Resumén de Biologia Cel. - UBA - Baldoni

Resumen para el Segundo parcial - Librito 11

UNIDAD 11

El núcleo tiene 3 funciones primarias, todas ellas relacionadas con su contenido de ADN, ellas son:
• Almacenar la información genética en el ADN
• Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN
• Ejecutar, dirigir y regulas las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas
En el núcleo se localizan los procesos a través de los cuales se llevan a cabo dichas funciones. Estos productos son:
• La duplicación del ADN y su ensamblado con proteínas (histonas) para formar la cromatina.
• La transcripción de los genes a ARN y el procesamiento de estos a sus formas maduras, muchas de las cuales son transportadas al citoplasma para su traducción.
• La regulación de la expresión genética.

Estructura del Núcleo

Está rodeado por la envoltura nuclear, una doble membrana interrumpida por numerosos poros nucleares. Los poros actúan como una compuerta selectiva que permite la entrada desde el citoplasma de algunas proteínas y la salida de los distintos ARN y sus proteínas asociadas.
La envoltura nuclear es sostenida desde el exterior por una red de filamentos intermedios dependientes del citoesqueleto, mientras que la LÁMINA NUCLEAR provee sostén interno.
El núcleo también tiene un NÚCLEOPLASMA, en el cual están disueltos sus solutos y un esqueleto filamentoso, LA MATRIZ NUCLEAR la cual provee soporto a los CROMOSOMAS y a los grandes complejos proteicos.
Los cromosomas aparecen ocupando lugares específicos. Los cromosomas están agrupados de tal forma que los genes de los ARNr están todos juntos y confinados en el NUCLEOLO, el lugar donde se sintetizan, procesan y ensamblan los ARNr.
En el núcleo, los GENES transcripcionalmente activos tienden a estar separados de los inactivos. Los activos se encuentran ubicados centralmente, mientras que los silentes están confinados próximos a la envoltura nuclear

La envoltura nuclear

Esta formada por dos membranas concéntricas interrumpidas por los poros nucleares y por la lámina nuclear. Las membranas delimitan un ESPACIO O CISTERNA PERINUCLEAR. La MEMBRANA EXTERNA en contacto con el citoplasma tiene ribosomas adheridos, que sintetizan las proteínas que se vuelcan al espacio perinuclear. Este espacio se continúa con el REG.
La MEMBRANA INTERNA posee proteínas integrales que le son propias, que se unen a la lámina nuclear y a los cromosomas.
La LÁMINA NUCLEAR esta formada por proteínas del tipo de los filamentos intermedios, polímeros de lámina o laminina nuclear. Ellas se unen a las proteínas integrales de las membranas. La fosforilación de las lamina provoca el desensamble de la lamina nuclear causando la ruptura de la envoltura al inicio de la división celular. La lámina nuclear confiere estabilidad mecánica a la envoltura nuclear.
La ENVOLTURA NUCLEAR es un derivado del sistema de endomembranas, siendo esto evidente al inicio de la división celular, cuando la envoltura se desorganiza y pasa a formar parte del sistema de cisternas y vesículas del RE. La aparición de la envoltura nuclear permitió que los eucariontes aislaran los procesos genéticos principales. Además posibilito que el ARNm se modifique dentro del núcleo antes de ser traducido en los ribosomas. Estas modificaciones no ocurren en los procariontes, ya que a medida que la ARN polimerasa sintetiza ARN, simultáneamente el extremo 5' se une al ribosoma y comienza la traducción.

Complejos de Poro Nuclear

La envoltura nuclear presenta estructuras discoidales llamadas (CPN), el número de estos es variable. Incrementándose a medida que aumenta la actividad celular. Cada CPN es una estructura macromolecular compleja constituida por un gran número de proteínas de disposición octamérica. Formado por:
• Ocho columnas proteicas, que forman las paredes laterales del poro;
• Anillo interno y externo de estructura octamérica;
• Proteínas de anclaje que fijan cada columna al espacio perinuclear;
• Proteínas radiales que se proyectan desde las columnas hacia la luz del poro, a manera de diafragma;
• Proteínas fibrilares fijas a los anillos. En la cara convergen para formar una canastilla. A lo largo de estas fibrillas se ubican núcleoporinas que intervienen en el transporte de sustancias a través del poro;
• Un poro central o abertura.

La luz de los CPN suelen estar obstruidas por proteínas que circulan a través del poro, como las Cariotransportinas (Kap) que actúan como eficientes transportadores en el tráfico núcleo/citoplasma.

Transporte a través del CPN

Los CPN presentan uno o varios canales acuosos a través de los cuales las pequeñas moléculas solubles en agua difunden (transporte no regulado). Las moléculas de mayor peso molecular son transportadas en forma activa, por lo que requieren energía y moléculas transportadoras.
Se importan dentro del núcleo:
• Las proteínas sintetizadas en el citoplasma necesarias para ensamblar los ribosomas.
• Los factores de transcripción requeridos en la activación o inactivación de los genes.
• Los factores de empalme necesarios en el proceso de maduración de los ribosomas.

Las moléculas y macromoleculares ensambladas y exportadas desde el núcleo al citoplasma:
• Las subunidades ribosomales;
• ARNm
• ARNt
• Factores de transcripción que son devueltos al citoplasma para ser reutilizados.

Los complejos de poro nuclear hacen a la envoltura nuclear una barrera selectiva entre el núcleo y el citoplasma. Estos complejos constituyen la principal vía de comunicación entre el compartimiento nuclear y citoplasmático de la célula ante el pesado tráfico molecular.
Las proteínas de gran tamaño deben poseer una etiqueta para ingresar por el canal central. Estas proteínas sintetizadas en el citoplasma contienen la SEÑAL DE LOCALIZACIÓN NUCLEAR (NSL). Los ARN salen a través de complejos de poro con una proteína especial que posee una SEÑAL NUCLEAR DE EXPORTACIÓN (NES). Ambas consisten en una secuencia corta de aminoácidos.
Las proyecciones filamentosas desde la cara citosólica del complejo pueden enlazar proteínas, conduciéndolas dentro del poro central. Los filamentos citosólicos pueden ser un área importante de paso para la preparación de las ribonucleoproteinas (RNP) antes de ser exportadas.
Las moléculas de mayor tamaño requieren de una PROTEÍNA TRANSBORDADORA O CARIOTRANSPORTINA. Integradas por: importinas y exportinas.
Las IMPORTINAS son heterodímeros, formados por dos subunidades, la subunidad A se una a la NSL de la proteína nuclear permitiendo la unión con la subunidad B. Esta unión origina una "IMPORTINA FUNCIONAL".
El complejo importina funcional se pone en contacto con los filamentos citosólicos, donde guiado por la núcleoporinas (Nup), llega al poro central. La translocación del complejo importina/carga es regulado por la pequeña GTPasa Ran', que se une a la subunidad B de la importina. Esta B-importina es la encargada de interactuar con el poro provocando su dilatación y posibilitando el ingreso de la proteína nuclear. La translocación de proteínas es un proceso activo. Cuando el complejo penetra al interior del núcleo, las subunidades de importina se separan y la carga es liberada. La disociación de las subunidades causa cambios en su forma, dejando al descubierto la NES de cada subunidad. Otras proteínas en el poro central reconocen la NES y retornan las subunidades al citoplasma. Los receptores de las hormonas esteroides poseen una NSL también.

Exportación de ARN

Los ARN maduros se asocian a proteínas, las cuales actúan como transbordadores permitiendo el pasaje de ARN al citoplasma. Los ARNm maduros que presentan poli A se asocian con varias proteínas, formando una partícula de ribonucleoproteinas (RNP). Estas partículas se mueven linealmente a través de la canasta nuclear. Al igual que las importinas, las RNP son recicladas hacia el núcleo. En el citoplasma, las CRBP reemplazan a las RNP para guiar a los ARN a sus destinos citosólicos correcto

Cromosomas y cromatina

El núcleo contiene los CROMOSOMAS de la célula. Cada cromosoma consiste en una molécula única de ADN con una cantidad equivalente de proteínas El ADN con sus proteínas asociadas se denominan CROMATINA. La mayor parte de las proteínas de la cromatina consisten en copias múltiples de cinco clases de HISTONAS estas proteínas básicas son ricas en residuos de arginina y lisina.
La cromatina también contiene pequeñas cantidades de una amplia variedad de PROTEÍNAS NO HISTONICAS Y RNP. La mayoría de ellas son factores de trascripción estos factores regulan que parte de ADN será transcripta en ARN.



Niveles de organización de la cromatina
Dos tipos de cromatina. La EUROCROMATINA O CROMATINA LAXA de localización central Y LA HETEROCROMATINA O CROMATINA DENSA en la periferia del núcleo.

La HETEROCROMATINA es transcripcionalmente inactiva.
La EUCROMATINA se encuentra en dos estados, el accesible, donde se encuentran los genes accesibles que se están transcribiendo y la poco accesible, más condensada donde están los genes que no se transcriben.
Las perlas son los nucleosomas de enrollamiento de la cromatina.
Los núcleosomas están formados por un centro o core de histonas. Dicho centro posee dos copias de cada una de las siguientes histonas: H2A; H2B; H3 Y H4.
Alrededor del centro de histonas, 146 pares de bases del ADN se enrollan en dos vueltas. La unión de las histonas del ADN no depende de la secuencia particular de nucleotidos, sino de la secuencia de aminoacidos de la histona. Alrededor de 60 pares de bases de ADN unen un núcleosoma con el proximo. Cada region de union es el ADN espaciador. La quienta histona, la H1 conecta a los nucleosomas y actúa como una banda de goma, manteniéndolos juntos dentro de una misma cuerda enrollada. Esta estructura se conoce como fibra, siendo el primer grado de empaquetamiento de la cromatina.
Los núcleosomas se organizan en fibras girando alrededor de su eje. Esta estructura es mantenida por la interacción de las H1 de núcleosomas cercanos. En el siguiente nivel de empaquetamiento, las fibras se organizan en una serie de bucles o asas súper enrolladas. Estos bucles se estabilizan gracias a la interacción con las proteínas de la matriz nuclear o andamiaje nuclear. (Scaffold). Cada bucle de cromatina representa un dominio funcional o unidad de replicación.
Durante la profase, los cromosomas aparecen en forma más condensada, alcanzando la cromatina su mayor nivel de condensación en la metafase. La organización de los cromosomas envuelve la fosforilación de la H1 y otras proteínas, lo cual causa el plegamiento y empaquetamiento aun mas compacto de la cromatina. El andamiaje o matriz nuclear se convierte en el centro de la estructura del cromosoma, y como la compactación continua, este se pliega a modo de acordeón.
El grado de condensación de los dominios de la cromatina se mantiene debido a la asociación con la matriz nuclear y a proteínas asociadas con la topoisimerasa II o girasa, encargada de controlar el grado de súper enrollamiento del ADN.
La unión entre la cromatina y la matriz se da a nivel de zonas altamente conservadas, denominadas secuencias SAR o MAR, las SAR son regiones ricas en residuos de adenina y timina, abundantes en la heterocromatina. En andamiaje esta muy plegado en la heterocromatina, y es mas lineal en las bandas de eucromatina, formando bucles mas amplios.
Las histonas de la eucromatina están fuertemente acetiladas, haciéndolas mas accesibles para la transcripción de sus genes.
Tipo de cormatina Estado Fisico Cambio quimico Tipo de genes Replicacion
Eurocromatina Laxa Acetilada Activos Fase S temprana
Heterocromatina Condensada Metilada Silentes Fase S tardia


El empaquetamiento de la cromatina permite confinar al ADN dentro del núcleo.
El empaquetamiento del ADN en forma de cromatina, no solamente le permite entrar dentro de los límites del núcleo, sino también lo protege del ataque de las nucleasas.

El cromosoma EUCARIONTE

Cada cromosoma eucariota consiste en una molécula simple de ADN.
La molécula de ADN en el cromosoma es lineal, por lo tanto posee 2 extremos y contiene:
Un conjunto lineal de genes que codifican para ARN y proteínas interrumpidas por muchas secuencias de ADN no codificante. El ADN NO codificante incluye:
Secuencias aprox. De 170 nucleótidos de ADN satelite que corresponden al centrómero;
Secuencia repetitiva en los extremos del cromosoma llamada telómeros,
Múltiples secuencias señalizadotas altamente conservadas, denominadas origen de replicación (ORI) necesarias para que se realice la duplicación del ADN en un tiempo breve.
• El centrómero es una constricción primaria localizada centralmente en cada cromosoma. El ADN centromérico se encuentra siempre condensado siendo parte de la parte de la heterocromatina. Los telómeros son necesarios para la duplicación completa del cromosoma, los protegen de las nucleasas, evitan que los extremos del cromosoma se fusionen entre si y facilitan la interacción del cromosoma con la envoltura nuclear. Los telómeros de las células humanas contienen la secuencia 5' TTAGGG 3'.
La cadena rica en guanosina corre en dirección 5' 3' formando un apéndice en una de las cadenas en cada extremo del ADN. Este desnivel se mantiene por medio de una enzima especial la telomerasa, que agrega nuevas unidades al extremo 3' de la cadena rica en guanosina. La telomerasa es una ribonúcleoproteína, provee un molde AAUCCC, es una retrotrancriptasa, sintetiza ADN a partir de un molde de ARN.
La telomerasa activa se encuentra solamente en las células de la lineal terminal, eucariontes unicelulares y células cancerosas.
La posicion del centromero nos permite diferenciar a los cromosomas, durante la mayor parte de la vida de la célula, los cromosomas son demasiados largos y tenues, antes de que una célula se divida, cada cromosoma de duplica (fase S).
Al inicio de la división celular, los cromosomas duplicados se condensan en estructuras que pueden teñirse con facilidad. Cada parte del cromosoma duplicada, se llama cromatina hermana.
El cinetocoro es una estructura proteica que forma parte del centrómero y ayuda a separar las cromatidas hermanas, es el sitio de union con los microtubulos del huso. La posición del centrómero, determina el largo de los brazos del cromosoma, en base a estos se puede clasificar a los cromosomas en Metacéntricos (centrado e iguales), Submetacéntricos (tira mas para un lado el centro osea uno es mas grande que otro) y Acrocéntricos (en el extremo y uno de los brazos es casi inexistente).

CARIOTIPO

Todas las especies tienen un número característicos de pares de cromosomas homólogos llamaros números diploide (2n). En el hombre es 46.
El CARIOTIPO es una representación gráfica o fotográfica de los cromosomas presentes en el núcleo de una sola célula somática de un individuo. Cada miembro del par de cromosomas homólogos proviene de cada uno de los padres del individuo. El cariotipo de la mujer contiene 23 pares de cromosomas homologos: 22 pares de autosomas y 1 par de cromosomas sexuales ambos "X". El cariotipo del hombre contiene 22 pares de autosomas y par de cromosomas sexuales uno "X" y uno "Y".

Preparación de un cariotipo

La tinción marca las regiones de los cromosomas que son ricos en pares de nucleótidos entre A - T produciendo una banda oscura, la banda G. luego de la tinción, los cromosomas se fotografían, se recortan y se ordenan de acuerdo a su long. Los de igual tamaño se aparean según la ubicación de su centrómero.

El nucléolo

En el tienen lugar la formación de subunidades ribosómicas, la síntesis y procesamiento de ARNr. Es un aglomerado de fibras de cromatina de distintos cromosomas, todos estos son Acrocéntricos y presentan constricciones secundarias denominadas organizadores nucleolares (NOR), donde están los genes que codifican ARNr. El nucleolo se diferencia dos regiones:
• Una zona fibrilar central, formada por ADNribosomico y ARNr naciente
• Una zona granular periférica donde los gránulos están formados por las subunidades ribosómicas en proceso de ensamblado.
Los nucleolo, al igual que la envoltura nuclear desaparecen en la mitosis y se reorganizan alrededor de los segmentos de ADNr (codifica ARNr). Cada gen produce un transcripto llamado ARNr 45S que será luego procesado. El ensamblado de las subunidades ribosomales requiere de un tiempo mas o menos constante; es por ella que en los nucleolos grandes observamos mayor proporción de componente granular.