Núcleo como centro de controlo

Desde muito cedo na investigação biológica que foi constatado que todos os organismos vivos dão origem a descendentes “iguais” a si, ou seja, gatos originam gatos e não canários, por mais gerações que passem.

Por outro lado, apesar da enorme quantidade e variedade de organismos, existem numerosos pontos de proximidade entre eles, nomeadamente a sua constituição química, o seu metabolismo, as suas células, etc.

Assim, pode-se considerar que em cada indivíduo existe um programa biológico que é passado de pais para filhos e que condiciona a forma e o funcionamento dos organismos. Onde se localiza e como funciona esse programa?

A célula, como sistema complexo, deve ter um centro de controlo da sua actividade. Devido à sua presença quase universal em células eucarióticas, já em 1838 Schleiden propôs que o metabolismo celular estaria relacionado com o núcleo.

Este facto acabou por ser confirmado por numerosas experiências, que mostraram que o núcleo detém a coordenação das actividades metabólicas, divisão e transmissão da informação hereditária das células.

Vejamos algumas dessas experiências:

Hammerling utilizou nas suas experiências uma alga clorófita do género Acetabularia, unicelular mas de grandes dimensões (cerce de 2 cm), constituída por uma base, onde se encontra o núcleo e donde saem rizóides, um caulículo e um “chapéu”, cuja forma varia com a espécie. Nesta experiência foram utilizadas duas espécies: Acetabularia mediterranea com “chapéu” de bordo liso e Acetabularia crenulada com “chapéu” de bordo rendilhado.

  • Situação A – foi separado o “chapéu” da base em exemplares de ambas as espécies e os dois pedaços colocados em meio nutritivo. Ambos os “chapéus” morreram e ambas as bases regeneraram “chapéus”. Concluiu-se que o núcleo é o responsável pela manutenção da vida, regeneração e crescimento da célula.

  • Situação B – Foi enxertado o caulículo de A. mediterranea sobre uma base de A. crenulada e colocada sobre meio nutritivo. Verificou-se que se regenerava um “chapéu” liso. Concluiu-se que o núcleo comanda qualquer citoplasma a regenerar a parte da célula que falta segundo as suas ordens.

  • Situação C – procedeu-se a um transplante cruzado de núcleos para as bases citoplasmáticas da alga. Verificou-se que se regeneravam “chapéus” iguais ao tipo de núcleo e não iguais ao tipo de citoplasma da base. Concluiu-se que o núcleo comanda a forma do corpo do indivíduo.

Experiências semelhantes foram realizadas com amibas, sendo os resultados igualmente conclusivos:

Amibas foram incubadas em meio radioactivo, de modo a que o núcleo mostrasse sinais de radiação. De seguida, esse núcleo radioactivo foi transplantado para um citoplasma não exposto á radiação. A célula sobreviveu e cresceu, notando-se, passado algum tempo, que a radioactividade tinha passado do núcleo para o citoplasma.

Concluiu-se que o núcleo comanda o citoplasma enviando-lhe mensagens sob a forma de algum tipo de partícula ou molécula.

Dado que todas estas experiências foram realizadas com seres unicelulares, surge a questão: podem estas conclusões ser generalizadas a seres multicelulares?

Este cientista utilizou nas suas experiências anfíbios da espécie Xenopus laevis, uma espécie onde por vezes surgem indivíduos albinos.

Recolheu ovos de rã normal e destruiu-lhes o núcleo com radiação U.V. Transplantou para esse citoplasma anucleado um núcleo retirado de uma rã albina. O desenvolvimento desse ovo originou uma rã albina.

Com estas experiências confirmaram-se os resultados com organismos unicelulares, podendo-se generalizar que, em todas as células e organismos, o núcleo comanda o metabolismo, crescimento e regeneração.                                                                                              TOPO

Estrutura do núcleo

O núcleo é um organito celular facilmente visível, ocupando cerca de 10% do volume da célula. Não apresenta posição fixa, podendo deslocar-se, tanto no interior de um citoplasma como passar de célula para célula (fungos filamentosos, por exemplo).

A maioria das células apenas apresenta um núcleo mas podem existir vários, designando-se essa estrutura multinucleada ou sincicial (fibras musculares, certos protozoários e fungos, por exemplo). Por vezes apenas existem dois núcleos, geralmente de tamanho diferente – macro e micronúcleo – e com funções diferenciadas – metabólica e reprodutora, respectivamente -, como na paramécia.

Geralmente o núcleo tem forma arredondada mas pode estar dividido em lóbulos ligados entre si (glóbulos brancos) ou em forma de rosário (protozoários do género Stentor). O aspecto do núcleo varia igualmente com a idade da célula e com o seu ciclo de vida.

Os principais constituintes do núcleo são:

  • Membrana nuclear – também designado envelope nuclear, esta membrana é formada por duas membranas unitárias, separadas por um espaço dito perinuclear. Este espaço é muitas vezes designado cisterna perinuclear, recordando a convicção de que o invólucro é uma cisterna do R.E. A membrana externa contém quase sempre ribossomas. O invólucro não é contínuo, apresentando numerosos poros, formados por 8 unidades proteicas que rodeiam uma unidade central. Deste modo é possível a passagem de substâncias entre o núcleo e o citoplasma. O número de poros parece variar, sendo maior quanto maior for a taxa metabólica da célula;

  •  Nucleoplasma – tal como o hialoplasma do citoplasma, o nucleoplasma é uma solução aquosa de moléculas (iões, enzimas, nucleótidos, etc.), no seio do qual se encontram os nucléolos e a cromatina;

  • Cromatina – a designação de cromatina (cor) revela a sua elevada afinidade para corantes básicos como o azul de Metileno ou o violeta de Genciana. A cromatina apresenta-se no interior do invólucro sob a forma de filamentos muito finos e longos, cuja posição no núcleo e grau de compactação (espiralização) varia grandemente. Nos períodos de divisão celular estes filamentos tornam-se tão compactos que são visíveis ao M.O.C. sob a forma de cromossomas. As zonas mais espiralizadas designam-se heterocromatina, enquanto as zonas mais desenroladas compõem a eucromatina. A cromatina é constituída por DNA e proteínas – histonas. Em células procarióticas a cromatina é o único componente nuclear presente pois não existe invólucro nuclear;

  • Nucléolos – estruturas mais ou menos esféricas, visíveis no interior do núcleo, sem qualquer tipo de delimitação membranar. Geralmente apenas existe um nucléolo por célula mas é possível observar mais, principalmente em células muito activas metabolicamente. Durante a divisão celular o nucléolo desaparece. Tal como a cromatina, é formado por ácidos nucleicos mas neste caso RNA.                           TOPO

Natureza do material hereditário

Dada a constituição do núcleo já referida, além das membranas (presentes no citoplasma onde não comandam nada!), o material mais indicado para ser o transportador da informação genética parecem ser os ácidos nucleicos.

Já em 1869 Miescher extraiu de vários núcleos uma substância química de elevada massa molecular (composta por macromoléculas, portanto) contendo azoto e fósforo. Chamou a esta substância nucleína.

Outros cientistas notaram a natureza ácida deste composto, alterando-lhe o nome para ácido nucleico, que se mantém até hoje. Esta designação salientava o facto destas moléculas se encontrarem no núcleo, embora actualmente se saiba que podem ser encontrada noutros locais da célula.

Em 1928 Griffith estudava bactérias responsáveis pela pneumonia (Diplococus pneumoniae), de forma arredondada e unidas duas a duas. Existem dois tipos dessas bactérias:

  • Forma S – células de aspecto liso (smooth), patogénicas;

  • Forma R – células bacterianas sem cápsula, o que lhes confere um aspecto rugoso (rough), não patogénicas pois são fagocitadas pelos glóbulos brancos.

 

  • Situação A – bactérias da forma S foram injectadas em ratos. Os ratos morrem de pneumonia;

  • Situação B – bactérias da forma R são injectadas em ratos. Os ratos sobrevivem saudáveis pois o seu sistema imunitário destrói as bactérias;

  • Situação C – bactérias da forma S mortas pelo calor são injectadas em ratos. Os ratos sobrevivem saudáveis pois não existe agente infeccioso;

  • Situação D – uma mistura de bactérias da forma S mortas pelo calor e bactérias da forma R vivas é injectada em ratos. Os ratos morrem!?! Ao analisar o sangue dos ratos mortos nesta experiência, Griffith encontrou bactérias vivas do tipo S e R. A única explicação possível para esta situação seria que algo das bactérias S mortas tinha passado para as bactérias R vivas, transformando-as de forma a que conseguissem formar cápsula, tornando-se patogénicas.

A natureza desse princípio transformante manter-se-ia desconhecida até que novas experiências foram realizadas.

Em 1944, Avery cultivou bactérias lisas, matou-as pelo calor e triturou-as. Separaram-se os seus constituintes químicos (glícidos, proteínas, lípidos e ácidos nucleicos).

Adicionando cada um destes constituintes, separadamente, a bactérias rugosas não patogénicas e, seguidamente, injectando-as em ratos, observou que apenas os ácidos nucleicos transformavam as bactérias rugosas em lisas patogénicas.

Estas observações permitiram concluir que estas biomoléculas eram responsáveis pela transmissão da informação genética.

Em 1952 estes cientistas realizaram experiências com o bacteriófago T2, um vírus que ataca bactérias. O vírus é uma estrutura muito simples, composto apenas por proteínas e ácido nucleico.

O bacteriófago agarra-se á membrana bacteriana através de fibras proteicas da sua cauda e injecta para o citoplasma o ácido nucleico que se localiza na sua cabeça. Esse ácido nucleico vai comandar, a partir do citoplasma bacteriano, a produção de mais vírus. A parte proteica do vírus nunca penetra na célula.

Tendo isto em conta, e sabendo que as proteínas apresentam na sua composição enxofre (presente no aminoácido cisteína) e que os ácidos nucleicos apresentam na sua composição fósforo, realizaram a seguinte experiência:    

  • situação A - fagos foram cultivados em meio contendo enxofre radioactivo (logo as proteínas ficaram radioactivas) e foram infectar bactérias não radioactivas. Observou-se que a radioactividade permanecia no exterior das células;

  • situação B - fagos foram cultivados em meio com fósforo radioactivo (logo os ácidos nucleicos ficaram radioactivos) e foram infectar bactérias não radioactivas. Observou-se que a radioactividade estava no interior das células.

Desta experiência concluiu-se que os ácidos nucleicos são os responsáveis pela informação que conduz à formação de novos vírus.     TOPO

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