Tema 7 Núcleo - Resumen de Biología Celular PDF

UNIDAD V: EL NÚCLEO Tema 7. Componentes del núcleo. Estructura y función del DNA. Naturaleza de los genes. Empaquetamiento del ADN en los cromosomas. Alberts, B (2010). Introducción a la biología celular (3ª edición). Ed. Panamericana. Cooper GM y Hausman RE. (2014). La célula. (6ª edic...

UNIDAD V: EL NÚCLEO Tema 7. Componentes del núcleo. Estructura y función del DNA. Naturaleza de los genes. Empaquetamiento del ADN en los cromosomas. Alberts, B (2010). Introducción a la biología celular (3ª edición). Ed. Panamericana. Cooper GM y Hausman RE. (2014). La célula. (6ª edición). Ed. Marbá. Campbell y Reece. Biología. Ed. Panamericana. 7ª edición Anthony J.F. Griffits (2003). Genética Moderna. Mc Graw-Hill. Interamericana. 1. Componentes del núcleo Principal diferencia entre células eucariotas y procariotas Generalmente, orgánulo más grande de la célula (diámetro 5 um) Poros nucleares Envuelta nuclear Croma>na Nucleolo Lámina nuclear 1. Componentes del núcleo Dentro del núcleo se encuentran los cromosomas, que aparecen como una masas de croma3na (DNA y proteínas asociadas) y uno o más nucleolos, con funciones en la síntesis de ribosomas. La envoltura nuclear, que consiste en dos membranas separadas por un espacio estrecho, está perforada por poros y reves3da por la lámina nuclear. 1. Envoltura nuclear: Consiste en dos membranas separadas por un espacio estrecho, está perforada por poros (poro nuclear) y revestida interiormente por la lámina nuclear. Se continúa con la membrana del RER por lo que funcionalmente son similares y tb contiene ribosomas asociados a su superficie pero distinta composición proteica. Función: Barrera selec>va – dos compar>mentos metabólicamente independientes Lámina nuclear: una red fibrosa que proporciona soporte estructural al núcleo y anclaje a la croma>na. 2. Complejos del poro nuclear: 2. Complejos del poro nuclear: Estructuras discoidales, muy grande (diámetro aprox. 120nm). Número variable, incrementándose a medida que aumenta la actividad celular (3000 a 4000 CPN). Cada CPN es una estructura macromolecular compleja constituida por un gran número de proteínas de disposición octamérica (más de 30 proteínas distintas). Está formado por: · Ocho columnas proteicas, que forman las paredes laterales del poro. · Un anillo externo, formado por ocho unidades proteicas. · Un anillo interno, también con 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 al anillo interno y externo. En la cara nuclear convergen para formar una canastilla o cesta. A lo largo de estas fibrillas se ubican nucleoporinas que intervienen en el transporte de sustancias a través del poro. · Un poro central o abertura. Son los únicos canales a través de los cuales pueden viajar pequeñas moléculas polares, iones y macromoléculas (proteínas y ARN) entre el núcleo y el citoplasma. Ø Salida y entrada al núcleo: transporte a través de los complejos de poro Dependiendo de su tamaño, las moléculas pueden pasar a través del complejo del poro nuclear mediante uno de dos mecanismos diferentes: Difusión pasiva: Las moléculas pequeñas y algunas proteínas con un peso molecular inferior a 20-40 kDa pasan libremente a través de la envuelta nuclear en ambas direcciones. Difunden de manera pasiva a través de los canales acuosos abiertos. Transporte activo: La mayoría de las proteínas y ARN, atraviesan el poro central de unos 10-40 nm del complejo del poro nuclear mediante un proceso activo, en el que las proteínas y los ARN adecuados son reconocidos (“etiqueta”) y transportados selectivamente en una dirección específica (del núcleo al citoplasma o del citoplasma al núcleo). Ø Salida y entrada al núcleo: transporte a través de los complejos de poro Los NPC contituyen lugares de control del paso entre citosol y núcleo, que se da en ambas direcciones: a) RNAs y subunidades ribosomales se exportan b) Proteinas sintetizadas en el citosol con señal de localización nuclear se importan: - Proteínas necesarias para la transcripción - Proteínas ribosomales - Proteínas Estas proteínas son transportadas a necesarias para la través del poro nuclear en su replicación conformación final, totalmente plegadas  Ø Salida y entrada al núcleo: transporte a través de los complejos de poro -Los CPN actúan como una una barrera selectiva entre el núcleo y el citoplasma. -Así como las proteínas pequeñas y otras moléculas viajan a través de los canales periféricos, 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 (nuclear signal localization, NSL). -Tampoco los ARN pueden salir de núcleo por sí mismos. Ellos salen a través del complejo de poro con una proteína especial que posee una señal nuclear de exportación (nuclear export signal, NES). -Ambas NSL y NES consisten en una secuencia corta de aminoácidos, muchos de los cuales tienden a estar ubicados centralmente dentro de las proteína. -Las moléculas de mayor tamaño requieren receptores de transporte nuclear (carioferinas): las importinas, que transportan macromoléculas al interior nuclear y las exportinas, que exportan macromoléculas desde el núcleo hasta el citoplasma. Ø Salida y entrada al núcleo: transporte a través de los complejos de poro Distribución de Ran/GTP a través de la envuelta nuclear. El movimiento de macromoléculas a través del poro nuclear se controla por una proteína denominada Ran (proteína de bajo peso molecular que se unen a GPT ) Las enzimas que estimulan la hidrólisis de GTP a GDP se localizan en la cara citoplasmática de la envuelta nuclear, mientras que las enzimas que estimulan el intercambio de GDP por GTP lo hacen en la cara nuclear. La distribución de Ran/GTP en el poro nuclear es desigual y en el compartimento nuclear existe una concentración alta de Ran/GTP. Esta elevada concentración de Ran/GTP en el núcleo determina la direccionalidad del transporte nuclear de las proteínas de transporte. Ø Salida y entrada al núcleo: transporte a través de los complejos de poro Importe de proteínas a través del complejo del poro nuclear. 5 pasos: 1. NLS-proteína citoplasmática es reconocida por un receptor de transporte de importina que forma complejo con Ran/GDP. 2. El complejo se une a las proteínas específicas del poro nuclear en sus filamentos citoplásmicos. 3. El complejo es translocado a través del poro nuclear. 4. En el lado nuclear, el complejo proteína/ importina se rompe como consecuencia de la unión de Ran/GTP a la importina (RanGEF- intercambia el GDP por GTP). El cambio de conformación de la importina desplaza la proteína y lo libera en el núcleo. 5. El complejo importina-Ran/GTP se reexporta a través del poro nuclear y la proteína activadora de GTPasa (RanGAP) presente en el citoplasma, hidroliza el GTP de Ran en GDP, liberando la importina. Ø Salida y entrada al núcleo: transporte a través de los complejos de poro Exportación de proteínas a través del poro nuclear. En el núcleo se forman los complejos entre las proteínas diana que contienen señales de exportación nuclear (NES), las exportinas y Ran/ GTP. Tras el transporte a través del complejo del poro nuclear, RanGAP induce la hidrólisis del GTP unido, dando lugar a Ran/GDP y a la liberación de la proteína diana y de la exportina en el citoplasma. hKps://www.youtube.com/watch?v=9v-13EZWVk8 Ø Salida y entrada al núcleo: transporte a través de los complejos de poro Transporte de los ARNsn entre el núcleo y el citoplasma Al igual que la entrada de las proteínas al núcleo, la salida de los ARN a través de los compleja del poro nuclear es un proceso activo, dependiente de energía, requiriere: que los receptores de transporte interaccionen con el complejo del poro nuclear. Los ARNs son transportados a través de la envuelta nuclear como complejos ribonucleoproteína (RNPs). De manera quizás sorprendente, estos ARNs se transportan inicialmente desde el núcleo al citoplasma, donde se asocian con proteínas para formar RNPsn funcionales y entonces regresan al núcleo. Interior del núcleo 3. NUCLEOPLASMA: fase acuosa donde está embebida cromatina (DNA asociado a proteínas estructurales y reguladoras). 4. NUCLEOLO: Región del núcleo que no posee membrana que lo limite. Función principal: lugar de transcripción y el procesamiento del ARN ribosomal y el ensamblaje de los ribosomas HETEROCROMATINA: cromatina muy condensada – (interfase) mitosis EUCROMATINA: cromatina descondensada y distribuída por todo el núcleo.  Nucleolo: la fabrica de ribosomas de la célula: La estructura más grande dentro del núcleo. Pueden existir uno o más nucleolos en el núcleo, generalmente en forma esférica. Aparece como una masa densa dentro del núcleo en la que se distingue: Parte granular: formada por agrupaciones de gránulos de 25nm ϕ que contienen ribonucleoproteínas. Parte fibrilar: más densa y constituída por fibrillas de 8-10nm tb formadas por ribonucleoproteínas. El tamaño del nucleolo depende de la actividad celular: cuanta más síntesis proteica necesita la célula, mas subunidades ribosomales harán falta y el nucleolo será más grande (hasta un 20-25% del total del núcleo) Una vez formadas, las subunidades ribosomales son exportadas al citosol a través de los NPC. 2. Estructura y función del DNA ¿Cómo se organiza el DNA en la célula? GENOMA: es la dotación completa de DNA en la célula. Compuesto por largas moléculas de DNA, que son los principales componentes de los CROMOSOMAS Compuestos por una única molécula de DNA, portadora de muchos GENES Uniones funcionales del DNA cromosómico. Regiones de DNA cromosómico que pueden ser transcritos a proteína Procariotas: compuesto por un único cromosoma. Además, Plásmidos (moléculas de DNA que no forman parte del genoma). Eucariotas: compuesto por muchos cromosomas. La mayoría en el núcleo aunq tb hay en mitocondrias y cloroplastos. 2. Estructura y función del DNA FOSFATO 3 componentes químicos A Un azúcar: DESOXIRRIBOSA Purinas G 4 BASES NITROGENADAS T Pirimidinas C Se organizan en NUCLEÓTIDOS cada uno de los cuales está compuesto por: Fosfato, desoxirribosa y una base DNA nitrogenada. Compuesto por 2 cadenas (hebras) de nucleó>dos entrelazados que forman una doble hélice. Las dos hebras se man>enen juntas mediante la formación de enlaces débiles (puentes de H). El apareamiento específico A-T y G-C implica que cada cadena >ene una secuencia complementaria a la de su compañera en la doble hélice. 2. Estructura y función del DNA Cada nucleó>do está compuesto por una Los nucleó>dos están unidos pentosa-fosfato unido covalentemente una covalentemente entre sí base. formando cadenas de polinucleó>dos, con un esqueleto de pentosa-fosfato con bases (A, C, G, y T) Una molécula de DNA se compone de dos cadenas de polinucleó>dos unidos entre sí por enlaces de hidrógeno entre las bases apareadas. Las hebras >enen direccionalidad an>paralela entre sí (orientadas con polaridades opuestas). Forman la doble hélice del ADN.  2. Estructura y función del DNA Los nucleótidos se encuentra unidos covalentemente mediante enlaces fosfodiéster entre el grupo 3'hidroxilo (3'- OH) de un azúcar con el 5'-fosfat (5‘-PO4) del siguiente. Esta unión establece una polaridad en cada cadena de DNA: Extremo 5'- fosfato Las formas de las estructuras Extremo 3'- químicas de las bases hidroxilo nitrogenadas permiten la formación de puentes de hidrógeno de manera eficiente solamente en las combinaciones: Las dos cadenas de DNA A-T : dos puentes de hidrógeno se enrollan entre si de G-C : tres puentes de hidrógeno manera antiparalela, Las bases solamente pueden formando una doble aparearse de esta manera si las hélice que gira hacia la cadenas están situadas de manera derecha, y 10 pares de antiparalela (orientadas con bases por cada giro. polaridades opuestas)  LOS NUCLEÓTIDOS CUMPLEN o BASES MUCHAS OTRAS o FUNCIONES NH 2 BASES o Los nucleótidos se unen mediante un NH 2 11 / ' 11 1. 11 enlace fosfodiéster entre los átomos de carbono 3' y 5' y forman ácidos nucleicos. Transportan energía química en sus. 1 / 'e/ e enlaces fosfoanhidrido que se hidrolizan adenma. / 'e/ eadenma ll A con facil idad.adenma La secuencia lineal de nucleótidos de ll A Las bases son compuestos cíclicos que cont ienen HC"'- paralelas y la complementariedad entre las bases nitrogenadas. Según la regla de Chargaff: (adenina=>mina y hKps://www.blogdebiologia.com/acido- guanina=citosina). desoxirribonucleico-dna.html  2. Estructura y función del DNA Caracterís3cas funcionales del DNA: Con3ene información: la cadena de DNA transporta un mensaje linear codificado en alfabeto de 4 letras (A T G C), que sirve de molde para sinte3zar otras moléculas. Permite hacer copias de la información: Una cadena puede servir de molde para otra cadena. La transcripción del DNA permite copiar la información necesaria para la síntesis de macromoléulas (proteínas) sin poner en peligro la información original La replicación del DNA permite obtener dos dobles hélices idén3cas a la original: es posible transmi3r la información que con3ene el DNA a generaciones de células posteriores 3. Naturaleza de los genes Son regiones de DNA capaces de transcribirse a una molécula de RNA.  4. Empaquetamiento del ADN en los cromosomas Se es>ma que el genoma humano con>ene 25.000 genes y una can>dad enorme de ADN que no codifica RNA ni proteínas. Por la estructura de la doble hélice del ADN, sabemos que la distancia entre nucleó>dos es de 0,34 nm; si el genoma humano haploide >ene 3x109 pares de bases, la longitud total del genoma en forma de doble hélice lineal sería algo superior a 1 metro, y además cada núcleo con>ene dos copias del genoma (2 m DNA). Todo este material debe entrar en el núcleo de una célula eucariota, cuyo diámetro medio es de 5 mm. Esto significa que el ADN ha de adoptar un alto grado de empaquetamiento para poder alojarse dentro del núcleo. Este empaquetamiento se lleva a cabo mediante la unión de la doble hélice con varios >pos de proteínas para dar lugar a una estructura que es, precisamente, la croma>na. Organizado a la perfección: El material gené>co de una célula eucariota está contenido en un conjunto de cromosomas, cada uno formado por una sola molécula de ADN enormemente larga que con>ene muchos genes. Este DNA se asocia con proteínas que lo condensan → croma3na (ordenado en niveles estructurales). 4. Empaquetamiento del ADN en los cromosomas El DNA de la cromatina/ Esta asociación entre cromosoma se combina de histonas y DNA manera muy precisa con una permanece intacta a lo gran cantidad de proteínas, largo del ciclo celular. formando estructuras donde el Las histonas solamente DNA está empaquetado en se separan del DNA diferentes grados: transitoriamente durante el proceso de En el primer nivel replicación. (NUCLEOSOMA) el DNA se encuentra asociado a proteínas básicas denominadas HISTONAS. Las histonas nucleosomales se agrupan en Proteínas con una proporción octámeros o elevada en aminoácidos con “cores” (2 de cada carga positiva (arginina y una), alrededor de las lisina) que interaccionan con cuales se enrolla la las cargas negativas de los molécula de DNA, fosfatos del DNA. formando una Cinco tipos, que se dividen estructura de en dos grupos: unidades -Histonas denominadas nucleosomales: H2A, nucleosomas. H2B, H3 y H4 -Histona H1  La unidad básica de empaquetamiento del ADN. Fibra 10nm o nucleosoma. El “hilo del collar” que se halla entre las cuentas se llama DNA de unión. Un nucleosoma está formado por un octámero compuesto por 2 subunidades de cada una de las histonas H2A, H2B, H3 y H4. El DNA da dos vueltas alrededor de cada octámero. Una molécula de una quinta histona llamada H1 , se adhiere al DNA cerca del nucleosoma en el momento en que una fibra de cromatina de 10nm pasa al siguiente nivel de empaquetamiento, solenoide o fibra de 30nm. A su vez, esta fibra forma bucles denominados dominios en bucle adheridos a un armazón cromosómico formado por proteínas que no son histonas, que constituyen una fibra de 300nm. Los dominios en bucle se enrollan y se pliegan a sí mismos, compactando toda la cromatina aún más para producir el cromosoma característico de la metafase (fibras de 700 y 1400nm). La condensación cromosómica ocurre a muchos niveles 4. Empaquetamiento del ADN en los cromosomas hKps://gene>cabioterio.wordpress.com/cromosomas/ 4. Empaquetamiento del ADN en los cromosomas 4. Empaquetamiento del ADN en los cromosomas Ø Morfología y clasificación de los cromosomas Cada cromosoma está formado por dos cromá3das que corresponden a moléculas de ADN idén>cas que se unen a través de un centrómero. El Centrómero es como una cintura, o constricción que con>enen secuencias de ADN caracterís>cas y que cumplen importantes funciones en la división celular. Cada extremo del cromosoma se denomina Telómero, los cuales están formados por secuencias de ADN específicas que cumplen funciones importantes en el mantenimiento de la longitud de los cromosomas en la replicación del material gené>co. Ø Morfología y clasificación de los cromosomas De acuerdo a la posición del centrómero, los cromosomas se clasifican en: acrocéntricos, submetacéntricos, metacéntricos y telocéntricos.