Tema 11 El núcleo celular PDF

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Apuntes asignatura Biología molecular. Tema 11 El núcleo celular y el ADN....

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TE TEMA MA 11 11:: E EL L N NÚC ÚC ÚCLE LE LEO O C CEL EL ELUL UL ULAR AR El nucleo celular es el orgánulo celular que contiene la mayor parte del material genético, organizado en diversas moléculas de ADN combinadas con proteínas, histonas, dando lugar a los cromosomas. Tiene como función principal mantener la integridad del genoma celular regulando la expresión génica. • El genoma nuclear esta en forma de cromatina, una combinación de ADN y proteínas. En ciertos estadíos de desarrollo, esta cromatina se condensa dando lugar a estructuras compactas visibles al microscopio óptico, los cromosomas. ◦ El ADN es pacaz de realizar diferentes acciones o actividades metabolicas implicado como replicarse, trasncribirse y traducirse (expresarse). ▪ En eucariotas el ADN es linial, y cada cromosoma esta formado por una molecula de ADN. Se encuentra normalmente en el nucleo como cromatina. ▪ En procariotas el ADN es circular. El núcleo posee una doble membrana, conocida como cubierta nuclear. • La parte externa de esta cubierta es contínua con el RE rugoso. El espacio intermembrana se conoce como espacio perinuclear y es continuo con el lúmen del RE rugoso. Los poros nucleares , son canales acuosos que atraviesan completamente la cubierta. Permiten la circulación de ácidos nucleicos y proteínas. El nucleolo es una region electrodensa diferenciada estructural y funcionalemente del nucleo. No esta separado de este. • Funcion: sintetizar y concentrar ribosomas. El nucleoplasma es una sustancia viscosa que rodea los cromosomas y los nucleolos. En la imagen, las regiones mas osculas, son las mas electrodensas y suelen estar en la periferia. • Heterocromatina: es el ADN con mayor grado de condensacion (mas denso) y es trasncripcionalmente inactiva. Puede ser: ◦ Constitutiva: siempre esta condensada, por lo que nunca sea accesible, y es producto de la diferenciacion de los genes. ◦ Facultativa: no siempre está compactada, por tanto en, algún momento se descompactara , lo que provocará que ese momento si que será accesible para la maquinaria transcripcional. •

Eucromatina: es el ADN menos condensado (menos denso, por lo que mas claro) y es trasncripcionalmete activa.

1 L LA A CUB CUBIERT IERT IERTA A N NUCLE UCLE UCLEAR AR La cubierta nuclear consiste en una doble membrana lipídica que separa completamente el material genético del citoplasma, impidiendo la difusión de las macromoléculas. • Las dos membranas estan separadas una distancia de 10-50 nm, por el espacio perinuclear. Existen puntos donde las dos membranas se unen en un poro nuclear. 2 E EL L PO PORO RO N NUCLE UCLE UCLEAR AR El poro nuclear permite el intercambio de proteínas y ARNs entre el núcleo y el citoplasma (es decir, permite el paso de sustancias mas grandes que no pueden traspasar la membrana libremente, mientras que las polares o las cargadas si). • Suelen estar presentes en número de 3000-4000 por núcleo. • Esta constituido por subunidades más pequeñas llamadas nucleoporinas Tiene un diámetro de 100 nm y está formado por alrededor de 100 proteínas. Permite el paso libre de pequeñas moléculas solubles, mientras que el paso de moléculas mayores (como DNA y proteínas) está inhibido. La entrada del poro interacciona con la proteina que transporta la molecula al interior. • La medida del poro central puede variar segun la sustancia que se transporte con el transportador.

TR TRANSP ANSP ANSPORTE ORTE NUCL NUCLEAR EAR Sustancias o moleculas pequeñas y cargada pueden pasar de forma libre, pero si la molecula es grande, necesita algunas sustancias o proteinas que ayuden al trasnporte. • Las proteinas destinadas al RE tienen un peptid señal que es reconocido por una proteina que contribuye a que en el proceso de trascripcioon de la proteina, esta se desplace hacia el RE. • Las proteinas que localizan (van destinadas al nucleo) tienen un peptido señal que es reconocido por unos factores de reconocimiento que permiten su transporte hasta el nucleo. Cuando se cambia un aminoacido del peptido señal, este cambia su localizacion y puede dejar de encontrarse en el nucleo y encontrarse ahora en el citoplasma, por ejemplo.

Macromoléculas como ARN y proteínas interaccionan con importinas o exportinas (general. Carioferinas), que realizan el reconocimiento de péptidos señal. • El factor citosolico (la inportina) reconoce el peptido señal y facilita el paso a traves del poro nuclear. En este proceso se gasta energia. • Ran GTPasa regula la unión de importinas y exportinas a su ‘cargamento’.

Las carioferinas: son el nombre general que se les da a las proteinas implicada en el trasnporte de la exportacion (nucleo-citoplasma). • Las Importinas: estan implicadas en el transporte de proteinas del citoplasma al nuleoplasma. • Las exportinas: estan implicada en el transporte de proteinas del nucleo al citoplasma. El gasto de energia se produce cuando una Ran GTPasa pequeña, hidroliza el GTP, y asi se separa de la importina o exportina. 1. La Ran se unida al GTP es capaz de unirse a la Exportina/importina. 2. Esta union permite el trasnporte de la proteina, y una vez trasportada la Ran hidroliza el GTP y provoca la disociacion (se separa) de la importina o exportina, y del cargamento (proteinas que se transportaba). 3. Asi la proteina a sido trasnportada, y la importina/exportina y la Ran vuelven o al nucleo o al citoplasma.

La importina y el cargamiento (proteina trasnportada) se separan por la union de la Ran a la importina, y se separan en el nucleo (en el caso de la exportina en el citoplasma) por la hidrolisis de GTP de la Ran.

Las proteínas transmembrana asociadas a láminas (NET) median la unión de la lámina nuclear, la cromatina y la cubierta nuclear. Dentro de los filamentos intermedios se encuentran las laminas nucleares. • Laminas nucleares son una parte importante del nuclio que regula el desamblaje de la cubierta nuclear para la division celular, en el nuclio interfasico (no esta en division). La lámina nuclear interacciona con la cromatina a nivel de los telómeros (durante la meiósis en mamíferos y tras la mitósis, SUN-type NETs) e histonas y otras proteínas asociadas a ADN, se unen a los LADs* presentes en la heterocromatina, contribuyendo a su localización periférica. • LADs: son Dominios Asociados a Lámina en la heterocromatina. Estos dominios son los que determinan la posicion periferica de la cromatina. Las secuencias de las proteinas de membrana reconocen la cromatina que interacciona con estas.

3 L LA A LA LAMIN MIN MINA A N NUC UC UCLEA LEA LEAR R La lámina nuclear juega un papel clave en el desensamblaje del núcleo previo a la mitosis o meiosis (o en el proceso de muerte celular apoptosis). • Hay diferentes tipos de laminas nucleares: lamina A, lamina B y lamina C. El desensamblaje de la lámina nuclear está regulado por la fosforilación de las proteínas láminas.

1. Antes de la mitosis, la cromatina esta anclada a la membrana, y cuando empieza la mitosis hay una hiperfosfoliracion de las proteinas asociadas a la membrana nuclear, lo que provoca que la red estructurada se deshaga. 2. La fosforilacion provoca que las laminas dejen de interaccionar entre ellas. 3. Cuando se acaba la division, la membrana reaparece. Esto esta regulado por la lamina nuclear tambien. Se reconocen en primera instancia los cromosomas con la cubierta nuclear, y finalmente el nuclio celular. La lamina nuclear juega un papel clave en el desensamblaje del nucleo previo a la mitosis o meiosis. Al final de la division mitotica, el nucleo se vuelve a reintegrar.

4 CR CROM OM OMATINA ATINA Los cromosomas en interfase se presentan como largas fibras nucleoproteicas llamadas cromatina. • La cromatina es la combinación de proteínas (histonas) y ADN. Cada cromosoma está formado por una única molécula de ADN linial. • Durante la mitosis el cromosoma se condensa hasta 10000x. • La estructura de cromosoma solo es visible durante la metafase.

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Cromatides hermanas: son dos cromatides de un cromosoma unidas por el centromero. Estas son simetricas e iguales, y estan formadas por una molecula de ADN cada una. Cromosomas homologos: uno de cada progenitor. Tienen la misma disposicion de la secuencia de ADN de un extremo a otro, pero distintos alelos.

Las histonas pueden modificarse con el objetivo de modificar la configuración de la cromatina en una región: acetilación, etc... • Las histonas se modifican en el extremo N-terminal, que queda accesible por fuera del nucleosoma. Como se regula el plegamineto del ADN o cromatina: Gracias a las histonas (proteinas de caracter basico organizadas en un octomero) el ADN se puede compactar en forma de cromosoma. • El plegamiento del ADN se regula modificando la interaccion de las histonas con el ADN, ls cual cosa indica que las histonas son proteines modificables post-traduccionalemte. ◦ Cada modificacion tienen un efecto en la afinidad de la histona con el ADN.

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Modificaciones: Metilacion: consiste en la supercompactacion de la region cromosomca impediendo la expresion del gen de esa region (provoca el sileciamiento genico). Acetilacion: generalmente activa la transcripcion del gen. Fosforilacion: se ha asociado a mecanismos de reparacion/transcripcion. Depende de la modificacion que actue junto a esta.

Segun el tipo de modificacion y la posicion donde se produce, la consecuencia seria diferente. Esto es la epigenetica, no estan asociados a cambio de la secuencia de bases, sino si son accesibles o no.

5 C CARIO ARIO ARIOTIP TIP TIPADO ADO

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Cromatides hermanas: son dos cromatides de un cromosoma unidas por el centromero. Estas son simetricas e iguales, y estan formadas por una molecula de ADN cada una. (Cromatidas con la misma informacion). Cromosomas homologos: uno de cada progenitor. Tienen la misma disposicion de la secuencia de ADN de un extremo a otro, pero distintos alelos.

Centromero: estructura que divide los cromosomas en dos brazos y mantiene unidas las dos cromatides hermanas, y es por donde el cromosoma se une al fiso mitotico. • Cinetocoro: disco proteico situado a los dos lados del centromero en cada cromatide. Se une a las fibras del fuso mitotico, lo que permite la separacion de los cromosomas. (Es esencial en la interaccion cromosoma-microtubulos del fuso mitotico en la division celular). 6 C CROM ROM ROMOS OS OSOM OM OMAS AS HU HUMAN MAN MANOS OS En las células humanas hay 22 pares de cromosomas homólogos (autosomas) y además, dos crosomomas no homólogos que son los cromosomas sexuales. El conjunto de cromosomas se denomina cariotipo. • El cariotipo: se obtiene a partir de un lisado de celulas en division, y se utiliza para detectar enfermedades relacionadas con los cormosomas. • Para clasificar los cromosomas no solo es importante el tamaño y morfologia, sino tambien el bandeado que adquieren tras la tincion. La cinetogenica es el proceso por el cual se obtiene esta imapegn del cariotipo.

Tipos de bandeo: • Bandeo C : se usa el colorante Giemsa, tiñe regiones heterocromàticas constitutivas. • Bandeos G, R, Q: se consigue con tratamientos enzimáticos y pone de manifiesto regiones eucromàticas. Se tiñe con Giemsa (G, R) o colorantes fluorescentes (Q, quinacrina). • Bandeo NOR: permite identificar cromatina con secuencias repetidas (rDNA, organizador nucleolar).

Tipos de tincion: • FISH (Fluorescent In Situ Hybridization): se utiliza para la detección de deleciones. En el caso de la figura, el marcaje está presente en ambos cromosomas homólogos, por tanto, no hay deleción. Es la forma de obtener mas resolucion hoy en dia, y se pueden detectar delecciones de forma muy sencilla. Tambien se utiliza para ver si hay duplicaciones, poliploidias... Cromosome painting:...