Resumen - síntesis - Unidad 1 - Ross-Pawlina - Histología - Capitulo 3 - El núcleo celular PDF

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE ENTRE RÍOSFacultad de Ciencias de la SaludMedicinaCrecimiento y Desarrollo2017Unidad Problemática N° 1 “Evolución Humana”Resumen – síntesis“Ross-Pawlina - Histología - Capitulo 3 - El núcleo celular”Cagnoli, Juan Francisco – Comisión AEn el núcleo se encuentran dos formas de ...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE ENTRE RÍOS Facultad de Ciencias de la Salud Medicina

Crecimiento y Desarrollo

2017 Unidad Problemática N° 1 “Evolución Humana”

Resumen – síntesis “Ross-Pawlina - Histología - Capitulo 3 - El núcleo celular”

Cagnoli, Juan Francisco – Comisión A4

El núcleo celular GENERALIDADES DEL NÚCLEO El núcleo es un compartimiento limitado por membrana el cual contiene el genoma en células eucariotas. Contiene información genética, junto con la maquinaria para la duplicación del ADN y la transcripción y el procesamiento del ARN. El núcleo de una célula que no está dividiéndose, está formado por los siguientes componentes: - La cromatina es el material nuclear organizado como eucromatina o heterocromatina. Contiene el ADN asociado con una masa igual de proteínas nucleares diversas (las histonas), que son necesarias para la función del ADN. - El nucléolo es una región pequeña dentro del núcleo que contiene los genes de ARN ribosómico (ARNR) transcripcionalmente activos, ARNR y proteínas. Es el sitio de síntesis del ARNR y contiene proteínas reguladoras del ciclo celular. - La envoltura nuclear es un sistema de doble membrana que rodea el núcleo de la célula. Está compuesta por una membrana interna y otra externa que están separadas por un espacio y con perforaciones denominados poros nucleares. La membrana externa es continua con el retículo endoplasmático rugoso (RER) y, con frecuencia, presenta ribosomas adheridos. - El nucleoplasma es todo el contenido nuclear que no es cromatina ni nucléolo.

COMPONENTES NUCLEARES Cromatina La cromatina es un complejo de ADN y proteínas responsable de la basofilia característica del núcleo. El ADN esta plegado y compactado en el núcleo de la célula. Mediante la formación de un complejo de núcleo-proteinas denominado cromatina. Un plegado adicional de la cromatina produce estructuras denominadas cromosomas. Las proteínas de la cromatina incluyen cinco proteínas básicas denominadas histonas además de otras proteínas no histonas. La compactación de la cromatina, facilita el acceso de la maquinaria de transcripción a aquellas regiones génicas que necesiten ser transcritas. 1

En el núcleo se encuentran dos formas de cromatina: una forma condensada que recibe el nombre de heterocromatina y una forma dispersa que se denomina eucromatina. Los grupos fosfatos del ADN son responsables por la basofilia característica de la cromatina. Existen dos tipos identificables de heterocromatina: la constitutiva y la facultativa. La heterocromatina constitutiva contiene las mismas regiones de secuencias muy repetitivas y genéticamente inactivas del ADN, que son condensadas e incorporadas en las mismas regiones del cromosoma cuando se compara con otras células. La heterocromatina facultativa esta condensada y no participa en el proceso de transcripción. A diferencia de la heterocromatina constitutiva, la facultativa no es repetitiva y tiene una ubicación nuclear y cromosómica inconsistente cuando se la compara con otros tipos de células. Puede sufrir transcripción activa en ciertas células debido a condiciones específicas. La heterocromatina se distribuye en tres regiones: - La cromatina marginal se encuentra en la periferia del núcleo. - Los cariosomas son cuerpos discretos de cromatina de tamaño y forma irregular que se encuen- tran en todo el núcleo. - La cromatina asociada con el nucléolo es cromatina que se encuentra en relación con el nucléolo. La heterocromatina se tiñe con hematoxilina. La eucromatina no se detecta con la microscopia óptica. La eucromatina es prominente en células metabólicamente activas, como en las neuronas y en los hepatocitos. La heterocromatina predomina en las células metabólicamente inactivas, como en los linfocitos pequeños circulantes y en los espermatozoides o en las células que sintetizan un producto principal, como en las células plasmáticas. Las unidades más pequeñas de la estructura de la cromatina son los complejos macromoleculares de ADN e histonas, denominados nucleosomas. Se encuentran tanto en la eucromatina como en la heterocromatina y en los cromosomas. Representan el primer nivel de plegado de la cromatina y se forman por el enrollamiento de la molécula de ADN alrededor de un núcleo proteico. Acorta unas siete veces la molécula de ADN. El centro del nucleosoma se componente de ocho moléculas de histonas (denominado octámero). La molécula de ADN gira dos veces alrededor del octámero central. El ADN se extiende entre cada partícula como un filamento que se une con nucleosomas adyacentes. En el paso siguiente, una larga hebra de nucleosomas se enrolla para producir una fibrilla de cromatina. Seis nucleosomas completan una vuelta en la espiral de la fibrilla de cromatina. Segmentos largos de fibrillas se organizan adicionalmente en regiones formando bucles o asas que se fijan a la armazón cromosómica o matriz nuclear compuesta por proteínas no histonas. En la heterocromatina, las

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fibras de cromatina están fuertemente compactadas y plegadas entre sí; en la eucromatina, las fibrillas de cromatina están organizadas en forma menos compacta. En las células en división, la cromatina esta condensada y organizada en cuerpos bien definidos denominados cromosomas. Durante la división mitótica las fibras de cromatina formadas son sometidas a condensación para formar cromosomas. Cada cromosoma está formado por dos cromátides que están unidas en un punto llamado centrómero. La naturaleza doble del cromosoma se produce en la fase de síntesis (S) del ciclo celular, durante la cual el ADN se replica anticipándose a la siguiente división mitótica. El área ubicada en cada extremo del cromosoma recibe el nombre de telómero. Los telómeros se acortan con cada división celular. Con excepción de los gametos maduros, el ovulo y el espermatozoide, las células humanas contienen 46 cromosomas organizados como 23 pares homólogos (cada cromosoma en el par tiene la misma forma y tamaño). Veintidós pares tienen cromosomas idénticos (cada cromosoma del par contiene la misma porción del genoma) y se denomina autosomas. El vigésimo tercer par de cromosomas está formado por los cromosomas sexuales, designados X o Y. En las mujeres se encuentran dos cromosomas X y en los hombres un cromosoma X y un Y. La cantidad de los cromosomas, 46, se encuentra en la mayoría de las células somáticas del cuerpo y se llama cantidad diploide (2n). Como consecuencia de la meiosis, los óvulos y los espermatozoides solo poseen 23 cromosomas, la cantidad haploide (1n), al igual que la cantidad haploide de ADN (1d). La cantidad cromosómica somática (2n) y la cantidad diploide (2d) de ADN se restablecen en la fecundación por la fusión del núcleo del espermatozoide con el núcleo del ovulo.

Nucléolo El nucléolo es el sitio donde se produce la síntesis del ARN ribosómico (ARNR) y el armado inicial de los ribosomas. Es una región no membranosa del núcleo que contiene los genes de ARNR transcripcionalmente activos. Es el sitio de producción y ensamblaje ribosómico. El nucléolo presenta tres regiones morfológicamente diferentes: - Centros fibrilares: contienen asas de ADN de cinco cromosomas diferentes con genes de ARNR, ARN polimerasa I y factores de transcripción. - Material fibrilar (pars fibrosa): contiene genes ribosómicos en proceso de transcripción activa y grandes cantidades de ARNR. - Material granular (pars granulosa): representa el sitio del armado ribosómico inicial y contiene particular pre-ribosómicas densamente compactadas. La red formada por el material granular y fibrilar se denomina nucleolonema. El ARNR está presente en ambos y se organiza tanto en gránulos como en filamentos. Los genes para las sub-unidades ribosómicas los transcríbela ARN polimerasa I. Después del procesamiento y de las modificaciones adicionales de los ARNR por los ARN nucleolares pequeños (ARNSNO), las sub-unidades de ARNR se arman por medio de las proteínas ribosómicas importadas desde el citoplasma. Las sub-unidades ribosómicas armadas se exportan desde el núcleo a través de los poros nucleares para completar su armado en el citoplasma, donde se convierten en ribosomas maduros. El nucléolo participa en la regulación del ciclo celular. Se tiñe intensamente con hematoxilina y con colorantes básicos, y meta-cromáticamente con tionina.

Envoltura nuclear La envoltura nuclear, formada por dos membranas con un espacio entre ellas, la cisterna perinuclear, separa el nucleoplasma del citoplasma. Proporciona una barrera membranosa permeable selectiva entre el compartimiento nuclear y el citoplasma, que encierra la cromatina. Se conforma a partir de dos membranas nucleares; externa e interna, con la cisterna peri-nuclear entre ellas. Las dos membranas de la envoltura nuclear contienen poros nucleares que median el transporte activo de proteínas, ribo-núcleoproteinas y ARN entre el núcleo y el citoplasma. Las membranas de la envoltura nuclear difieren en estructura y funciones: 3

- La membrana nuclear externa es continua con la membrana del RER. Se observan poli-ribosomas adheridos a las proteínas de acoplamiento que se hallan presente en el lado citoplasmático de la membrana. - La membrana nuclear interna está sostenida por una malla rígida de proteínas de filamento intermedio adosada a su superficie interna llamada lámina nuclear (fibrosa). Contiene receptores de láminas específicos y varias proteínas asociadas con las láminas que se unen con los cromosomas y aseguran la fijación de la lámina nuclear. La lámina nuclear está formada por filamentos intermedios y es contigua a la membrana nuclear interna. Una delgada capa reticular de filamentos intermedios, se ubica debajo de la membrana nuclear. Tiene una función de soporte y es imprescindible en muchas actividades nucleares, como la duplicación y transcripción de ADN, y la regulación génica. Los principales componentes de la lámina son láminas nucleares, un tipo especializado de filamento intermedio nuclear La envoltura nuclear presenta una serie de aberturas denominadas poros nucleares. El par de membranas de la envoltura nuclear esta perforado por “orificios”. Estos poros nucleares se forman a partir de la fusión de las membranas interna y externa de la envoltura nuclear. El complejo del poro nuclear media el transporte núcleo-citoplasmatico bi-direccional. El NPC, regula el pasaje de proteínas entre el núcleo y el citoplasma. Las proteínas ribosómicas se ensamblan parcialmente en sub-unidades ribosómicas en el nucléolo y se transportan hacia el citoplasma a través de los poros nucleares. En cambio, las proteínas nucleares (histonas y láminas), se producen en el citoplasma y se transportan a través de los poros nucleares hacia el núcleo. Durante la división celular, la envoltura nuclear se desensambla para permitir la separación de los cromosomas y después se vuelve a ensamblar al formarse las células hijas.

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Nucleoplasma El nucleoplasma es el material encerrado por la envoltura nuclear con excepción de la cromatina y el nucléolo.

RENOVACIÓN CELULAR Las células somáticas en el organismo adulto pueden clasificarse de acuerdo con su actividad mitótica. Las poblaciones celulares pueden clasificarse en: - Poblaciones celulares estáticas: se componen de células que ya no se dividen (células posmitóticas), como las células del sistema nervioso central y las células de musculo esquelético y cardiaco. - Poblaciones celulares estables: se componen de células que se dividen de manera episódica y lenta para mantener una estructura normal de tejidos y órganos. Pueden ser estimuladas por una lesión para tornarse mitóticamente más activas. Las células musculares lisas, las células endoteliales de los vasos sanguíneos son ej. de esta categoría. - Poblaciones celulares renovables: pueden ser de renovación lenta o rápida pero exhiben una actividad mitótica regular. - Poblaciones celulares de renovación lenta: incluyen las células musculares lisas de la mayoría de los órganos huecos, los fibroblastos de la pared uterina y las células epiteliales del cristalino del ojo. - Poblaciones celulares de renovación rápida: incluyen las células sanguíneas, las células epiteliales y los fibroblastos de la dermis de la piel, así como las células epiteliales y los fibroblastos sub-epiteliales del revestimiento de la mucosa del tubo digestivo.

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CICLO CELULAR Fases y puntos de control dentro del ciclo celular El ciclo celular representa una secuencia auto-regulada de fenómenos que controla el crecimiento y la división celular. El objetivo del ciclo celular es producir dos células hijas, cada una de las cuales contiene cromosomas idénticos a los de la célula progenitora. El ciclo tiene dos fases principales: la interfase, que representa el crecimiento continuo de la célula y la fase M (mitosis), caracterizada por la división del genoma. Otras tres fases: la fase G1 (gap1), fase S (síntesis) y fase G2 (gap2), sub-dividen a la interfase. A lo largo de este ciclo, mecanismos internos de control de calidad o puntos de control representados por vías bioquímicas, controlan la transición entre las diferentes etapas del ciclo celular. Verifican y modulan la progresión de las células a lo largo del ciclo celular en respuesta a señales intracelulares o del entorno. La fase G1 suele ser la más larga y la más variable del ciclo celular, y comienza al final de la fase M. Durante esta fase la célula reúne sustancias nutritivas y sintetiza el ARN y las proteínas necesarias para la síntesis del ADN y la duplicación cromosómica. El progreso celular se verifica por dos puntos de control: 1) el punto de control de restricción, el cual es sensible al tamaño celular, al estado de los procesos fisiológicos de la célula y a sus interacciones con la matriz extra-celular y 2) el punto de control de daño del ADN en G1, el cual verifica la integridad del ADN recién duplicado. En la fase S, se duplica el ADN. El inicio de la síntesis de ADN marca el comienzo de esta fase. El ADN de la célula se duplica y se forman las nuevas cromátides que se tornaran obvias en la profase o metafase de la división mitótica. La duplicación cromosómica se inicia en sitios llamados replicones a lo largo del ADN cromosómico. La presencia del punto de control de daño del ADN en S monitoriza la calidad de la duplicación del ADN. En la fase G2 la célula se prepara para su división. La célula examina su ADN duplicado en preparación para la mitosis. Es un periodo de crecimiento celular y de re-organización de orgánulos citoplasmáticos antes del ingreso al ciclo mitótico. Dos puntos de control verifican la calidad del ADN: el punto de control del daño del ADN en G2 y el punto de control del ADN no duplicado. Estos evitan la progresión de la célula hacia la fase M antes de completarse la síntesis del ADN. La mitosis se produce en la fase M. Incluye la cariocinesis (división del núcleo) y la citocinesis (división de la célula). Tiene varias etapas. La separación de dos células hijas idénticas concluye la fase M. Posee dos puntos de control: el punto de control del armado del uso mitótico, que evita la entrada prematura a la anafase y el punto de control de la segregación de los cromosomas, que evita el proceso de citocinesis hasta que todos los cromosomas se hayan separado de forma correcta. La población de células madre de reserva puede activarse y reingresar en el ciclo celular. Las células identificadas como células madre de reserva pueden considerarse células en G0 que pueden ser inducidas a reingresar al ciclo celular en respuesta a le lesión de los tejidos corporales. Regulación del ciclo celular El paso a través del ciclo celular es impulsado por proteínas que se sintetizan y se degradan en forma cíclica durante cada ciclo. Complejos de proteínas citoplasmáticas regulan y controlan el ciclo celular. Algunas funcionan como osciladores bioquímicos, cuya síntesis y degradación son coordinadas en las fases específicas del ciclo. Los fenómenos celulares inducidos durante el incremento y la reducción de diferentes niveles de proteína, son el fundamento del ciclo celular. Los complejos proteicos en los puntos de control pueden impulsar a la célula para que entre o salga del ciclo celular, estimulando el crecimiento y la división cuando las condiciones son favorables y la tasa de la división celular cuando las condiciones son adversas. Un complejo de dos proteínas compuesto por ciclina y una cinasa dependiente de ciclina (Cdk), contribuye a impulsar las células a través de los puntos de control de la división del ciclo celular. El complejo ciclina-Cdk actúa en diferentes fases del ciclo celular y tiene como objetivo a diferentes proteínas para controlar las funciones dependientes del ciclo celular. El paso a través del ciclo celular requiere un 6

incremento en la actividad de la ciclina-Cdk en algunas fases seguido por la declinación de esta actividad en otras fases.

Mitosis La mitosis es un proceso de segregación cromosómica y de división nuclear, segundo por la división celular, que produce dos células hijas con la misma cantidad de cromosomas y el mismo contenido de ADN que la célula progenitora. La mitosis tiene cuatro fases: - La profase comienza a medida que los cromosomas replicados se condensan y se tornan visibles. La envoltura nuclear comienza a desintegrase en pequeñas vesículas de transporte. Un complejo proteico altamente especializado denominado cinetocoro aparece en cada cromátide frente al centrómero. Los complejos que forman los cinetocoros se fijan a secuencias de ADN repetitivas especificas conocidas como ADN satélite. Los microtubulos del huso mitótico en desarrollo se fijan a los cinetocoros y, por lo tanto, a los cromosomas. - La metafase comienza cuando el huso mitótico se organiza alrededor de los centros organizadores de microtubulos (MTOC) ubicados en los polos opuestos de la célula. Los microtubulos cinetocóricos emanan de los MTOC para recorrer el citoplasma en busca de cinetocoros. Cuando un cinetocoro es capturado por un microtúbulos cinetocórico, es llevado hacia el MTOC, donde se adhieren microtubulos adicionales. Los microtubulos cinetocóricos dirigen el movimiento de los cromosomas hacia el plano medio de la célula, que es la placa ecuatorial o placa de metafase. - La anafase comienza con la separación inicial de las cromátides hermanas. Estas comienzan a separarse y son arrastradas hacia los polos opuestos de la célula mediante los motores moleculares, que se deslizan a lo largo de los microtubulos cinetocóricos hacia el MTOC. - La telofase está marcada por la reconstitución de la envoltura nuclear alrededor de los cromosomas de cada polo. Los cromosomas se desenrollan. Los nucléolos reaparecen y el citoplasma se divide (citocinesis) para formar dos células hijas.

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Meiosis La meiosis comprende dos divisiones nucleares secuenciales, seguidas de divisiones celulares que producen gametos que contienen la mitad del número de cromosomas y la mitad del ADN encontrado en las células somáticas. El cigoto (la célula que resulta de la fusión de un ovulo y un espermatozoide) y todas las células somáticas derivadas de él son diploides (2n) en cuanto a la cantidad de cromosomas; sus células tienen dos copias de cada cromosoma y de cada gen codificado en este cromosoma. Estos cromosomas se denominan cromosomas homólogos debido a que son similares pero no idénticos; un juego de cromosomas es de origen materno y el otro es origen paterno. Los gametos que poseen un solo miembro de cada par cromosómico, se describen como haploide (1n). Durante la gametogénesis, la reducción de la cantidad de cromosomas hasta el estado haploide (23 cromosomas) se produce a través de la meiosis, un proceso que implica dos divisiones sucesivas, la segunda de las cuales no está precedida por una fase S. Esta reducción es necesaria para mantener una cantidad constante de cromosomas. Durante la meiosis, el par cromosómico puede intercambiar segmentos de cromosomas, alterando la composición genética de los cromosomas, proceso llamado recombinación. Las fases en el proceso de meiosis son similares a las fases de la mitosis.

Profase I Se observa el apareamiento de cromosomas homólogos, la sinapsis y la recombinación del material genético. ...