TEMA 14. NÚcleo InterfÁsico PDF

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TEMA 14. NÚCLEO INTERFÁSICO 1. ESTRUCTURA DEL NÚCLEO INTERFÁSICO El núcleo interfásico es el núcleo de la interfase, es decir, del periodo del ciclo vital en que la célula NO se está dividiendo. Tiene las siguientes características: ~ Contiene un material viscoso amorfo con más información genética de la que se utiliza → Sirve para la expresión selectiva. ~ Protege el material genético de las proteínas y enzimas del citosol. ~ Es el orgánulo más grande de las células animales. ~ La forma, tamaño y localización son variables. ~ NO todas nuestras células utilizan los mismos genes de la dotación genética del núcleo. El núcleo está limitado por una envuelta nuclear, por debajo está la lámina nuclear y dentro está el nucleoplasma/carioplasmadonde se encuentran los cromosomas. Además, hay 1 ó más nucléolos, densos a los electrones con forma irregular. También hay matriz nuclear, un conjunto de proteínas fibrosas parecidas al citoesqueleto del citosol.

1.1 ENVUELTA NUCLEAR Se compone de 2 membranas con 10-50nm de separación, fusionadas en el complejo del poro(CPN). Es una barrera para iones, solutos y macromoléculas. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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Membrana nuclear externa (MNE) → Se continúa con el RER, y se encuentran ribosomas unidos. Membrana nuclear interna (MNI) → Se apoya en la lámina nuclear que tiene debajo mediante proteínas integrales. Además, interacciona con la cromatina. Espacio perinuclear → Está en contacto con la luz del RER, y se trata de una disolución acuosa con iones disueltos.

La envuelta nuclear proporciona compartimentos separados para las enzimas citosólicas y nucleares. Evita interferencias entre las distintas reacciones de ambos compartimentos. Además, proporciona nuevas posibilidades de control génico: ~ Mecanismos post-transcripcionales. ~ Regulación de la entrada de factores de transcripción. La envuelta nuclear regula el tráfico de sustancias desde el citosol al nucleoplasma. Las sustancias pequeñas pasan por difusión, y las sustancias grandes pasan por el complejo del poro.  COMPLEJO DEL PORO Tiene forma de canasta y atraviesa toda la envuelta nuclear. Es un complejo supramacro-molecular, con una simetría octogonal. Está compuesto por grupos de 8 proteínas denominadas nucleoporinas, dispuestas formando el complejo: 

Anillo citoplasmático→ Formado por 8 nucleoporinas, y situado en la cara citoplasmática. Tiene unidos unas proteínas fibrilares que atraen a las partículas a transportar.

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Anillo nuclear→ Formado por 8 nucleoporinas, y situado en la cara nuclear. Tiene unidos unos filamentos que sujetan una ‘cesta’.

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Ambos anillos se unen mediante 8 proteínas columnares que atraviesan las membranas nucleares.

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Transportador central→ Localizado en el centro del complejo.  TRÁFICO DE SUSTANCIAS

El paso de sustancias a través del poro es: ~ Bidireccional  Desde el citosol, se importan

Histonas. DNA y RNA polimerasas. Proteínas reguladoras de genes.

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Desde el núcleo, se exportan

Proteínas procesadoras del ARN. Proteínas ribosomales. ARNt y ARNm ARNr unidos a proteínas ribosomales.

~ Continuo. ~ Selectivo → Se regula mediante señales de importación e importación. La apertura y cierre se regula mediante distintas señales: 



Señal de localización nuclear(NLS) → Es una señal de entrada, situada en el extremo C-terminal de las proteínas. Se trata de aminoácidos con carga positiva, reconocidos por receptores específicos. Entran por las importinas(pueden atravesar el complejo del poro), interaccionan con las nucleoporinas de dicho complejo. Cuando han atravesado el complejo del poro, las importinas se sueltan de las proteínas, volviendo a su lugar de origen. Las importinas tienen una señal de importación hacia el interior del núcleo. Señal de exportación nuclear(NES) → Es una señal de salida, apolar y rica en leucina, que es reconocida por receptores de transporte, y que salen por las exportinas.

 RECEPTORES DE TRANSPORTE NUCLEAR Son proteínas globulares pequeñas que tienen un centro de unión donde se unen específicamente las proteínasa transportar. Hay diversos tipos en función de las sustancias que transportan. 

Importación al núcleo

Se asocian 3 compuestos (si no se asocian, no hay proceso) → 1 proteína con NLS, unida a una importinaα y otra β, que sonreceptores solublescitosólicos. La carga se une a α, y ésta se une a β. Todo el conjunto se une a los filamentos del anillo citoplasmático, y se transportan hacia el interiormediante cambios conformacionales. En el nucleoplasma se une a Ran-GTP, una proteína que lleva a cabo el desensamblaje del complejo y la liberación de la carga. β regresa al citosol mediante Ran-GTP, y gracias a la hidrólisis del GTP tiene lugar la separación de βde la Ran-GDP. Finalmente, la Ran-GDP libera el GDP e introduceGTP. 

Exportación del núcleo

Se une la carga a la exportina para formar el complejo carga/exportina, y a éste se le une el Ran-GTP. Éste ayuda a que pasen por el CPN para que salga al medio extracelular. La hidrólisis del GTP produce la separación de Ran-GDP del complejo, y la exportina se desancla de la carga y vuelve al núcleo.

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Se suelen exportar ARNm maduros, subunidades ribosomales (ARN ribosómicos unidos a proteínas, y ARNt).

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1.2 LÁMINA NUCLEAR Es una estructura situada en la cara interna de la MNI, formada por filamentos intermedios denominados láminas. Forman una red bidimensional que dan soporte mecánico, forma y estabilidad a la envuelta. Se unen con proteínas integralesde la MNI, con elCPN, y con la cromatina. Estas 3 estructuras están físicamente unidas, mediante enlaces. La lámina se une a la MNI por la emerina, mediante prenilación, por la cisteína del extremo C-terminal y el receptor de la lámina B. Además, también se unen por 3 genes:LMNA, LMNBy LMNC. Controla y regula el ciclo de ensamblaje-desensamblaje durante la división celular. Tiene lugar la fosforilación de la lámina al inicio de la mitosis/meiosis (mediante quinasas dependientes de ciclina) para desensamblarla y dispersarla por el citosol. Una vez dividida la célula, las fosfatasas permiten el ensamblaje de la envuelta y de la lámina nuclear para formar de nuevo el núcleo. Las enfermedades de origen genético que afectan a la lámina nuclear son: 

Distrofia muscular de Emery-Dreiffus (EDMD2) → Es poco frecuente, se produce por la ausencia de emerina, por lo que NO hay unión con la MNI.

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~ Núcleos frágiles→ Se rompen y muere la célula. ~ Provocanproblemas motores y cardiacos. 

Síndrome de Progeria de Hutchinson-Gilford (HGPS) → Se produce una mutación en LMNA. ~ Los núcleos están deformes. ~ Provoca envejecimiento y muerte prematura, infarto o derrame cerebral.

1.3 CROMATINA La cromatina es la forma más estirada de los 46 cromosomas de las células. Contienen1 molécula de ADN por cromátida, de distinta longitud. La cromatina está estirada para que las enzimasdela transcripción puedan acceder, pero puede empaquetarse para ocuparmenos espacio. La heterocromatina está más empaquetada, más oscura, por lo cual, sus genes no traducen, mientras que en la eucromatina, al estar menos empaquetada, sí. Está lo más condensada posible cuando en la metafase, y lo menos condensada en la interfase. El menor nivel de organización corresponde a la secuencia de nucleosomas. Cada nucleosoma es: ~ Octámero de 4 heterodímeros→ 2 H2A-H2B (dímero) y 2 H3H4 (dímero). ~ Una histonaH1 que mantiene la estructura. ~ 200 pares de bases. ~ 2 vueltas(1,7 vueltas + ADN espaciador). El core-cromatosoma es un octámero con 146 pares de bases y 1,7 vueltas.  HISTONAS Las histonas son unas proteínas pequeñas (100-200 aas), básicas, y ricas en arginina y lisina. Hay 5 tipos → H2A, H2B, H3, H4y H1, y protegen al ADN contra las nucleasas. La 2A con la 2B sólo pueden hacer el apretón de manos, y la H3 con la H4. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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Son fragmentos de α-hélice que se pliegan parar formar una estructura más compacta. Modifican covalentemente las colas largas y flexibles añadiendo lisina o arginina a H3. Los extremos N-terminales modificados de las histonas determinaran cómo de empaquetada va a estar la cromatina. Metilada, heterocromatina. Acetilada, eucromatina. Si una zona está metilada, no puede estar acetilada, y al contrario. Mientras más metiladas estén las colas de cromatina, menos expresión génica, pues los genes están silenciados.  ENROLLAMIENTO DEL ADN Se da mediante enlaces iónicos en el surco menor porque son zonas más enrollables, con 2 vueltas (aprox). El diámetro es de 10nm, y el empaquetamientoes 7:1. En la célula real no se empaqueta así. Los surcos menores ricos en adenina y timina, forman enlaces, y los ricos en guanina y citosina no interaccionan bien con el ADN. El solenoide es una fibra de 30nm de diámetro que interacciona entre histonas de diferentes nucleosomasa través de sus colas. Para esta interacción es imprescindible la H1. El ADN NO está accesible, por lo que los genes NO se pueden transcribir. Se empaqueta en lazos de fibrasde 30nm. Además, un mayor grado de empaquetamiento sería la formación de lazos superenrollados→ Fibras de 80-100nmcon susextremos unidos a lasproteínas de la matriz. Para abrir los lazos hay que desenrollar el ADN. Las condensinas son unas proteínas que ayudan a empaquetar el ADN. Son anillos alrededor delos cuales la hebra se enrolla y se acorta → Mayor empaquetamiento y menor longitud, da lugar al cromosoma metafásico. Este es el máximo grado de enrollamiento, 10.000:1, sólo posible en la metafase.  NIVELES DE CONDENSACIÓN La cromatina interfásica no está tan condensada como en los cromosomas mitóticos.La hay de 2 niveles de empaquetamiento: 

Eucromatina

Es el material genético accesible a las enzimas de la transcripción. Corresponde a las zonas del núcleo muy poco densas a los electrones, y miden 10nm de diámetro. Si cambiamos el grado de condensación, se puede cambiar de eucromatina a heterocromatina. 

Heterocromatina

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Es el material genético inaccesible a las enzimas de la transcripción. Se puede presentar de 2 maneras: 

Facultativa→ Genes que en unas células está condensado, y en otras no, por lo que puede o no será accesible a las enzimas. ~ Se encuentra en cierto tipo de células especializadas. ~ En hembras, se inactiva un cromosoma X, quedando el mismo nº de cromosomas X activos, con cantidades equivalentes de sus productos.

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Constitutiva→ Material genético que siempre está condensado, es más denso a los electrones. NO es accesible a las enzimas. ~ Está en la periferia del núcleo. ~ Constituye los telómeros y centrómeros, así como el brazo distal del cromosoma Y.

1.4 NUCLÉOLO En el nucléolo se lleva a cabo la transcripción y procesamiento del ARNr. Su tamaño está directamente proporcionado a la cantidad de procesos de síntesis de la célula, y NO tiene membrana. En el organizador nucleolar es donde se lleva a cabo el ensamblaje de genes para los ARNr 28S,18S, 5S y 8S. Además, es el precursor del ARNr 45S. Se compone de: ~ Centro fibrilary un componente fibrilar denso donde se lleva a cabo la transcripción. ~ Zona granulosa→ Se lleva el procesamiento del ARNr y ensamblaje de las subunidades.

1.5 ORGANIZACIÓN DEL NÚCLEO El núcleo está ordenado, hay un territorio para cada cromosoma. Los genes para un mismo proceso en cromosomas diferentes están próximos, y sutranscripción es simultánea en el organizador nucleolar del nucléolo. Cerca del centro encontramos los cromosomas pequeños y ricos en genes, la eucromatina, mientras que cerca de la envuelta nuclear está la heterocromatina, los telómeros y los centrómeros. Esta estructura se la proporcionan las uniones de la cromatina a la lámina nuclear, y ésta a la envuelta nuclear. 1.6 MATRIZ NUCLEAR Es una red de fibras proteicas que se cruzan formando unesqueleto interno. Su función es organizar los lazos de la cromatina. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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2. CROMOSOMAS METAFÁSICOS Están en máxima condensación, ya que durante la división los genes de la célula NO se transcriben. Cada cromosoma tiene una forma y tamaño característicos, dependiendo de la posición del centrómero. Gracias a esta estructura es más fácil separar las cromátidas en la división celular. Los genes se colocan en tándem, entre ellos hay restos de ADN que NO modifica la síntesis proteica. Las 2 dobles hélices tienen los mismos nucleótidos en cada cromátida, pero de este ADN hay que eliminar los intrones. 2.1 CROMOSOMAS Los cromosomas están formados por 2 cromátidas hermanas, unidas por el centrómero (constricción primaria)mediante el cinetocoro, donde NO hay genes. El centrómero divide cadacromátida en 2 brazos (cada cromosoma tiene 4 brazos). En el extremo de los brazos están los telómeros, que NO suelen ser codificantes y aparecen como heterocromatina constitutiva. Además, en los brazos puede haber constricciones secundarias. Las cromátidas homólogas son las del mismo cromosoma, pero 1 del paterno y 1 del materno. Estas tienen la misma longitud. 2.2 CENTRÓMEROS Son las estructuras por lasque se unen las cromátidas hermanas. Permiten una distribución correcta del material genético en la división. Están formados por 3 placas, unidas entre sí por proteínas del cinetocoro. Además, entran en contacto con los filamentos del huso mitótico. El ADN de esta zona: ~ Está en satélite α. ~ Rico en adenina y timina. ~ Está asociado a proteínas específicas del cinetocoro → Variante de H3 denominada CENP-A. La proteína cohesina permite la unión de las 2 placas de los centrómeros, manteniendo las cromátidas hermanasjuntas. Durante la división, cada placa cinetocórica se unirá a los microtúbulos, que tirarán cada uno hacia su lado. 2.3 TELÓMEROS Son los extremos de los cromosomas. Las telomerasas son las proteínas que regulan su longitud y el grado de división de la célula. Su ADN son secuencias repetidas ricas en guanina y citosina (500-5000 veces). Evitan la fusión entre los extremos de los cromosomas. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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Sobresale su extremo 3’, formando un lazo que gira hacia atrás y desplaza a una de las hebras. Se forma un CAPque tapa y protege frente a las nucleasas y para que NO se una a otros cromosomas. La telomerasa contiene ARN complementario, que sirve de molde. Tiene ARN para sintetizar ADN, es una transcriptasa inversa. Además añade nuevas repeticiones al extremo 3’, y sirve de molde para que una polimerasa convencional alargue el extremo 5’. Las células germinales tienen actividad telomerasa toda su vida, de esta manera evitan perderinformación genética, en cambio las células somáticas pierden dicha actividad, lo que se refleja en fenómenos de envejecimiento y muerte. ~ El 90% de las células tumorales(somáticas) tienen actividad telomerasa cuando no deberían. ~ El síndrome de Werner es un envejecimiento prematurodebido a un mantenimiento anormal de los telómeros. 2.4 CLASIFICACIÓN Clasificación de los cromosomas según la posición del centrómero:    

Metacéntrico→ En el centro de las cromátidas, 2brazos similares. Submetacéntrico→ Algo desplazado del centro, brazo P (pequeño), y brazo Q (grande). Acrocéntrico→ Muy desplazado, brazo P y Q más desiguales. Telocéntrico→ En uno de los telómeros, sólo hay 1 brazo por cromátida.

2.5 CARIOTIPO El cariotipo es característico de cada especie, depende de la dotación diploide, de la forma, del tamaño…Nuestro cariotipo es de 23 pares de cromosomas, de los cuales 22 son autosomas y 1 par de cromosomas sexuales.  OBTENCIÓN DE CROMOSOMAS MITÓTICOS Se cogen cromosomas metafásicos de un organismo, y se les añade colchicina. Se ponen las células en un medio hipotónico para que se lisen y el material quede lo más separado posible para su estudio. Después se tiñen con distintas sustancias: Observamos el patrón de bandeo→ Específico de cada cromosoma. Son bandas claras y oscuras, ricas en A y T, y en G y C. De esta manera se detectan alteraciones numéricas y/o estructurales. En cuanto a las alteraciones numéricas: 

Euploidia→ Los juegos de cromosomas homólogos son completos. En el caso de los humanos es 2n=46 cromosomas.

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Aneuploidia→ Este equilibrio NO se cumple, algún juego de cromosomas está incompleto (faltan o sobran), por ejemplo en el síndrome de Down, hay 3 cromosomas 21, que es una trisomía.

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