Tipos de cromatina, características, estrutura, funções

O Cromatina É o complexo formado por DNA e proteínas, único em organismos eucarióticos. Em termos de proporção, ele contém quase dupla proteína como material genético. As proteínas mais importantes desse complexo são histonas - pequenas proteínas com carga positiva que se ligam ao DNA por interações eletrostáticas. Além disso, a cromatina tem mais de mil proteínas diferentes das histonas.

A unidade fundamental da cromatina é o nucleossomo, que consiste na união de histonas e DNA. Esta ordenação lembra as contas de um colar. Depois de passar por todos os níveis mais altos de organização, alcançaremos os cromossomos.

Fonte: Chromatin_NucleOfilamentos.PNG: Chris WoodcockderiveVative Trabalho: Gouttegd [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

A estrutura da cromatina está intimamente relacionada ao controle da expressão gênica. Existem dois tipos principais: euchromatina e heterocromatina.

A eucromatina é caracterizada por ter um baixo grau de compactação, que se traduz em altos níveis de transcrição. Por outro lado, a heterocromatina é transcricionalmente inativa, devido ao grau de compactação tão alto que apresenta.

Estruturalmente, existem certas marcas epigenéticas das histonas de ambos os tipos de cromatinas. Enquanto a euchromatina está associada à acetilação, a heterocromatina está associada à diminuição dos grupos químicos.

Existem algumas regiões de heterocromatina com funções estruturais, como telômeros e centrômeros.

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Perspectiva histórica

O estudo do material genético e sua organização estrutural começa em 1831 quando o pesquisador Robert Brown descreve o núcleo. Uma das questões imediatas para essa descoberta foi investigar a natureza biológica e química dessa estrutura.

Essas perguntas começaram a ser elucidadas entre 1870 e 1900, com os experimentos de Friedrich Miescher, que apresenta a palavra nucleina. No entanto, Walther Flemming modifica o termo e usa Cromatina Para se referir à substância nuclear.

Com o tempo, você começa a ter um conhecimento mais profundo do material genético e de suas propriedades. Não é até 1908 quando o pesquisador da Itália Pasquale Baccarini observa que a cromatina não é homogênea e consegue visualizar pequenos corpos dentro do núcleo.

Os tipos de cromatinas - euchromatina e heterocromatina - foram propostos inicialmente por Emil Heitz em 1928. Para estabelecer essa classificação, Heitz foi baseado no uso de manchas.

Em 1974, o biólogo Roger Kornberg propôs um modelo para a organização de material genético em estruturas conhecidas como nucleossomos, hipótese empiricamente confirmada por Experimentos de Markus Noll.

O que é cromatina?

Componentes da cromatina: DNA e proteínas

A cromatina é uma nucleoproteína formada pela união do material genético - DNA - com um conjunto heterogêneo de proteína. Esta associação é altamente dinâmica e adquire uma conformação tridimensional complexa que permite que ele realize suas funções regulatórias e estruturais.

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Uma das proteínas de cromatina mais importantes são as histonas, que são quase iguais de proporção como DNA.

As histonas são proteínas básicas, notavelmente preservadas ao longo da história evolutiva dos seres orgânicos - ou seja, nossas histonas não variam muito em comparação com as de outros mamíferos, mesmo outro animal mais distante filogeneticamente.

O ônus das histonas é positivo, para que eles possam interagir através das forças eletrostáticas com a carga negativa do esqueleto de fosfato presente no DNA. Existem cinco tipos de histonas, a saber: H1, H2A, H2B, H3 e H4.

Há também uma série de proteínas de natureza diferente de Histonas que participam da compactação de DNA.

Compactação de DNA: nucleossomos

A unidade básica da cromatina são os nucleossomos - estruturas repetitivas formadas por DNA e histonas, conformação que encontramos em todo o material genético.

A hélice de DNA duplo é enrolada em um complexo de oito histonas conhecido como Histonas Octa. A molécula é enrolada em aproximadamente duas voltas, seguidas por uma região curta (entre 20 e 60 pares de bases) que separam os nucleossomos um do outro.

Para entender essa organização, devemos levar em consideração que a molécula de DNA é extremamente longa (cerca de 2 metros) e deve estar inscrita de maneira ordenada para se estabelecer no núcleo (cujo diâmetro é de 3 a 10 µm). Além disso, deve estar disponível para replicação e transcrição.

Este objetivo é alcançado com diferentes níveis de compactação do DNA, sendo o primeiro deles os nucleossomos acima mencionados. Estes se assemelham às contas de um colar de pérolas. Aproximadamente 150 pares de bases de DNA são enrolados em casa "conta".

Nas bactérias não há histórias verdadeiras. Por outro lado, há uma série de proteínas que lembram histonas e presume -se que elas contribuam para a embalagem bacteriana de DNA.

Organização superior

A organização da cromatina não é restrita no nível dos nucleossomos. Esta associação de proteínas e DNA é agrupada em uma estrutura mais espessa de cerca de 30 nm - devido a essa espessura, é chamada de nível de “nível de fibra de 30 nm”.

A cromatina organizada na espessura de 30 nm é organizada por sua vez na forma de loops que se estendem em um tipo de andaime da natureza da proteína (não histonas).

Este é o modelo que atualmente é tratado, embora a existência de mecanismos de compactação mais complexos possam ser esperados. A organização final consiste no cromossomo.

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Erros na organização cromatina

A compactação e a organização do material genético são vitais para múltiplas funções biológicas. Diferentes condições médicas têm sido associadas a erros na estrutura da cromatina, incluindo alfa talasia ligada ao cromossomo X, síndrome de Rubinstein-Taybi, síndrome de baixo-baixo, síndrome de Rett, entre outros, entre outros.

Tipos de cromatina

Existem dois tipos de cromatina na célula, revelados pela aplicação de manchas: euchromatina ("true" cromatina) e heterocromatina. No primeiro caso, a coloração é observada fracamente, enquanto no segundo a coloração é intensa.

Essa organização estrutural do DNA é exclusiva dos organismos eucarióticos e é crucial para o comportamento dos cromossomos e a regulação da expressão gênica.

Se avaliarmos as proporções de ambos os tipos de cromatinas em uma célula que está na interface, descobrimos que aproximadamente 90% da cromatina é euchromatina e os 10% restantes correspondem à heterocromatina. Em seguida, descreveremos cada tipo em detalhes:

Yo. Heterocromatina

Caracteristicas

A principal diferença entre os dois tipos de cromatina está relacionada ao grau de compactação ou "empacotamento" da molécula durante estágios específicos na divisão celular.

Embora na interface o material genético pareça estar disperso aleatoriamente, não é dessa maneira.

Há uma organização significativa nesta fase, onde você pode ver uma partição diferencial de material cromossômico dentro do núcleo.

O DNA dos cromossomos não está entrelaçado com a cadeia de DNA de outros cromossomos e restos são regiões específicas chamadas territórios cromossômicos. Esta organização parece contribuir para a expressão de genes.

A heterocromatina é fortemente condensada, sendo pouco acessível a máquinas de transcrição - então elas não são transcritas. Além disso, é ruim em termos da quantidade de genes que apresenta.

Tipos de heterocromatina

Certas regiões de heterocromatina são persistentes em todas as linhagens celulares - ou seja,, sempre Vai se comportar como heterocromatina. Este tipo de heterocromatina é conhecido como constitutivo. Um exemplo disso são as regiões condensadas dos cromossomos chamados centrômeros e telômeros.

Por outro lado, existem porções de heterocromatina que podem variar o nível de compactação em resposta a mudanças nos padrões de desenvolvimento ou variáveis ​​ambientais.

Graças aos novos estudos, essa visão está sendo reformulada e agora há evidências de que a heterocromatina constitutiva também é dinâmica e capaz de responder a estímulos.

Estrutura

Um dos fatores que determina a estrutura da cromatina são as modificações químicas das histonas. No caso da cromatina que é transcricionalmente inativa, eles exibem histonas hipoacetizadas.

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A diminuição da quantidade de grupos acetil está associada ao silêncio dos genes, uma vez que a carga positiva das lisinas não será mascou, permitindo uma forte interação eletrostática entre DNA e histonas.

Outra marca epigenética é a metilação. No entanto, como a adição de um grupo metil não modifica a carga da proteína, sua consequência (ativar ou desativar genes) não é tão óbvia e dependerá da região da histona em que a marca está localizada.

Empiricamente, verificou -se que a metilação de H3K4me3 e H3K36me3 está associada à ativação do gene e a do H3K9me3 e H3K27me3.

Funções

No exemplo da heterocromatina constitutiva, mencionamos o centrômero. Esta região cromossômica tem um papel estrutural e contribui para o movimento de cromossomos durante eventos de divisão de células mitóticas e meióticas.

Ii. Euchromatina

Caracteristicas

Ao contrário da heterocromatina, a euchromatina é uma molécula menos compacta, portanto, a maquinaria de transcrição tem acesso fácil (especificamente à enzima RNA polimerase) e pode ser expressa por vias ativamente genéticas.

Estrutura

A estrutura de um nucleossomo de uma cromatina ativa do ponto de vista da transcrição é caracterizada por histonas acetiladas. A presença de monometil lisinas também está associada à ativação de genes.

A adição de um grupo acetil a esse desperdício de lisina das histonas neutraliza a carga positiva do referido aminoácido. A conseqüência imediata dessa mudança é a redução de interações eletrostáticas entre histona e DNA, gerando uma cromatina mais relaxada.

Essa modificação estrutural permite as interações do material genético com a maquinaria transcricional, que é caracterizada por ser particularmente volumosa.

Funções

A eucromatina abrange todos os genes que estão ativos e conseguem ser alcançado por máquinas enzimáticas relacionadas à transcrição. Portanto, as funções são tão amplas quanto as funções dos genes envolvidos.

Referências

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