Núcleo celular o centro de comando que poucos conheçem.

Colunista apresenta estruturas do núcleo das células das quais você provavelmente nunca ouviu falar.

Por: Jerry Borges

Robert Brown (1773-1858), botânico escocês que descreveu o núcleo celular em 1839, retratado pelo pintor inglês Henry William Pickersgill (1782-1875).

Nossos professores comumente afirmam que a composição do núcleo da célula é simples e que ele possui apenas uma matriz aquosa, denominada nucleoplasma, na qual estão imersos os cromossomos e alguns nucléolos, responsáveis pelo armazenamento de moléculas de RNA ribossômico. Contudo, essa definição simplista está longe de descrever toda a dinâmica e complexidade da região nuclear, responsável pelo comando das células. Por que há, então, essa enorme diferença entre o que a ciência sabe sobre o núcleo celular e o que é ensinado em nossas escolas?

O núcleo foi a primeira organela a ser descrita. Observações dessa região celular foram feitas em 1682 pelo “pai da microbiologia”, o holandês Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723), e posteriormente, em 1802, pelo botânico austríaco Franz Andreas Bauer (1758-1840). Contudo, a descoberta do núcleo celular é frequentemente atribuída a outro botânico: o escocês Robert Brown (1773-1858), que descreveu essa região celular 29 anos depois (1839), a partir do exame de células de orquídeas.

Contudo, nenhum dos três arriscou-se a indicar uma função para essa estrutura recém-descoberta. O primeiro a sugerir um papel para o núcleo celular foi o alemão Matthias Schleiden (1804-1881), botânico considerado um dos fundadores da teoria celular, que apresenta as células como a unidade funcional básica dos seres vivos. Um ano antes da descrição de Brown, Schleiden propôs que o núcleo seria o local responsável pela geração de novas células.

As afirmações de Schleiden foram duramente criticadas e somente em 1876 as pesquisas do zoólogo alemão Oscar Hertwig (1849-1922) com embriologia de ouriços marinhos, anfíbios e moluscos indicaram que o núcleo celular tinha participação no processo de formação de novas células e, posteriormente, de novos seres vivos. A participação dessa organela nos processos hereditários tornou-se clara apenas algumas décadas depois, no início do século 20.

Origem do núcleo

O núcleo celular representado em desenho do botânico alemão Walther Flemming (1843-1905) publicado em 1882, poucos anos depois que se confirmou que essa estrutura estava envolvida na reprodução celular.

Ao longo do último século, diversas teorias têm sido propostas para descrever a origem evolutiva do núcleo celular. Essas especulações incluem a possibilidade de que essa organela tenha se estabelecido nas células como resultado de uma relação endossimbiótica análoga à que estaria por trás da origem dos cloroplastos e mitocôndrias, segundo a teoria proposta por Lynn Margulis (1938), professora da Universidade de Massachusetts Amherst (EUA).

Essa teoria, conhecida como “modelo sintrófico”, afirma que um antigo representante de um grupo de microrganismos conhecidos como Archaea metanogênicas invadiu ou foi fagocitado por bactérias primitivas aparentadas com as atuais mixo-bactérias. Por algum motivo desconhecido, esse organismo não foi digerido pelas bactérias e, após algum tempo, a convivência passou a apresentar benefícios para ambas as células que, assim, passaram a viver juntas.

A similaridade entre algumas proteínas nucleares presentes nas células eucarióticas e nas Archaea, como as histonas, e a semelhança entre algumas proteínas citoplasmáticas dos eucariótas e das mixo-bactérias (como as quinases e proteínas G, por exemplo) são citadas pelos defensores dessa teoria como provas dessa relação endossimbiótica.

Uma segunda teoria propõe que as células eucarióticas evoluíram a partir de formas primitivas aparentadas com as atuais bactérias planctomicetos, um grupo que possui um citoplasma subdividido por membranas e inclusive uma estrutura nuclear. Outra hipótese, mais controversa, afirma que a região nuclear surgiu após a invasão de células primitivas por vírus (provavelmente poxvírus). Esse modelo se baseia na similaridade entre células eucarióticas e vírus em relação as suas moléculas de DNA, as enzimas conhecidas como DNA polimerases e algumas proteínas.

Outro modelo alternativo, mais recente, denominado hipótese da exomembrana, sugere que o núcleo surgiu após a produção de uma nova membrana externa em torno do envoltório celular original. Essa nova cobertura seria a atual membrana plasmática e a membrana celular original se tornou a atual membrana nuclear ou carioteca.

O núcleo tradicional
O núcleo celular é a maior organela das células eucarióticas, ocupando nos mamíferos, em média, cerca de 10% do volume celular. Apesar de seu tamanho avantajado, ele ainda é envolto em mistério.

Células humanas cultivadas em laboratório com o núcleo destacado por um corante azul (foto: Wikimedia Commons).

Os livros didáticos afirmam que o núcleo celular é delimitado pela carioteca, um envoltório formado por uma membrana interna e outra externa contínua com o retículo endoplasmático rugoso. A carioteca também possui uma série de poros nucleares aquosos associados com a permeabilidade seletiva entre o núcleo e citoplasma, que impede, por exemplo, que o material genético “escape” para fora do núcleo.

Internamente, o núcleo é composto por uma matriz aquosa, denominada nucleoplasma. Ali estão imersas uma rede de proteínas filamentosas do citoesqueleto celular responsáveis por dar sustentação a carioteca e por manter cromossomos e outros componentes nucleares em regiões específicas.

O material genético celular está reunido em um grupo de longas moléculas de DNA denominadas cromossomos que, na maior parte do ciclo celular, estão associadas com proteínas (principalmente histonas), formando um arranjo denominado cromatina. Os nucléolos são outro componente evidente do núcleo e estão relacionados com a síntese e edição de moléculas de RNA ribossômico (RNAr).





 

 Componentes menos conhecidos

Além das estruturas acima citadas, existe uma série de outros componentes nucleares que você provavelmente não conhece e que não estão na maioria dos livros didáticos. Entre eles, estão as estruturas conhecidas como corpos de Cajal, que são possivelmente locais associados com a maquinaria de transcrição celular através do processamento de diversos tipos de RNA.

O núcleo contém ainda os chamados domínios PIKA (sigla em inglês para associações cariossomais polimórficas da interfase). Essas estruturas foram descobertas apenas em 1991 e, apesar de suas funções ainda não serem claras, acredita-se que elas estejam associadas com a produção de fatores relacionados com a transcrição de alguns tipos de RNAs. Outros componentes pouco conhecidos são os corpos PML (“leucemia promielóctica”, na sigla em inglês), dispersos pelo nucleoplasma e relacionados provavelmente com a regulação da transcrição de outras regiões nucleares.

Surpreso? Pois a lista ainda não acabou! Os domínios SC35 ou speckles (assim chamados devido ao seu aspecto disperso e amorfo observado nas células de mamíferos) são regiões móveis envolvidas no processamento de RNA, na regulação transcricional e na apoptose. Por fim, temos os paraspeckles, descobertos em 2002. Presentes no espaço intercromatínico, essas estruturas dinâmicas se alteram em resposta a mudanças na atividade metabólica celular.

Apesar de ainda conhecermos pouco sobre a biologia desses compartimentos nucleares, descobertas recentes indicam que o núcleo celular é muito mais complexo do que se pode pensar após um exame superficial. Embora essa organela não apresente uma distinção morfológica entre as suas regiões, sua especialização territorial fisiológica e sua plasticidade funcional tornam o ambiente nuclear muito dinâmico e capacitam-no para desempenhar um sem-número de tarefas metabólicas necessárias para a preservação da biologia celular. Resta agora esperar para ver isso em nossos livros e em nossas aulas.


Jerry Carvalho Borges
Universidade do Estado de Minas Gerais
04/07/2008
 

SUGESTÕES PARA LEITURA
Handwerger, K.E. e Gall,J.G. (2006). Subnuclear organelles: new insights into form and function. Trends Cell Biol. 16, 19-26.
Lopez-Garcia, P. e Moreira, D. (2006). Selective forces for the origin of the eukaryotic nucleus. Bioessays 28, 525-533.
Martin, W. (2005). Archaebacteria (Archaea) and the origin of the eukaryotic nucleus. Curr. Opin. Microbiol. 8, 630-637.
Pederson, T. (2004). The spatial organization of the genome in mammalian cells. Curr. Opin. Genet. Dev. 14, 203-209.
Rippe, K. (2007). Dynamic organization of the cell nucleus. Curr. Opin. Genet. Dev. 17, 373-380.
Rowat, A.C. et al. (2008). Towards an integrated understanding of the structure and mechanics of the cell nucleus. Bioessays 30, 226-236.

Somos todos "MARCIANOS"

Um estudo apresentado em uma conferência científica sugere que a vida pode ter começado em Marte antes de chegar à Terra.

A teoria foi apresentada pelo químico Steven Benner, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Westheimer (EUA), em na Conferência de Goldschmidt, em Florença, na Itália.

Químico de instituto americano apresentou na Itália teoria sobre vida ter surgido em Marte

A forma como átomos se juntaram pela primeira vez para formar os três componentes moleculares dos seres vivos – RNA, DNA e proteínas – sempre foi alvo de especulação acadêmica.

As moléculas não são as mais complexas que aparecem na natureza, ainda assim não se sabe como elas surgiram. Acredita-se que o RNA (ácido ribonucleico) foi o primeiro a surgir na Terra, há mais de três bilhões de anos.

Hostil

 

Uma possibilidade para a formação do RNA a partir de átomos, como carbono, seria o uso de energia (calor ou luz). No entanto, isso produz apenas alcatrão.

Para criação do RNA, os átomos precisam ser alinhados de forma especial em superfícies cristalinas de minerais. Mas esses minerais teriam se dissolvido nos oceanos da Terra naquela época.

Benner diz que esses minerais eram abundantes em Marte. Ele sugere que a vida teria surgido primeiro em Marte, seguindo para a Terra em meteoritos.

Na conferência em Florença, o cientista apresentou resultados sugerindo que minerais que contém elementos como boro e molibdênio são fundamentais na formação da vida a partir dos átomos.

Ele diz que os minerais de boro ajudam na criação de aros de carboidrato, gerando químicos que são posteriormente realinhados pelo molibdênio. Assim surge o RNA.

O ambiente da Terra, nos primeiros anos do planeta, seria hostil aos minerais de boro e ao molibdênio.

"É apenas quando o molibdênio se torna altamente oxidado que ele é capaz de influenciar na formação da vida", diz Benner.

"Esta forma de molibdênio não existira na Terra quando a vida surgiu, porque há três bilhões de anos a Terra tinha muito pouco oxigênio. Mas Marte tinha bastante."

Meteorito que veio de Marte, achado na Antártida, tinha vida primitiva

Segundo ele, isso é "outro sinal que torna mais provável que a vida na Terra tenha chegado por um meteorito que veio de Marte, em vez de surgido no nosso planeta".

Outro fator que reforçaria a tese é o clima seco de Marte, mais propício para o surgimento de vida.

"As evidências parecem estar indicando que somos todos marcianos, na verdade, e que a vida veio de Marte à Terra em uma rocha", disse Benner à BBC.

"Por sorte, acabamos aqui – já que a Terra certamente é o melhor entre os dois planetas para sustentar vida. Se nossos hipotéticos ancestrais marcianos tivessem ficado no seu planeta, talvez nós não tivéssemos uma história para contar hoje."

Genoma de Lêmure pode explicar como ocorre a evolução do HIV

 O genoma de um lêmure, um primata do tamanho de um esquilo que vive apenas em Madagascar, pode ajudar os cientistas a compreender como os vírus como o da aids evoluíram com os primatas, segundo uma pesquisa da escola de medicina da universidade americana de Stanford.

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O estudo, publicado na versão na internet da Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) pode jogar uma luz sobre o motivo pelo qual os primatas não humanos não contraem aids, e levar ao desenvolvimento de novos tratamentos para as pessoas.

O pesquisador Rob Glifford, autor principal do estudo, analisou o DNA de 21 espécies de primatas na busca de uma cadeia de nucleotídeos equivalente ao genoma do moderno lentivírus - uma família de vírus na qual se inclui o da imunodeficiência humana (HIV)- e encontrou-a no DNA do pequeno lêmure. Os cientistas estavam convencidos de que os lentivírus começaram a infectar os primatas há milhões de anos, inclusive há 85 milhões de anos, segundo Glifford.

Os lentivírus se reproduzem inserindo o ácido ribonucleico no DNA de uma célula, e sabe-se que alguns destes retrovírus infectaram células que se transformam em esperma ou óvulos, com o que se incorpora um DNA viral no genoma do hospedeiro. Até o ano passado, quando Glifford descobriu um lentivírus endógeno no DNA do coelho europeu, ignorava-se que os lentivírus podiam ser herdados desta forma.

Os ancestrais do lêmure moderno colonizaram Madagascar há 75 milhões de anos e, desde então, evoluíram longe de seus primos africanos portadores do lentivírus, dos quais estão separados por 400 km de mar. A última das pontes terrestres ocasionais entre ambos os lugares desapareceu sob o mar há 14 milhões de anos, o que sugere que os lentivírus têm pelo menos essa idade, segundo os pesquisadores.

No entanto, Glifford mostra cautela sobre a idade do vírus, já que adverte de que poderia ter se expandido nos últimos 14 milhões de anos através de morcegos que teriam atravessado o oceano. No entanto, outros dos pesquisadores, Robert Shafer, afirma que isto é improvável porque os morcegos e os primatas são parentes muito distantes, o que torna difícil o salto do lentivírus de um ao outro.

A descoberta de Glifford sugere que os lentivírus podem ser encontrados em outros lugares, entre os macacos asiáticos e do Novo Mundo. Encontrar uma interação estendida entre lentivírus e primatas poderia abrir as portas à investigação sobre o HIV e a aids. Os primatas que estão infectados com o vírus da imunodeficiência em símios estão protegidos da aids por vários genes codificadores de proteínas no sistema imunológico que freiam ou bloqueiam a reprodução do retrovírus.

Segundo pesquisas anteriores, estes genes evoluíram como uma resposta a milhões de anos de infecção por um retrovírus. Até agora, os cientistas achavam que os lentivírus eram jovens demais para ter desencadeado esse pulo evolutivo. No entanto, se Glifford e seus colegas acharem mais provas de que a interação entre lentivírus e primatas data de vários milhões de anos, poderiam revolucionar esta teoria.

Isto poderia dirigir uma maior compreensão da evolução do sistema imunológico contra os retro vírus e ter implicações para o tratamento ou a vacina contra a aids.
EFE - Agência EFE 

Sangue modificado.

Foi divulgada, pelo portal da revista americana Nature, uma boa notícia para aqueles que esperam por uma transfusão sanguínea: cientistas descobriram enzimas que são capazes de transformar sangue dos grupos A, B e AB no grupo universal O - que pode ser doado a todos os tipos de receptores, e que está sempre em falta. A ideia é possibilitar que os diferentes grupos sanguíneos, depois de transformados, possam ser doados a todos os tipos de receptores.

Estudos para modificar o tipo de sangue não são recentes. Há cerca de 25 anos já se cogita essa possibilidade. Mas apenas agora os pesquisadores conseguiram dar um passo além nas pesquisas nesse campo.

Para conseguir o sangue de laboratório, os cientistas, liderados por Henrik Clausen, da Universidade de Copenhagen, na Dinamarca, alteraram genes de bactérias para que elas fizessem o "serviço de limpeza", eliminando os antígenos – produtores dos anticorpos – presentes na superfície dos glóbulos vermelhos, evitando, dessa forma o aparecimento de anticorpos anti-b, que rejeitam o sangue tipo B e AB, e os anticorpos anti-a, que rejeitam o sangue tipo A e AB.

O sistema ABO (que identifica as tipagens sanguíneas), funciona da seguinte forma: o sangue tipo A tem anticorpo B, já esse tipo tem anticorpo A e o tipo AB não produz anticorpos. O sangue tipo O tem anticorpos anti-a e anti-b.

Dessa forma, uma pessoa tipo A pode receber sangue A ou O, uma B pode receber sangue tipo B ou O; quem é AB pode receber todos os tipos sanguíneos, ao passo que os portadores do sangue O só podem receber doações do mesmo tipo sanguíneo.

Com a nova descoberta, o sangue modificado tem as características do sangue tipo O, ou seja, é compatível a todos os receptores. Esse tipo é o mais comum de todos, mas por ser o único que pode ser adicionado aos outros tipos sanguíneos sem problemas, sempre está em falta nos bancos, já que é utilizado em cirurgias, transfusões e em situações de emergência.

Os pesquisadores envolvidos nesse trabalho acreditam que, com essa descoberta, pode-se pensar em um grande aumento nas reservas de sangue nos bancos sanguíneos e que as transfusões seriam mais seguras. Nesse momento, estão sendo planejados testes laboratoriais para testar a segurança e a eficácia do sangue convertido.

Essa nova técnica vai viabilizar transfusões mais seguras, pelo fato de evitar troca acidental no tipo de sangue que será transferido ao paciente. Um grande avanço, dado que hoje, o maior problema nas transfusões sanguíneas é o fato do doador receber o sangue errado.

Quanto a qualidade do sangue processado, “não há, aparentemente, desvantagem em relação ao sangue normal no que diz respeito ao transporte de oxigênio,” explica a professora Heloísa Sobreiro Selistre de Araújo, do Departamento de Ciências Fisiológicas da Universidade Federal de São Carlos. O transporte do oxigênio dos pulmões até as células e do gás carbônico das células até o pulmão é essencial para a respiração celular, atividade vital ao organismo.

Segundo Heloísa, "o processo ainda é caro". Ela explica que, com o tempo, pode haver o barateamento da técnica, mas, pelo fato de ainda ser algo inovador, o custo para produzir o sangue processado ainda é alto.

A esperança é que em poucos anos a descoberta esteja disponível nos hospitais do mundo inteiro, beneficiando milhares de pacientes diariamente