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5.9:

Empacotamento da Cromatina

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Molecular Biology
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Chromatin Packaging

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Cada célula diploide humana contém cerca de dois metros de DNA, comprimido dentro de um pequeno núcleo de apenas alguns micros em diâmetro. O arranjo e a dobra do DNA dentro do núcleo é, portanto, altamente organizado e regulado firmemente. Primeiramente, o DNA cromossômico é associado com proteínas histonas para formar uma estrutura chamada cromatina.A unidade estrutural e funcional básica da cromatina é chamada nucleossoma. A associação do DNA em nucleossomas encurta o comprimento do DNA sete vezes em seguida, uma proteína histona não-nuclear, chamada H1, Se liga a cada nucleossoma. A histona H1 muda o trajeto do DNA enquanto sai do nucleossoma, ajudando para compactar mais o complexo.Estes nucleossomas são empilhados em cima um do outro, gerando uma fibra mais curta e mais grossa com um diâmetro de 30 nanômetros, conhecidos como 30 nanômetros fibras. O arranjo de nucleossomas na fibra de 30 nanômetro é explicado por um modelo solenoide amplamente aceito. O modelo propõe que nucleossomas estão dispostos em uma conformação helicoidal de mão-esquerda, com seis ou mais nucleossomas em volta.Isto encurta o comprimento do DNA por mais 50-dobras. Toda a região cromatina que não está sendo ativamente transcrita ou replicada existe na forma de fibra de 30 nanômetro. Por outro lado, as regiões cromatográficas que estão ativamente sendo acessíveis existem em uma forma estendida de contas-em-fita.As fibras de nanômetro 30 são enroladas mais para formar loops de cerca de 300 nanômetros de comprimento. Estas fibras são então comprimidas em bobinas de 250 nanômetro de comprimento. Mais tarde, durante a metáfase do ciclo da célula, as fibras da cromatina formam estruturas altamente condensadas, chamadas cromossomos.A relação de compactação global do DNA no cromossomo é de aproximadamente 1 a 10, 000. Uma vez que a célula se divide, o cromossomo se desenrola novamente.

5.9:

Empacotamento da Cromatina

Cada célula somática humana contém 6 mil milhões de pares de bases de DNA. Cada par de bases tem 0,34 nm de comprimento, o que significa que cada célula diplóide contém uns impressionantes 2 metros de DNA. Como é que uma cadeia de DNA tão longa é empacotada dentro de um núcleo que mede apenas 10 – 20 micrómetros de diâmetro? 

A cromatina

Em combinação com proteínas especializadas de ligação ao DNA chamadas histonas, a dupla hélice de DNA forma um complexo de DNA:proteína compacto chamado cromatina. A cromatina em si é ainda compactada em estruturas de maior ordem. O nível mais elevado de compactação é alcançado durante a metafase do ciclo celular, onde a cromatina condensa para formar os cromatídeos de um cromossoma.

Nucleossomas

Os nucleossomas são a unidade funcional básica e repetitiva da cromatina. Um nucleossoma consiste em 8 proteínas histonas enroladas em torno de 147 pares de bases de DNA. Sob microscopia eletrónica, a cromatina aparece como uma estrutura semelhante a missangas em um fio devido à presença de nucleossomas ao longo do seu comprimento. Este empacotamento reduz o comprimento da fibra em sete vezes.

Modelo solenóide

Os nucleossomas são ainda mais enrolados em fibras de 30 nm, assim chamadas devido ao seu diâmetro de aproximadamente 30 nm. Tal compactação é explicada por uma hipótese amplamente aceite – o modelo solenóide. Um solenóide refere-se à estrutura de um fio enrolado em um eixo central. Este modelo propõe que os nucleossomas estejam dispostos em uma conformação helicoidal canhota com seis ou mais nucleossomas por volta. Uma das proteínas histonas não nuclear, H1, desempenha um papel essencial na compactação de nucleossomas; na sua ausência, a fibra de cromatina transforma-se em aglomerados irregulares de nucleossomas.

O empacotamento de cromatina é uma área ativa de investigação. Os novos dados emergentes permitiram que os cientistas encarassem a cromatina e os nucleossomas não como estruturas altamente definidas, mas como um continuum de várias conformações interconversíveis em todas as fases de empacotamento da cromatina.

Suggested Reading

  1. Luger, Karolin, Mekonnen L. Dechassa, and David J. Tremethick. "New insights into nucleosome and chromatin structure: an ordered state or a disordered affair?." Nature reviews Molecular cell biology 13, no. 7 (2012): 436-447.
  2. Molecular Cell Biology, Lodish, 8th edition, Pages 328-329
  3. Annunziato, A. "DNA packaging: nucleosomes and chromatin." Nature Education 1, no. 1 (2008): 26.