). Assim, podemos definir a cromatina como uma substância constituída de DNA e proteínas associadas (conhecidas como histonas).
O que são histonas?
Histonas são proteínas básicas com carga positiva que se ligam a moléculas de fosfato de DNA com carga negativa. Há dois elementos principais em uma cromatina, ou seja, o DNA da célula e as proteínas associadas. As proteínas associadas são conhecidas como histonas. Ou podemos dizer que a cromatina contém proteínas chamadas histones.
Cromatina é um material de embalagem para o DNA. Se não for bem embalada, pode emaranhar-se em torno de si mesma ou ficar danificada durante a divisão celular. O tamanho das células é em micrómetros e um DNA pode ter até 3 metros de comprimento. A fim de encaixar uma estrutura tão longa em uma célula micrômica, é necessária uma embalagem apertada.
O que é um nucleossomo?
Uma molécula de DNA envolve ao redor das proteínas do histone para criar laços apertados conhecidos como nucleossomos.
A bobina de nucleossomos e são agrupados para formar um tipo de fibra conhecida como fibra de cromatina. Estas cromatinas, por sua vez, também se enrolam e dobram com a ajuda de proteínas para produzir um cromossoma. É por isso que um cromossoma é conhecido por carregar uma parte ou todo o material genético de um organismo. Uma vez que o DNA é condensado em um cromossomo, ele agora é protegido devido à sua estrutura fortemente ferida. Mais detalhes sobre sua estrutura estão nesta seção: Estrutura cromatina.
Cromatina também desempenha um papel vital enquanto regula a transferência de informação genética. Antes de definir tecnicamente a cromatina, vamos entender o que ela é. Vejamos o seguinte diagrama para entender as cromatinas:
Onde é encontrada a cromatina?
Onde se encontra a cromatina? Nas células eucarióticas, a cromatina é encontrada dentro do núcleo. Aqui está uma ilustração que o ajudará a entender sua localização dentro do núcleo da célula.
Genes na cromatina
Os genes presentes na cromatina podem ser desligados ou ligados. Isso significa que em algumas células uma certa parte do gene está ativa (“ligada”) enquanto a outra não está (“desligada”). O que está regulando esta informação complexa dos genes para as proteínas e o mRNA? Sim, é a cromatina.
Para validar isto, os pesquisadores usaram a mosca da fruta como um organismo modelo para estudar o estado ligado e desligado dos genes na cromatina. O resultado do seu estudo identificou 5 tipos distintos de cromatina descritos pela presença única de proteínas.
Estes cinco tipos foram então nomeados como cores: Verde, Amarelo, Preto, Azul, e Vermelho. Preto era totalmente inativo, verde e azul eram parcialmente ativos, e amarelo e vermelho eram genes totalmente ativos na cromatina. Eles descobriram que os genes da cromatina amarela estavam ligados em quase todas as células, porque estavam regulando as funções vitais das células. As cromatinas vermelhas foram ativadas em algumas células específicas porque estavam regulando funções mais específicas (Serra et al., 2017).
Estrutura da cromatina
A proteína histone e o DNA têm uma massa igual na cromatina eucariótica (embora também existam algumas células com proteínas não-histoneicas em seu lugar). O nucleossoma é a unidade estrutural da cromatina, que por sua vez, consiste em DNA e proteínas (histone ou não-histone). Esta estrutura é repetida em todo o material genético de um organismo. A estrutura da cromatina embalada na estrutura de ordem superior é mostrada abaixo.
O que significa o modelo de cromatina “contas em um fio”?
As proteínas DNA e histone fornecem o primeiro nível de compactação para o DNA dentro do núcleo. A unidade básica da estrutura da cromatina é o nucleossoma. Um nucleossoma é formado quando o DNA é envolto em histones (o núcleo da proteína) para formar uma estrutura “parecida com um grânulo”. Esta estrutura em forma de grânulo é conhecida como um nucleossoma. Na figura 3, o segundo a partir do topo é a forma de cromatina em forma de “pérolas na corda”. O nucleossoma é um complexo de 146 pares de bases de ADN e é ferido por fora de 8 proteínas, ou seja, histonas. Assim, o DNA envolto em histones forma um nucleossoma.
Existem cinco tipos diferentes de histones, nomeadamente H1, H2A, H2B, H3, e H4. Um núcleo de histone é produzido quando dois H2A e H2B se combinam com proteínas H3 e H4. Aproximadamente 145 pares de base de DNA são enrolados duas vezes em torno desta estrutura proteica para formar um nucleossoma. O comprimento do ADN de ligação pode variar dependendo da actividade genética da espécie e pode variar entre 10 a 95 pares de bases. Há um nucleossoma após cada 200 pares de bases e seu comprimento era de 10 nm.
Quando olhado através de um microscópio, a cromatina se parece com contas encaixadas no cordão. Estas contas são conhecidas como nucleosomas. O próprio nucleossoma é composto por oito proteínas conhecidas como histonas. Os nucleossomas formam um solenóide, envolvendo-se numa espiral de 30nm. Neste solenóide, proteínas histônicas adicionais ajudam a formar a estrutura cromatina. A cromatina se condensa em cromossomos devido ao aumento da estrutura compacta (Baldi, Korber, e Becker 2020).
Qual é a relação entre DNA e cromatina?
Cromatina é a embalagem do DNA. O DNA e as proteínas associadas são embaladas dentro da cromatina para caber dentro de um núcleo.
Como o DNA é montado na estrutura da cromatina?
Existem várias etapas envolvidas na montagem do DNA dentro da cromatina. No primeiro passo, as proteínas H3e e H4 depositam-se no DNA, seguidas de H2A e H2B. Forma-se uma partícula sub-nucleosomal que consiste em 146 pares de bases de ADN. O segundo passo é a maturação na qual o ATP estabelece um espaçamento consistente dos núcleos de nucleossomas. No passo seguinte é iniciada a dobragem dos histônios de linker numa estrutura de nucleofilamento de 30 nm. No último passo, ocorre uma dobra adicional que leva a um nível mais elevado de empacotamento. A razão de empacotamento é cerca de 7000.
eucromatina vs. heterocromatina
Existem duas formas de cromatina: (1) eucromatina e (2) heterocromatina. A eucromatina é menos condensada e pode ser transcrita, enquanto a heterocromatina é altamente condensada e não pode ser transcrita tipicamente. A heterocromatina é ainda classificada como heterocromatina constitutiva e heterocromatina facultativa. A heterocromatina constitutiva é a sequência de DNA existente em todas as células de um organismo. A heterocromatina constitutiva está relacionada com ADN altamente repetido. Da mesma forma, a heterocromatina facultativa não está presente em todas as células. Por exemplo, o gene que codifica a beta-globina em animais está presente em certas células, mas não em células sanguíneas. Como explicado anteriormente, a cromatina é um complexo de proteínas e DNA em células eucarióticas. O DNA nuclear não existe como cordões lineares, mas é fortemente condensado e envolto em proteínas nucleares para que possa caber no núcleo.
Função Cromatina
Inicialmente, a cromatina foi considerada como a substância que dá cor ao núcleo celular. Mais tarde, descobriu-se que não é apenas uma substância que dá cor, mas é um dos mais importantes reguladores de expressão do DNA. A estrutura da cromatina também tem um papel importante na replicação do DNA. A embalagem do DNA na cromatina e no nucleossomo resulta em uma estrutura bem fechada que não é acessível pelas enzimas responsáveis pela transcrição, replicação e reparação do DNA.
A embalagem da estrutura do DNA é transcritivamente repressiva e permite um nível basal de expressão gênica apenas. Para estruturas nucleossômicas que são abertas ou perturbadas, o DNA pode ser mais facilmente replicado e transcrito.
Durante o processo de transcrição, a estrutura cromatina é alterada por alguns repressores e ativadores que interagem com o RNA para regular a atividade do gene. Os ativadores mudam a estrutura do nucleossomo resultando na estimulação do conjunto da polimerase do RNA. Durante a replicação, ocorre uma regulação similar da estrutura da cromatina que permite que o mecanismo de replicação esteja na origem da replicação.
Uma outra função da cromatina está na regulação da expressão gênica. Usando o processo de variegação do efeito de posição, os genes podem ser convertidos em transcritivamente inativos, localizando-os perto das cromatinas heterocromáticas silenciosas. A distância entre as cromatinas heterocromatinas silenciosas e os genes pode ser de até 1000 pares de kilobases. Este fenômeno é referido como epigenético porque produz variação no fenótipo.
Os cientistas propuseram que a natureza altamente condensada da heterocromatina impede a transcrição do DNA. No entanto, ainda não está totalmente compreendido como as regiões vizinhas não heterocromáticas são afetadas. Os pesquisadores descobriram que as proteínas da cromatina podem se espalhar para regiões vizinhas para produzir um efeito repressivo semelhante. Os pesquisadores também propuseram que pode haver alguns compartimentos no núcleo que não são acessíveis a fatores de transcrição nos quais a heterocromatina possa estar residindo. Assim, a cromatina no núcleo pode não ser diretamente acessível aos fatores de transcrição.
A estrutura da cromatina afeta a replicação do DNA. Por exemplo, a eucromatina e outras áreas ativas do genoma replicam-se mais cedo. Da mesma forma, na heterocromatina e na área silenciosa ao seu redor, o processo de replicação também é lento. Outras funções importantes da cromatina são descritas abaixo.
Embalagem do DNA
A função mais importante da cromatina é a embalagem de fios de DNA longos em um espaço muito menor. O comprimento linear do DNA é muito longo em comparação com o local onde ele reside. A fim de encaixar de forma segura e sem enredar ou danificar, o ADN precisa de ser compactado por algum método. A compactação do ADN no núcleo é chamada de condensação. O grau de condensação do DNA dentro de um corpo é chamado de relação de embalagem. A razão de empacotamento do DNA é cerca de 7000. Para este alto nível de compactação, o DNA não é embalado diretamente na estrutura da cromatina. Ao contrário, existem várias hierarquias de organização.
O empacotamento inicial é obtido através do envolvimento do DNA em torno do nucleossoma. Esta embalagem é a mesma tanto para a heterocromatina quanto para a eucromatina. O segundo nível de compactação é alcançado envolvendo as esferas em uma fibra de 30 nm que também é encontrada tanto nos cromossomos mitóticos quanto na cromatina interfásica. Este envoltório aumenta a taxa de embalagem de 6 para 40. O terceiro estágio de compactação é alcançado enrolando a fibra em laços, domínios e andaimes. Esta embalagem final aumenta a taxa de embalagem para 10.000 em cromossomos mitóticos e 1000 em cromatinas interfásicas.
Cromossomos são mais comprimidos durante a metáfase. Durante a divisão celular das células eucarióticas, o DNA precisa ser dividido igualmente em duas células filhas. Durante esta fase, o DNA é altamente compactado e assim que a célula completa a divisão, o cromossomo desenrola novamente. Quando o comprimento dos cromossomas metafásicos é comparado com o ADN linear, a taxa de empacotamento pode ser de até 10.000:1. Este alto nível de compactação é alcançado pela fosforilação do histone H1.
Regulamento de Transcrição
Transcrição é o processo de transferência de informação genética do DNA para as proteínas. Esta informação é então transcrita para o RNA. A etapa final é a tradução do RNA em proteínas funcionais. O processo de transcrição é controlado por cromatina. Se a cromatina for reforçada e restringir o acesso à leitura das proteínas, a transcrição irá parar. A heterocromatina é um tipo condensado de cromatina que é altamente embalada e as proteínas não conseguem ler o DNA. Enquanto a eucromatina não está tão bem embalada e as proteínas podem conduzir o processo de descrição do ADN. Da mesma forma, existem cromatinas ativas e inativas que podem contribuir para a ruptura transcricional ou descontinuidade da transcrição.
Outros fatores na transcrição incluem associação e dissociação do complexo de fatores de transcrição presentes na cromatina. Este fenômeno é considerado o motivo da alta variabilidade na expressão gênica que ocorre entre as células da população isogênica.
Chromatin and DNA Repair
Todos os processos baseados no DNA dependem do empacotamento do DNA na cromatina. A cromatina tem a capacidade de mudar a sua forma e estrutura devido à disposição dinâmica das proteínas. Quando o ADN é danificado, ocorre o relaxamento da cromatina. Este relaxamento permite que as proteínas se liguem ao DNA e o reparem.
Cromatina na Mitose
Mitose é o processo de divisão celular em que as duas células resultantes (células filhas) têm o mesmo tipo e número de cromossomas que o núcleo pai. A cromatina tem uma função importante durante os quatro passos da mitose.
- Profase: Durante esta fase, as fibras de cromatina enrolam-se para formar os cromossomas. O cromossoma replicado compreende dois cromossomas combinados no centrômero.
- Metáfase: Durante esta fase, a cromatina condensa extremamente
- Anáfase: Durante esta fase, os microtubos do fuso puxam os dois cromossomas idênticos para o final das células e os separam.
- Telophase: Nesta fase, os novos cromossomas são separados no seu próprio núcleo. Neste ponto, as fibras de cromatina tornam-se menos condensadas por desbobinamento. Duas células idênticas são produzidas com o mesmo número de cromossomos.
Cromatina, Cromossoma e Cromatídeo
Apesar de todas as três estruturas, ou seja cromatina, cromossomos e cromatídeos estão presentes no núcleo da célula e são compostos de DNA, entretanto, eles são identificados de forma única como descrito abaixo:
Cromatina vs. Cromatina Cromossoma
A maior diferença entre cromatina e cromossomos é que a cromatina é composta de DNA e histones que são embalados em uma fibra, enquanto um cromossomo é uma forma de cromatina condensada de cadeia única. A estrutura cromossômica é baseada na fibra fina da cromatina. Enquanto as funções cromatinosas são descritas acima, a função cromossômica é vital durante a mutação, regeneração, divisão celular, variação e hereditariedade. Além disso, durante a divisão celular, a cromatina se condensa para formar um cromossomo e o cromossomo é duplamente formado com uma forma X. As duas cordas estão ligadas ao centro através de uma região conhecida como centrômero.
Onde na célula estão localizados os cromossomos?
Os cromossomas estão presentes no núcleo de uma célula eucariótica. Em procariotas, o cromossoma é tipicamente um único laço de DNA cromossômico estável no nucleóide, por exemplo, de uma célula bacteriana. O DNA procariótico está associado a proteínas não-histônicas. Em vírus, também não há núcleo e assim o cromossomo pode aparecer como uma estrutura linear ou circular curta de DNA ou molécula de RNA muitas vezes carente de quaisquer proteínas estruturais encapsuladas por um envelope ou uma cápsula de sua cabeça.
Qual é a relação entre cromatina e cromossomos?
A relação entre cromatina e cromossoma é que a cromatina sofre condensação para formar um cromossoma. Uma relação de empacotamento do DNA cromossômico é maior que a cromatina.
Cromatina vs. cromatídeo
Existem duas vertentes de cromossomos. A única vertente do cromossoma é chamada cromatídeo. Estes cromatídeos se separam no final da divisão celular para se tornarem cromossomos filhos. Assim, a cromatina é totalmente diferente da cromatídeo porque os principais elementos da cromatina são DNA e proteínas associadas na forma de fibra, enquanto cromatídeo é uma parte do cromossomo. Sim, a cromatídeo contém cromatina.
Cromatina vs. nucleosoma
O nucleosoma é a parte do DNA que está envolvida ao redor do núcleo das proteínas. A cromatina é o complexo de DNA com proteínas e ajuda na condensação do DNA para embalar no núcleo.
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