O que há dentro do núcleo
O núcleo é envolvido pelo envelope nuclear, formado por duas membranas. Ele é atravessado por poros nucleares, canais por onde passam moléculas entre o núcleo e o citoplasma. Dentro dele há o DNA associado a proteínas, a região densa chamada nucléolo e um meio aquoso chamado nucleoplasma.
O nucléolo é onde se formam as partes dos ribossomos, as estruturas que montam proteínas. Os ribossomos em si trabalham fora do núcleo, no citoplasma.
Bactérias não têm núcleo delimitado por membrana. O DNA delas fica em uma região do citoplasma. Essa diferença separa as células procarióticas das eucarióticas.
O envelope nuclear não é uma barreira fechada. Os poros nucleares funcionam como portões seletivos: deixam entrar proteínas necessárias ao núcleo e deixam sair moléculas de RNA, mas controlam esse trânsito. Por dentro, o envelope é sustentado por uma rede de proteínas que ajuda a manter a forma do núcleo e participa da organização do DNA.
O que se vê ao microscópio
O núcleo é a estrutura mais fácil de reconhecer em uma célula animal ao microscópio óptico, sobretudo depois de corantes que se ligam ao DNA. Ele costuma aparecer como um corpo arredondado, de tamanho da ordem de alguns micrômetros, e o nucléolo pode surgir como uma mancha mais densa no interior.
Em células que não estão se dividindo, o DNA aparece como uma textura difusa. Quando a célula entra em divisão, o envelope nuclear se desfaz e surgem estruturas em forma de bastão ou de X, os cromossomos, também visíveis ao microscópio óptico após coloração. A observação dos cromossomos é direta. O que acontece na escala das moléculas, porém, é deduzido por outros métodos.
DNA: a molécula e a dupla hélice
O DNA é uma molécula longa formada por unidades chamadas nucleotídeos. Cada nucleotídeo tem uma de quatro bases: adenina, timina, citosina e guanina. A sequência dessas bases carrega a informação genética. Um gene é um trecho dessa sequência que contém instruções, por exemplo, para fabricar uma proteína.
A estrutura em dupla hélice foi proposta em 1953 por James Watson e Francis Crick. O trabalho deles se apoiou em dados de difração de raios X obtidos por Rosalind Franklin e por Maurice Wilkins, entre outros colaboradores. Watson, Crick e Wilkins dividiram o Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1962; Franklin já havia morrido. Na dupla hélice, duas fitas se enrolam, e as bases de uma fita se emparelham com as da outra: adenina com timina e citosina com guanina. Esse emparelhamento explica como a molécula pode ser copiada.
Cada fita serve de molde para a síntese de uma nova, e o resultado são duas moléculas iguais à original. Esse processo, a replicação, ocorre antes de a célula se dividir. Enzimas especializadas fazem a cópia e também conferem erros, o que mantém a informação estável de uma geração de células para a seguinte.
Da cromatina ao cromossomo
O DNA de uma célula humana, esticado, seria muito mais comprido do que o núcleo que o contém. Ele cabe porque está enrolado em proteínas chamadas histonas. O conjunto de DNA e proteínas é a cromatina. Em um primeiro nível de organização, o DNA se enrola em torno de grupos de histonas, formando estruturas chamadas nucleossomos.
Quando a célula vai se dividir, a cromatina se compacta muito e forma os cromossomos. Cada cromossomo replicado tem duas cromátides idênticas unidas em uma região chamada centrômero. Células humanas comuns têm 46 cromossomos, organizados em 23 pares. Cada par tem um cromossomo de origem materna e outro de origem paterna.
O número de cromossomos varia entre espécies e, por si só, não indica complexidade do organismo.
Uma forma de visualizar os cromossomos de uma pessoa é o cariótipo, em que as imagens dos cromossomos de uma célula em divisão são organizadas em pares por tamanho e forma. É uma técnica de observação direta, usada em pesquisa e em genética clínica. Este texto é apenas educativo e não substitui orientação de profissionais de saúde.
Como se chegou ao modelo da cromatina
A imagem clássica da cromatina como um colar de contas, em que cada conta é um nucleossomo, vem de observações ao microscópio eletrônico de material extraído e tratado. Mas essas fibras são o que foi visto em amostras preparadas, e não necessariamente o que existe no núcleo vivo.
Como a cromatina se dobra dentro do núcleo é um tema em estudo. Modelos que descrevem fibras regulares coexistem com resultados que sugerem uma organização mais irregular e dinâmica. Por isso, as ilustrações dos livros devem ser lidas como esquemas, não como fotografias do que ocorre dentro da célula.
Do DNA à proteína
O DNA do núcleo não sai dele. Quando uma célula precisa de uma proteína, uma cópia de trabalho do gene é feita em forma de RNA, em um processo chamado transcrição. Esse RNA atravessa os poros nucleares e é usado pelos ribossomos no citoplasma para montar a proteína. Essa sequência, do DNA ao RNA e deste à proteína, é um princípio central da biologia molecular.
Nem todas as células leem os mesmos genes. Uma célula do fígado e uma célula da pele têm essencialmente o mesmo DNA, mas ativam conjuntos de genes diferentes.
Essa leitura seletiva é uma das razões pelas quais células tão diferentes convivem no mesmo corpo. A posição dos genes dentro do núcleo e o grau de compactação da cromatina influenciam o que pode ser lido, mas os detalhes desse controle ainda são intensamente estudados.