Empacotamento do DNA

Visão Geral

Os eucariotas têm genomas grandes comparados com os procariotas. Para encaixar os seus genomas em uma célula, os eucariotas precisam condensar o seu DNA firmemente dentro do núcleo. Para isso, o DNA enrola-se em volta de proteínas chamadas histonas para formar nucleossomas, a principal unidade de condensação do DNA. Os nucleossomas, em seguida, enrolam-se em fibras compactas conhecidas como cromatina.

Você tem DNA Suficiente para Esticar até ao Sol e Voltar Centenas de Vezes

A maioria das células do corpo humano contém cerca de 3 mil milhões de pares de bases de DNA condensadas em 23 pares de cromossomas. É difícil imaginar exatamente quanto DNA esses números representam. Então, quanta condensação precisa acontecer para encaixar o genoma em uma célula?

Podemos ter alguma idea expressando o genoma em termos de comprimento. Se dispusermos o DNA de uma única célula humana, como uma célula da pele, em linha reta, daria dois metros de comprimento–mais de 6,5 pés. O corpo humano contém cerca de 50 trilhões de células humanas. Isso significa que cada pessoa tem um total de cerca de 100 trilhões de metros de DNA. Por outras palavras, cada pessoa tem DNA suficiente para esticar da Terra ao Sol 300 vezes!

E os humanos não têm genomas particularmente grandes–os de muitos peixes, anfíbios e angiospérmicas são muito maiores. Por exemplo, o genoma da angiospérmica Paris japonica é 25 vezes maior que o genoma diplóide humano. Esses números enfatizam a surpreendente tarefa que os eucariotas precisam realizar para embalar o seu DNA dentro das células.

Os Nucleossomas têm um Papel Central na Condensação do DNA

Cada nucleossoma consiste em DNA enrolado em volta de um núcleo de oito proteínas histonas. Cada núcleo é composto por quatro tipos diferentes de histonas—H2A, H2B, H3 e H4—que estão presentes em duas cópias. Outro tipo de histona—H1—liga-se tanto ao nucleossoma como ao DNA de ligação, estabilizando a estrutura.

O DNA torna-se mais compacto à medida que os nucleossomas e o DNA ligado se enrolam em fibras de cromatina. Fibras de cromatina não condensadas, ou eucromatina, têm aproximadamente 10 nm de diâmetro. Os nucleossomas assemelham-se a missangas em um fio nestas fibras. À medida que o DNA continua a condensar, as fibras de 10 nm enrolam-se em fios de aproximadamente 30 nm de espessura, que por sua vez formam laços que criam fibras de 300 nm de espessura. Quando a cromatina está totalmente compactada é conhecida como heterocromatina.

A estrutura vagamente condensada de eucromatina permite que enzimas, como a RNA polimerase, tenham acesso ao DNA. A transcrição, portanto, tende a ocorrer predominantemente em regiões de eucromatina do genoma, que são ricas em genes. Em contraste, a estrutura bem condensada de heterocromatina bloqueia o acesso ao DNA, impedindo a transcrição. A heterocromatina predomina nos centrómeros e telómeros dos cromossomas, onde sequências de DNA altamente repetitivas são muito mais comuns do que os genes. Além disso, os organismos podem ajustar dinamicamente o nível de condensação do DNA em resposta a sinais ambientais celulares e externos, descondensar o DNA quando os genes precisam ser ligados, e recondensá-lo para os desligar.