Núcleo, Mitocôndrias e Cloroplastos: Estruturas e Funções

Núcleo — organela principal das células eucarióticas

Core: O núcleo é a principal organela das células eucarióticas, tanto animais quanto vegetais. Contém o genoma celular e é o local onde ocorrem a replicação do DNA e a síntese de RNA. A maioria das células possui um núcleo único; contudo, algumas células não têm núcleo (por exemplo, eritrócitos de mamíferos), outras podem ser binucleadas (como hepatócitos) e há células multinucleadas, como os osteoclastos.

Localização e forma do núcleo

O núcleo em repouso normalmente ocupa posição central na célula animal; em células vegetais, é frequentemente excêntrico devido à presença de um grande vacúolo. A forma do núcleo varia conforme o tipo celular e seu estado funcional.

Principais componentes do núcleo

As partes destacadas do núcleo são:

• Membrana nuclear (envoltório nuclear)
• Nucleoplasma
• Cromatina
• Nucléolo

Membrana nuclear

A membrana nuclear define o núcleo e separa o seu conteúdo do citoplasma. É constituída por duas membranas concêntricas:

• Membrana nuclear externa: possui ribossomos na face citoplasmática e é contínua com a membrana do retículo endoplasmático rugoso (RER), havendo comunicação direta entre ambos.
• Membrana nuclear interna: na face interna está associada à lâmina nuclear, uma rede de fibras proteicas que fornece suporte estrutural ao núcleo.

Os poros nucleares na envoltura permitem o tráfego controlado de moléculas entre nucleoplasma e citoplasma.

Nucleoplasma

O nucleoplasma é uma matriz aquosa que contém enzimas de replicação, proteínas envolvidas nas atividades nucleares (replicação e síntese de DNA e RNA) e outras moléculas solúveis necessárias ao funcionamento nuclear.

Cromatina

A cromatina é o material genético nuclear em interfase; apresenta-se como grânulos e fibras dispersos no nucleoplasma. Cada fibra de cromatina corresponde a uma molécula de DNA associada a muitas proteínas. As principais proteínas associadas à cromatina são as histonas.

Tipos de cromatina

• Heterocromatina: região condensada na interfase, transcricionalmente inativa; aparece mais corada ao microscópio.
• Eucromatina: cromatina mais estendida e transcricionalmente ativa.

Nucléolo

O nucléolo é uma estrutura esférica sem membrana encontrada no núcleo em interfase. Ao microscópio surge como um conjunto de grânulos e fibras. Essas estruturas fazem parte das subunidades ribossomais em montagem e de filamentos de cromatina nucleolar. Geralmente há 1 ou 2 nucléolos, mas seu número e tamanho dependem da atividade celular.

Localização do nucléolo

O nucléolo situa-se próximo de determinadas regiões de certos cromossomos chamadas regiões organizadoras do nucléolo (NOR), onde segmentos de DNA são transcritos para formar rRNA.

Função e características do nucléolo

• É o local de síntese dos tipos de rRNA e de montagem inicial das subunidades ribossomais.
• As subunidades ribossomais formadas no nucléolo saem através dos poros nucleares para o citoplasma, onde serão finalizadas e se associarão a proteínas citoplasmáticas.

Nucléolo em divisão (mitose)

Durante a mitose, no início da prófase, o nucléolo desaparece. No final da telófase, as regiões nucleolares de alguns cromossomos começam a transcrever rRNA para reconstituir o nucléolo. Durante a mitose há ruptura do nucléolo e condensação da cromatina em cromossomos; enquanto durar a divisão nuclear não há síntese de RNA. No final da mitose, os cromossomos descondensam e o envoltório nuclear e o nucléolo são formados novamente.

Cromossomo — estrutura

O cromossomo apresenta componentes bem definidos e sua organização é essencial para a segregação correta durante a divisão celular.

Cromátides

As cromátides são as duas metades longitudinais do cromossomo formadas por cada molécula de DNA duplicada. Elas são simétricas, paralelas e ligadas no ponto de estreitamento chamado centrômero.

Centrômero

O centrômero é o estreitamento que une as duas cromátides irmãs. A posição do centrômero pode variar, dividindo o cromossomo em braços de tamanhos iguais ou diferentes e atribuindo sua posição ao eixo do fuso mitótico.

Partes e estruturas associadas

• Braços: segmentos do cromossomo à esquerda e à direita do centrômero, podendo ter comprimentos iguais ou diferentes.
• Cinetocoro: complexo proteico localizado em ambos os lados do centrômero em cada cromátide; é o ponto de ancoragem para os microtúbulos do fuso mitótico e possibilita a separação cromossômica.
• Satelite: em alguns cromossomos há uma porção esférica na extremidade separada do braço por uma constrição secundária.
• Telômeros: extremidades dos cromossomos que protegem contra alterações estruturais e degradação.
• Bandas cromossômicas: faixas claras e escuras que aparecem quando os cromossomos são corados; o padrão de bandas é característico e permite identificar número, ordem e homologia entre cromossomos.

Organelas energéticas: mitocôndrias e plastos

As organelas responsáveis pelo metabolismo energético nas células eucarióticas são as mitocôndrias e os plastos (em células vegetais, p. ex. cloroplastos).

Mitocôndrias

As mitocôndrias são organelos que realizam reações químicas para fornecer energia às atividades celulares.

Características

• Forma: variável, de quase esférica a muito alongada.
• Número: varia conforme a necessidade energética da célula; células com maior demanda possuem mais mitocôndrias e de maior tamanho.

Ultraestrutura

A mitocôndria possui dupla membrana: membrana externa e membrana interna, esta última dobrada em numerosas cristas (invaginações) que aumentam sua superfície. Entre as membranas existe o espaço intermembranar; o interior é chamado de matriz mitocondrial.

Composição e componentes

• Matriz mitocondrial: contém DNA mitocondrial circular, mitorribossomos (ribossomos mitocondriais), íons (Ca2+, fosfatos), enzimas do ciclo de Krebs e outras enzimas; a matriz participa da replicação, transcrição e tradução do DNA mitocondrial.
• Membrana interna: contém proteínas da cadeia transportadora de elétrons, ATP sintase e transportadores de metabólitos.
• Membrana externa: apresenta porinas formando canais que tornam essa membrana relativamente permeável a pequenas moléculas e íons; contém também muitas proteínas enzimáticas.
• Espaço intermembranar: sua composição assemelha-se ao citoplasma por causa da permeabilidade da membrana externa e contém várias enzimas.

Funções

A principal função das mitocôndrias é a produção de energia em condições aeróbias: a respiração celular. As etapas metabólicas ocorrem em diferentes compartimentos mitocondriais (matriz e membrana interna), culminando na geração de ATP pela fosforilação oxidativa.

Plastos

Os plastos são organelas citoplasmáticas exclusivas de células vegetais e de alguns protistas fotossintéticos; têm funções de síntese e armazenamento de substâncias. Existem diversos tipos:

• Cromoplastos: plastos pigmentados contendo clorofila, carotenóides ou outros pigmentos.
• Leucoplastos: incolores (sem pigmentos); incluem amiloplastos (armazenam amido), oleoplastos (armazenam lipídios) e proteinoplastos (armazenam proteínas).

Cloroplastos

Cloroplastos são cromoplastos verdes presentes em plantas fotossintéticas. São móveis dentro da célula e podem mover-se em direção à luz.

Forma e número

Em plantas superiores costumam ser ovóides ou lenticulares; em algumas algas apresentam formas variadas. O número por célula varia conforme o tipo e a necessidade da planta.

Estrutura

Os cloroplastos têm dupla membrana (externa e interna) com um espaço intermembranar. A membrana interna delimita o estroma, que é o espaço central contendo DNA circular, ribossomos de cloroplasto (plastorribossomas), grãos de amido, inclusões lipídicas e enzimas do ciclo de Calvin. No interior existem também os tilacóides, membranas em forma de disco que, empilhadas, formam as grana.

Composição química e funções

• O estroma contém DNA circular e ribossomos semelhantes aos bacterianos, além das enzimas responsáveis pela fixação de CO2 e síntese de carboidratos (ciclo de Calvin).
• A membrana tilacóide contém lipídios, proteínas e pigmentos (clorofilas e carotenóides) e está envolvida nas reações dependentes da luz, no transporte de elétrons e na produção de ATP.
• A membrana externa das bainhas contém porinas que permitem a difusão de pequenas moléculas; a membrana interna é mais seletiva, exigindo transportadores específicos para íons e metabólitos.

Gênese das mitocôndrias e cloroplastos

De acordo com a teoria da endossimbiose, as mitocôndrias e os cloroplastos originaram-se de bactérias aeróbias e cianobactérias, respectivamente, que foram englobadas por uma célula eucariota ancestral e não digeridas, estabelecendo uma relação simbiótica.

Semelhanças com bactérias

• Mitocôndrias e cloroplastos assemelham-se em tamanho a certas bactérias e se reproduzem por bipartição, independentemente da divisão celular da célula hospedeira.
• Possuem DNA próprio, que se replica quando a organela se divide; esse DNA codifica alguns componentes essenciais.
• Ribossomos e RNA ribossomal das mitocôndrias e cloroplastos têm maior semelhança com os de bactérias do que com os ribossomos citoplasmáticos eucarióticos.
• Os cloroplastos realizam fotossíntese de maneira semelhante às cianobactérias.

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