Quais são as principais estruturas do núcleo celular e a função delas?

Envelope nuclear

Como o próprio nome sugere, o envelope nuclear envolve o núcleo, separando-o do citoplasma da célula. É uma membrana dupla e cada membrana é uma bicamada fosfolipídica associada a proteínas. As duas membranas estão separadas por um espaço de 20 a 40 nm, sendo frequentemente chamadas de membranas nucleares interna e externa. A membrana externa é contínua com o retículo endoplasmático da célula e, portanto, o espaço entre as membranas nucleares interna e externa se conecta com o lúmen do retículo endoplasmático. Assim como o retículo endoplasmático, a membrana nuclear externa possui ribossomos ligados a ela. Em contrapartida, a membrana interna do envelope nuclear se associa a proteínas que são específicas do núcleo e, portanto, não são encontradas em nenhum outro local da célula.

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O envelope nuclear possui minúsculos poros, com diâmetros de cerca de 100 nm, que são revestidos por 50 a 100 proteínas diferentes. Esta estrutura é conhecida como complexo de poros nucleares. As membranas interna e externa do envelope são contínuas ao redor desses poros, que regulam os movimentos de macromoléculas, RNAs e proteínas para dentro e para fora do núcleo. Esse movimento é conhecido como transporte nuclear. Moléculas pequenas podem se movimentar passivamente pelos poros, mas moléculas maiores, incluindo os RNAs e muitas proteínas, são grandes demais para isso e devem ser transportadas ativamente. Durante este processo ativo, elas são seletivamente reconhecidas e transportadas em uma direção específica. A passagem de RNAs e proteínas através do complexo de poros nucleares é particularmente importante por desempenhar um papel na expressão gênica.

Lâmina nuclear

A membrana nuclear interna é revestida por uma rede de filamentos proteicos chamada de lâmina nuclear. As proteínas que compõem a lâmina nuclear são conhecidas como laminas, e elas sustentam mecanicamente o envelope nuclear, garantindo que a forma geral e a estrutura do núcleo sejam mantidas.

Além das laminas, há outro conjunto de proteínas de membrana, chamadas de proteínas associadas à lâmina, que ajudam a mediar a interação entre a lâmina e a membrana nuclear interna. Acredita-se que a lâmina nuclear, junto com as fibras proteicas chamadas de matriz nuclear, também auxiliam na organização do material genético, permitindo que ele atue com mais eficiência.

Cromatina e cromossomos

O DNA de uma célula eucarionte está localizado dentro do núcleo celular associado a proteínas chamadas de histonas. Durante a intérfase, ou seja, na fase em que a célula não está em processo de divisão, o DNA está disposto sob a forma de um filamento fino e comprido denominado cromatina. Durante a divisão celular, o DNA se condensa, enovelando-se múltiplas vezes ao redor dele mesmo para formar os cromossomos. Assim, um cromossomo é formado pela cromatina que se enrolou sobre si mesma durante a fase de divisão celular, formando as estruturas altamente espiraladas e condensadas que são os cromossomos.

Os cromossomos estão sob grau máximo de condensação durante a metáfase da mitose. É nessa fase que os cromossomos conseguem ser visualizados com maior clareza, alinhando-se uns aos outros na placa equatoriana da célula. Durante esse processo de divisão celular, os cromossomos se dividem, formando duas cópias idênticas do cromossomo, cada uma chamada de cromátide. A cromatina, presente no núcleo quando a célula não está se dividindo, geralmente não pode ser vista mesmo que a célula tenha sido corada histologicamente.

Os núcleos das células humanas contêm 46 cromossomos, exceto pelos gametas que contém somente 23.

Nucléolo

Quando um núcleo não está se dividindo, uma estrutura chamada de nucléolo torna-se visível. Na verdade, é a estrutura mais proeminente dentro do núcleo, sendo constituída por uma por uma massa de grânulos proteicos, fibrilas e material genético sob a forma de cromatina. Normalmente há apenas um único nucléolo presente, mas alguns núcleos têm múltiplos nucléolos. Os nucléolos se desintegram durante a divisão celular.

O nucléolo é importante por ser o local de produção do RNA ribossômico (RNAr), além de estar envolvido na transcrição do RNAr, no processamento do pré-RNAr e na montagem das subunidades do ribossomo, formados por uma combinação de moléculas de RNAr com proteínas. O nucléolo não possui membrana, mas contém uma densidade única que o separa do nucleoplasma circundante e permite que seja visualizado ao microscópio. Além de estar envolvido na biogênese ribossomal, acredita-se que o nucléolo tenha outras funções, pois contém uma série de proteínas não relacionadas à síntese de RNAr ou à produção de ribossomos. Acredita-se que ele desempenhe um papel em atividades como reparo de danos ao DNA, regulação do ciclo celular e processamento do RNA.

Nucleoplasma

O nucleoplasma é semelhante ao citoplasma de uma célula, por ser semilíquido e preencher o espaço dentro do núcleo. É uma espécie de protoplasma e envolve os cromossomos e nucléolos. Várias estruturas, proteínas e enzimas podem ser encontradas no nucleoplasma, tais como os corpúsculos de Cajal.

Os corpúsculos de Cajal têm entre 0,3-1,0 µm de diâmetro e podem ser encontrados nas células em proliferação, como células embrionárias e cancerosas, bem como em células que têm uma alta taxa metabólica, como os neurônios. Às vezes chamados de corpos enovelados, os corpúsculos de Cajal se ligam aos nucléolos através de proteínas especializadas chamadas proteínas coilina. A concentração dessas proteínas dentro dos corpúsculos de Cajal melhoram a eficiência dos processos nucleares.

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Laminopatias

Mutações nos genes que codificam as laminas no núcleo podem levar a uma série de distúrbios genéticos raros, normalmente devido a uma mudança na quantidade das lâminas. Coletivamente essas doenças são conhecidas como laminopatias, e incluem a distrofia muscular autossômica dominante de Emery-Dreifuss, a lipodistrofia parcial familiar do tipo Dunnigan, bem como distúrbios de desenvolvimento e envelhecimento.

Anomalias nucleares

Certas doenças do sangue podem levar a anomalias nucleares. Isso significa que a análise do formato e da estrutura dos núcleos nas células sanguíneas pode levar a diagnósticos específicos. Por exemplo, a doença de Wilson causa um aumento do glicogênio nos núcleos, enquanto a leucemia mieloide aguda faz com que os núcleos celulares tenham seus formatos distorcidos.

Anomalias do nucléolo

Anormalidades nos nucléolos podem levar a algumas formas de doenças hereditárias raras, bem como doenças degenerativas, como Huntington e Alzheimer. Diversas doenças também podem resultar de alterações no envelope nuclear, tais como a cardiomiopatia e a distrofia muscular.