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Esta relación aumenta antes de la división celular y durante las primeras divisiones de la embriogénesis. Está en relación directa con el contenido cromosómico y en virtud de la actividad funcional de la célula. Habitualmente hay un solo núcleo en cada célula, otras veces es doble (como ocurre en un...

Esta relación aumenta antes de la división celular y durante las primeras divisiones de la embriogénesis. Está en relación directa con el contenido cromosómico y en virtud de la actividad funcional de la célula. Habitualmente hay un solo núcleo en cada célula, otras veces es doble (como ocurre en un porcentaje de células hepáticas) y aún pueden ser múltiples como en el osteoclasto. Los núcleos múltiples resultan de dos mecanismos: • Por fusión de varias células originalmente mononucleadas, lo que da lugar a un sincicio o sincitio; en este caso, las células mononucleadas se unen, pierden sus límites y los núcleos quedan dentro de una única masa citoplasmática rodeada por la correspondiente membrana plasmática. • Por divisiones nucleares o cariocinesis sin ocurrencia de las divisiones citoplasmáticas (citocinesis). Comportamiento nuclear. Composición y función Matriz nuclear Es una solución coloidal o semilíquida amorfa al MET. Ocupa todo el espacio delimitado por la envoltura nuclear y entre los componentes nucleares formes. Contiene componentes inorgánicos tales como agua e iones, posee mayor concentración de sodio y potasio que el citoplasma. Dentro de los componentes orgánicos podemos mencionar a los nucleótidos, proteínas estructurales y enzimáticas, factores reguladores. Funcionalmente posibilita la dispersión de macromoléculas como ácidos nucleicos y proteínas y solubiliza nucleótidos, materia prima para la replicación del ADN y transcripción de los diferentes tipos de ARN. Cromatina Está compuesta por una interacción estable entre el ácido desoxirribonucleico (ADN) y proteínas básicas llamadas histonas (PH). Son moléculas lineales y se presentan en número y longitud variables dependiendo de la especie. El ácido desoxirribonucleico (ADN) está compuesto por dos cadenas complementarias antiparalelas (con sentidos contrarios) de nucleótidos enrolladas en una doble hélice con giro a la derecha, capaz de almacenar la información, auto replicarse y dirigir la síntesis de ARN. (Ver Fig. 18) [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 18: La estructura del ADN Las proteínas Histonas: son básicas, y relativamente pequeñas. En mamíferos se presentan cinco tipos diferentes llamadas H1; H2A; H2B; H3 y H4. La unidad de empaquetamiento de la cromatina se denomina nucleosoma, resulta de la interacción ADN+PH y consiste en que el ADN realiza 1,8 vuelta (aproximadamente 140 pares de bases, sobre un octámero de histonas (core ó corazón) formado por 2 H2A; 2 H2B; 2 H3 y 2 H4 mientras que H1 queda por fuera del octámero y estabiliza el plegamiento, el segmento de ADN que separa dos octámeros sucesivos se denomina espaciador (aproximadamente 60 pb). (Ver Fig. 19) [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 19: Empaquetamiento del ADN La sucesión de nucleosomas origina una fibra de 11 nm llamada fibra nucleosómica. Ésta a su vez, se empaqueta a manera de hélice formando una fibra de 30 nm llamada solenoide. Una condensación ulterior ocurre cuando el solenoide forma una serie de bucles y estos se vuelven a empaquetar formando una superhélice que es el máximo nivel de condensación el cual se alcanza durante la división celular, entonces, su nombre es cromosoma (Fig 19). Este término proviene del griego kroma, color y soma, cuerpo o elemento, se presentan de a pares y se llaman homólogos ya que contiene información para los mismos caracteres. En el hombre (Homo sapiens) existen 46 cromosomas por núcleo ó 23 pares; de ellos 44 ó 22 pares son llamados autosomas, y 2 ó un par sexual o gonosomas (XX en la mujer y XY en el varón). En la metafase (etapa de la división celular) cada cromosoma se presenta replicado, por lo que presenta dos cromátidas hermanas unidas por el centrómero. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 20: Niveles de plegamiento de cromatina a cromosoma Según el estado de condensación, la cromatina se clasifica en eucromatina y hetero cromatina: La primera corresponde a los estados de menor plegamiento, mientras que la segunda presenta una mayor condensación. Esta clasificación se basó inicialmente en las propiedades tintoriales diferenciales para colorantes específicos de la cromatina, regiones poco condensadas colorean más débilmente que las muy condensadas. Actualmente también se relacionan con la actividad transcripcional y de secuencias. La eucromatina presenta una amplia actividad transcripcional y secuencias únicas, y tiene replicación temprana; mientras que la heterocromatina puede ser o no transcripcionalmente activa y se relaciona con secuencias moderada o altamente repetidas, excepcionalmente con secuencias únicas. La heterocromatina tiene dos variantes: a) Constitutiva: formada por secuencias moderadas o altamente repetidas, tiene replicación tardía, es genéticamente inactivo (no transcribe), permanece condensado durante la interfase, es constante de célula a célula. Tiene importancia estructural y de protección de la fibra de cromatina. Se encuentra en los telómeros, centrómero y en forma intercalar a lo largo de la fibra. b) Facultativa: formada por ADN no necesariamente repetitivo, varía de un tipo de célula a otro dentro de un mismo organismo, refleja la biosíntesis de diferentes proteínas por distintos tipos de células. Otro ejemplo de este tipo de cromatina lo constituye el corpúsculo deBarr o cromatina sexual, y corresponde a uno de los cromosomas X en las células somáticas de las hembras de mamíferos. Cada especie contiene una cantidad de cromatina característica: el llamado valor C. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Todas las células autosómicas en el humano tienen 46 fibras de cromatina, futuros cromosomas. Ese número es el número diploide, y a él le corresponde el contenido diploide de cromatina, lo que se expresa o simboliza como 2n - 2C. Los gametos (células sexuales) tienen la mitad de cromosomas y de cromatina; son haploides y ello se expresa o simboliza como 1n - 1C. Cromosomas. Estructura. Clasificación. Cariotipo Un cromosoma es un cuerpo observable al microscopio óptico durante la división celular y corresponde a una fibra de cromatina que ha pasado por la fase S del ciclo celular por tanto ha replicado, y además, ha alcanzado el mayor grado de condensación Elementos de un cromosoma: (Fig. 21) Fig. 21: Elementos de un cromosoma • Constricción primaria: allí se aloja el centrómero, secuencia altamente repetida de nucleótidos, capaz de unir las proteínas cinetocóricas que forman un disco y que permiten la interacción entre la cromatina y los microtúbulos del huso acromático. Estas estructuras son indispensables para permitir la separación de las cromátides hermanas durante la división celular. En los cromosomas metafásicos se visualiza como un estrechamiento en la silueta del cromosoma y permite identificar dos brazos en las cromátides, que de acuerdo a su longitud proporcional son llamados p (corto) y q (largo). [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar • Cromátides: cualquiera de las dos cadenas de un cromosoma replicado unidas por el centrómero. • Telómero: Extremo del cromosoma o cromátide que cumple con funciones de protección y permite mantener la individualidad de cada uno de ellos. • Brazos: Porción de cromatina extendida entre el centrómero y el telómero. Se los denomina p al brazo corto y q al brazo largo. • Constricción secundaria: Estrechamiento de la silueta del cromosoma a nivel de un brazo que contiene los genes que codifica los ARN ribosomales y generan el nucléolo. En el hombre aparecen en cromosomas definidos (pares 13, 14, 15, 21, y 22) (Fig. 22) • ADN-Sátelites: Son llamados así a secuencias altamente repetidas que forman cuerpos esféricos y se ubican entre la constricción secundaria y el telómero. Fig. 22: Representación esquemática de un cromosoma metafásico y el cariotipo Los cromosomas se pueden clasificar según la posición del centrómero en: (Ver Fig. 23) • Metacéntricos: en ellos el centrómero es central, por lo tanto ambos brazos (p y q) son del mismo largo. • Submetacéntricos: el centrómero está en posición subcentral; por ello el brazo p es apenas más corto que el q. • Acrocéntricos: el centrómero está muy desplazado hacia un extremo; por lo tanto el brazo p es corto. • Telocéntricos: el centrómero está ubicado en un extremo; por ello el brazo p no existe, solamente hay telómero de protección. Este tipo de cromosoma no se presenta en el cariotipo humano. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 23: Clasificación de los cromosomas Cariotipo: Es el ordenamiento del complemento cromosómico de una célula somática. (Ver Fig. 23) Se realiza ordenando los pares de homólogos decrecientes en tamaño y teniendo en cuenta otros elementos identificatorios de los cromosomas. Se observan en cromosomas metafásicos, por tanto hay que utilizar células de tejidos que se dividan continuamente o inducirlo a que lo hagan. Para ello es habitual tomar una muestra de sangre venosa periférica, separar glóbulos blancos y estimularlos en un medio nutritivo con sustancias mitógenas (fitohemaglutinina) para que entren en etapa de división, luego se detiene las divisiones en metafase con la utilización de colchicina (impide la formación del huso mitótico), luego se realiza un shock osmótico (para romper las membranas de la célula), se fija, y finalmente se estrella sobre un portaobjeto para que los cromosomas se dispersen, se colorean y se observan al microscopio óptico y se fotografían y recortando la fotografía se arma el cariotipo. (Fig. 23). Bandeos: Son coloraciones especiales que se pueden realizar a las preparaciones cromosómicas de forma tal que los cromosomas responden según sus características constitutivas dando bandas transversales diferenciales a lo largo de los brazos. Son constantes en número, grosor y posición por lo que permite el diagnóstico de alteraciones en los cromosomas. El cariotipo tiene valor diagnóstico para la detección de enfermedades cromosómicas pre y postnatales, así como en el estudio del sexo cromosómico ya que los cromosomas sexuales se identifican fácilmente, el cromosoma X es sub-metacéntrico mediano y el Y acrocéntrico corto sin satélite. El sexo cromosómico es más preciso que la cromatina sexual o corpúsculo de Barr. (Ver Fig. 24) [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 24: Determinación del sexo cromosómico Finalmente, se puede decir que con coloraciones de rutina y al MO es posible visualizar en el núcleo interfásico: • Límite núcleo-citoplasma: se ve como un límite neto entre el compartimiento nuclear y el citoplasmático, coloreado intensamente por un colorante básico del tipo hematoxilina o azul de metileno. Esta basofilia obedece a la captación de la hematoxilina por los grupos fosfatos (ácidos) del ADN, hallado en la heterocromatina marginal, y en menor grado a lo captado por la acidez de los ribosomas adheridos a la membrana externa de la envoltura. Podemos decir que la envoltura nuclear no es visible al MO y lo que se observa es ella con los accesorios por tanto deberíamos llamarla límite o frontera núcleo-citoplasma. • Matriz nuclear: se visualiza como un espacio ópticamente vacío entre los gránulos de heterocromatina, el nucleolo y el límite núcleo-citoplasma. Esta definición no es del todo correcta, ya que existen elementos formes no visualizables al MO como la eucromatina • Cromatina: se visualizan agregados de heterocromatina; de ella, se describe la marginal, la asociada al nucleolo y la libre o cariosómica. Esta última se expresa como corpúsculos bien definidos, irregulares de tamaños variables y distribuidos por todo el compartimiento nuclear. • Nucléolo: aparece como un corpúsculo de hasta 1 μm de diámetro, la mayoría de las veces basófilo, de bordes bastante regulares. Es basófilo cuando la acidez del ARN ribosomal supera la alcalinidad de las proteínas asociadas y acidófilo en caso contrario. Puede ser único, doble o múltiple. Información intracelular El flujo de la información dentro de los seres vivos plantea que: La información está contenida en la molécula de ADN, que es capaz de copiarse a sí misma en un proceso conocido con el nombre de “replicación”. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Transcripción La información contenida en el ADN, para poder expresarse a través de la síntesis de un polipéptido, debe ser transferida a una molécula mucho más pequeña y difusible: el ARN. Este proceso, llamado “transcripción”, ocurre solamente en sectores denominados genes (Ver Fig. 25): Fig.25: Esquema de la transcripción En células eucarióticas la transcripción y la traducción ocurren en compartimentos diferentes; la decisión de iniciar la transcripción de un gen es un evento importante en la regulación de la expresión de los genes. Las larguísimas moléculas de ADN contienen la información genética codificada químicamente, para las estructuras y funciones biológicas, en la secuencia de bases de los nucleótidos que lo constituyen (Fig. 25), y son llevadas a cabo por las proteínas (cadenas de aminoácidos). Por ejemplo, una célula será capaz de producir un fosfolípido para sus membranas, no porque en su ADN esté codificado el citado lípido, sino porque contiene la información para las enzimas que intervienen en su síntesis. La transcripción implica la síntesis de ARN mediante una copia parcial de la información contenida en el ADN que le sirve de molde. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar En las moléculas de ADN se intercalan sectores que: • contienen información para la síntesis de todos los polipéptidos y proteínas que potencialmente pueda producir la célula; sirven de molde para la generación de los ARN mensajeros (genes estructurales) • servirán de molde para la síntesis de varios tipos de ARN, como las transferencias, ribosomales y otros de bajo peso molecular (genes determinantes de ARN) que interviene en la síntesis de proteínas • no poseen información codificada (ADN altamente repetitivo) pero pueden cumplir funciones regulatorias o de protección como los microARN o lncARN. La transcripción da como resultado una cadena de ARN, la cual sufre un procesamiento de maduración intranuclear y posteriormente se transporta al citoplasma donde es utilizada en la traducción. La transcripción ocurre en forma más o menos continua durante el ciclo celular; sólo se interrumpe durante la división; es catalizada por la enzima ARN polimerasa y para que pueda realizarse la cromatina debe estar relajada, ambas cadenas deben separarse mediante la ruptura de los puentes hidrógeno y dejar expuestas las bases. La ARN polimerasa se encargará de colocar ribonucleótidos complementarios a la cadena molde del ADN y unirlos entre sí por uniones fosfodiester para formar un polinucleótido de ARN. En las células eucariotas podemos mencionar tres tipos de ARN polimerasas que sintetizan los diferentes ARNs: • La ARN polimerasa I, que transcribe los ARN ribosomales (ARNr); estos genes repetidos cientos de veces son los organizadores del nucléolo (NOR), por lo tanto, esta enzima trabaja en el nucleolo. • La ARN polimerasa II, que transcribe los ARN mensajeros (ARNm). • La ARN polimerasa III, que transcribe los ARN transferencia (ARNt) y los pequeños ARN 5S, 4S y 7S llamados también ARNs o small. Al iniciarse la transcripción, la ARN polimerasa correspondiente se une al ADN en una secuencia específica, cercana al gen, denominada secuencia promotora o promotor; otra enzima abre la doble hélice en una pequeña región y así quedan expuestos los nucleótidos de una secuencia corta de ADN. Luego, la ARNpol añadiendo ribonucleótido se mueve en dirección 3’ 5’ a lo largo de la cadena molde, y sintetiza una nueva cadena de ribonucleótidos con dirección 5’ 3’ complementaria al molde. La transcripción es un proceso selectivo, se limita a una porción del ADN; reiterativo, ya que puede repetirse infinidad de veces; conservador, puesto que no afecta la estructura del ADN y asimétrico porque se realiza en una de las cadenas complementarias. Los genes pueden ubicarse en cualquiera de las dos cadenas de la doble hélice, es decir que para algunos genes la cadena molde es una y para otros es la otra, pero siempre el sentido de lectura de la información por la ARN polimerasa es el sentido 3’–5’ En células eucarióticas ocurren eventos postranscripcionales que son cruciales para la producción del fenotipo celular. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Replicación La replicación es un proceso que ocurre en el compartimiento nuclear, implica la síntesis de dos cadenas de ADN a partir de una (Ver Fig. 26). Se caracteriza por: ser semiconservativa, es decir que cada cadena hija conserva una cadena madre que le sirve de molde para el proceso de copiado. Este sistema para la replicación reduce la posibilidad de cambios en la información genética es decir su conservación a lo largo de las sucesivas generaciones presenta múltiples orígenes de replicación, son secuencias distribuidas en todos los cromosomas, que permiten la apertura de la doble hélice para iniciar la replicación. Es importante que la replicación se inicie simultáneamente en varios lugares ya que de esta manera se garantiza que el proceso se cumpla en tiempos breves. Fig. 26: Replicación Al ser bidireccional a partir de cada origen se produce la apertura de la doble hélice y la síntesis progresa hacia ambas. A través de la síntesis de proteínas se regulan indirectamente todos los caminos metabólicos (anabólicos y catabólicos). Los Genes son aquellos sectores del ADN capaces de ser transcriptos. Código genético El Código Genético describe la relación de la información entre el alfabeto de 20 aminoácidos y el alfabeto de los 4 nucleótidos en todos los organismos vivos e inclusive los virus. Es universal; esta característica de universalidad se refiere a que se usa el mismo código en todos los organismos en los que se ha estudiado, aunque se conocen excepciones a esta universalidad. Si los 4 nucleótidos son tomados de a tres da 64 combinaciones posibles, 61 de los cuales codifican aminoácidos y 3 son silenciosos, terminadores o stop. Cada aminoácido en la proteína está especificado por la secuencia de un triple del ARNm, llamado codón (Ver Fig.27). [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 27: Código Genético En el ARNm los codones son contiguos, no se superponen y no están separados por espaciadores. Se dice que el código genético es degenerado, lo cual quiere decir que un aminoácido es especificado por más de un codón, (el aminoácido leucina está representado por 6 codones (Fig. 27)), pero estos codones no son ambiguos, en el sentido en que cada uno especifica un solo aminoácido. Frecuentemente los cambios en la tercera base de un codón no causan cambios en el aminoácido que este codón especifica. La segunda base del codón se relaciona, con más consistencia, con la naturaleza química del aminoácido correspondiente. El código genético se presenta organizado en una tabla de tres entradas, como se muestra a continuación. (Fig. 28) [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 28: Tabla de tres entradas del código genético. (También se puede interpretar en el ADN sustituyendo las U por T) Podemos observar que cuatro de los codones cumplen funciones especiales: • El codón AUG cerca del extremo 5’ (principio) de un ARNm maduro codifica para Metionina en organismos eucarióticos (en verde), y es la señal para la iniciación de la traducción. Este mismo codón AUG también fija el MARCO DE LECTURA, es decir el punto (codón) de iniciación que establece cuáles grupos de tres nucleótidos en el ARNm son interpretados como codones por la maquinaria que sintetiza proteínas. • Los codones UAG, UAA y UGA son señales de terminación de la traducción, no cifran ningún aminoácido, es decir, hacen que el polipéptido que se está formando se libere en forma prematura del complejo ARNm-Ribosoma. El código genético establece la relación colineal entre las proteínas y los ácidos nucleicos. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 29: Relación entre la información genética y las proteínas (Colinealidad). El código genético cuenta con una especie de clave de 4 símbolos (A, G, C, y T) con los que la célula tiene que poder representar o escribir distintas palabras que significan los20 aminoácidos de las proteínas. Procesamiento postranscripcional de los diversos tipos de ARN Los procesamientos postranscripcionales ocurren dentro del núcleo y conducen a la maduración del ARN para poder ser exportados del núcleo, a través del complejo del poro, y poder actuar en la síntesis proteica o traducción en el citoplasma. ARN mensajero (ARNm) Se sintetiza a partir de genes estructurales, es decir, aquellos que contienen información para los polipéptidos que esa célula es capaz de producir. La secuencia de bases de la cadena del ARNm es complementaria de la hemicadena de ADN que le sirvió de molde. El transcripto primario de un ARNm es generalmente mucho más largo que la cadena que llega al citoplasma. Esto supone que el producto primario de la transcripción es diferente del mensaje final que va ser traducido, ya que posee una o más secuencias intercaladas no codificantes o intrones que son eliminados de la misma antes de dejar el núcleo. El resto de la cadena que sí codifica constituye los exones. (Fig. 30) [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar