TEMA 16. EL NUCLI (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Biología Celular
Año del apunte 2014
Páginas 7
Fecha de subida 02/11/2014
Descargas 85
Subido por

Descripción

Apuntes realizados con el docente Lleonard Barrios.

Vista previa del texto

BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB TEMA16:El nucli.
El nucli  serveix com a centre d’emmagatzematge de la informació genètica i com a centre de control cel·lular. La replicació del DNA, la transcripció i la maduració de l’RNA tenen lloc al nucli. Només la traducció es duu a terme a fora d’aquest. L’expressió gènica està regulada per mecanismes exclusius dels organismes eucariotes. La presència del nucli permet que l’expressió gènica sigui regulada per mecanismes postranscripcionals com l’splicing alternatiu. L’embolcall nuclear també limita l’accés de proteïnes al material genètic, permetent un major control de l’expressió gènica.
Embolcall nuclear  Separa el contingut del nucli del citoplasma i proporciona un suport estructural al nucli.
Posseeix una estructura constituïda per dues membranes nuclears, la làmina nuclear a la cara interna i els porus nuclears. La membrana nuclear externa es continua amb la membrana del reticle endoplasmàtic, per tant, hi ha una comunicació directe entre el nucli i el lumen d’aquest per aixó té ribosomes units a ella, mentre que la interna té proteïnes específiques pel nucli. La embrana és una bicapa fosfolipídica, permeable només a petites molècules apolars. La resta de molècules han de passar a través dels porus. Subjacent a la membrana nuclear interna trobem la làmina nuclear que és una xarxa fibrosa que proporciona suport estructural al nucli. Està formada per lamines (cadenes polipeptídiques), que enrotllant les seves porcions αhèlix, l’una sobre l’altra, formen dímers (d’aquesta estructura se’n diu espiral enrotllada o coiled coil). Els dímers, associant-se pels caps formen polímers de lamina, que s’associen paral·lelament i forment filaments, que agrupats entre si formen làmines. Finalment la làmina nuclear s’associa amb la membrana interna gràcies a l’addició postraduccional de lípids. A l’interior del nucli es poden trobar matrius de làmines nuclears molt laxes que serveixen com a llocs d’unió per la cromatina.
Complex del porus nuclear  Són els únics canals a través dels quals es poden transportar molècules polars, ions i macromolècules entre el nucli i el citoplasma. El complex del porus nuclear és una estructura molt gran, amb un diàmetre d’uns 120nm. El porus nuclear doncs, és molt important a l’hora de transportar els RNA sintetitzats, i per fer entrar les proteïnes necessàries al nucli des del citoplasma. Depenent de la seva mida, les molècules poden passar a través del complex del porus nuclear de dues maneres diferents.
 Les molècules petites i algunes proteïnes amb un pes molecular inferior a 50kDa passen lliurement a través de l’embolcall nuclear en ambdues direccions. Aquestes molècules difonen de manera passiva a través dels canals oberts a l’interior del complex, els quals tenen un diàmetre de 9nm.
BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA  UAB Però la majoria de proteïnes i RNAs, no són capaços de passar per aquests canals oberts, i ho han de fer utilitzant un procés actiu en el que són reconeguts i transportats específicament i en una direcció determinada.
 Els complexos del porus s’organitzen en 8 radis units als seus anells corresponents a la cara citoplasmàtica i a la cara nuclear de l’embolcall nuclear. Tota l’estructura es forma al voltant d’un canal central. Des de l’anell citoplasmàtic s’estenen uns filaments citoplasmàtics, i des de l’anell nuclear s’estenen uns filaments que formen l’estructura de cresta.
Transport bidireccional entre el nucli i el citoplasma  Les proteïnes que s’han d’introduir al nucli són les responsables de totes les característiques de l’estructura i la funció del genoma . Algunes d’aquestes proteïnes són les histones, les DNApolimerases, les RNApolimerases, factors de transcripció, factors d’splicing, etc.
Aquestes proteïnes estan etiquetades amb una seqüència d’aminoàcids específica, la senyal de localització nuclear (NLS), que dirigeix el seu transport a través del porus. Aquesta seqüència és, normalment, rica en Lys (exemple: -Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-). Dos tipus de proteïnes tenen papers crítics en la importació de proteïnes a través del porus nuclear: un receptor de transport nuclear i una proteïna petita d’unió a GTP anomenada Ran (relacionada amb les proteïnes Ras). Existeixen dos tipus de receptors de transport nuclear: les importines, que transporten macromolècules a l’interior nuclear des del citoplasma, i les exportines, que exporten molècules del nucli al citoplasma. Durant la importació de proteïnes, una importina específica reconeix la seqüència de localització nuclear de la proteïna . Aquesta capacitat es veu facilitada mitjançant la interacció amb la Ran. La conformació i l’activitat de Ran està regulada per la unió i hidròlisi de GTP. Els enzims que estimulen l’intercanvi de GDP per GTP sobre la Ran es localitzen al costat nuclear de l’embolcall, mentre que els enzims que estimulen la hidròlisi de GTP a GDP es troben al costat citoplasmàtic. Per tant, existeix un gradient de Ran/GTP a través del porus nuclear, amb una elevada concentració de Ran/GTP al nucli i una elevada concentració de Ran/GDP al citoplasma.
Així doncs, les proteïnes s’importen a través del complex del porus seguint un cicle de 5 passos: BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB 1. La proteïna amb la senyal de localització nuclear és reconeguda per una importina que forma un complex amb la proteïna Ran i el GDP.
2. El complex format per la proteïna, la importina i el Ran/GDP, s’uneix a una proteïna específica del porus nuclear present als filaments citoplasmàtics de l’anell.
3. El complex es transloca a través del porus nuclear mitjançant l’adhesió seqüencial a proteïnes del porus.
4. L’activitat del factor d’intercanvi de nucleòtids de guanina nuclear, anomenat Ran GEF, intercanvia el GDP per GTP, alterant la configuració del complex de manera que s’allibera la proteïna transportada.
5. El complex format per la importina i el Ran/GTP és exportat a través del porus cap al citoplasma, on la proteïna activadora de GTPasa citoplasmàtica, anomenada Ran GAP, hidrolitza el GTP obtenint-se altre cop Ran/GDP.
Hi ha proteïnes que viatgen contínuament del nucli al citoplasma . Algunes d’aquestes actuen com a transportadors d’altres molècules, com per exemple de RNAs, i altres coordinen funcions citoplasmàtiques i nuclears. Aquestes proteïnes s’etiqueten amb una seqüència d’aminoàcids específica per tal de ser exportades al citoplasma (NES). Aquestes senyals són reconegudes per receptors a l’interior del nucli que dirigeixen el transport de les proteïnes a través del complex del porus nuclear cap al citoplasma. Igual que les importines, les exportines també s’uneixen a Ran. No obstant, la Ran/GTP promou la formació de complexos estables amb exportines, a l’inrevés que amb les importines. Aquest efecte de la unió de Ran/GTP sobre les exportines dirigeix el moviment de les proteïnes amb NES cap al citoplasma.
Així doncs, les proteïnes s’exporten a través del complex del porus seguint un cicle de 5 passos: 1. La proteïna amb la senyal d’exportació nuclear és reconeguda per una exportina que forma un complex amb la proteïna Ran i GTP.
2. El complex format per la proteïna, l’exportina i el Ran/GTP, s’uneix a una proteïna específica del porus nuclear present a la cresta nuclear de l’anell.
3. El complex es transloca a través del porus nuclear mitjançant l’adhesió seqüencial a proteïnes del porus.
4. L’activitat de la proteïna activadora de GTPasa citoplasmàtica, anomenada Ran GAP, intercanvia el GTP per GDP, alterant la configuració del complex de manera que s’allibera la proteïna transportada.
5. El complex format per l’exportina i el Ran/GDP és importat a través del porus cap al nucli, on el factor d’intercanvi de nucleòtids de guanina nuclear, anomenada Ran GEP, afavoreix la unió del GDP obtenintse altre cop Ran/GTP.
BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB Seqüències senyals: - Exportació depenent de RAN Importació nuclear (NLS) D’exportació nuclear (NES) Exportació depenent de RAN Exportació d’RNA, via independent de Ran  Els mRNAs es troben a l’interior nuclear un cop han madurat els pre-mRNAs. Les proteïnes Dbp5, Tap i Nxt1 s’uneixen a l’mRNA i, ajudades per la cresta nuclear, passen pel complex del porus i arriben al citoplasma. Un cop allí, el Dbp5 es queda unit als filaments citoplasmàtics de l’anell provocant la hidròlisi d’ATP en ADP. El Tap i el Nxt1 són reciclats cap al nucli. L’mRNA començarà la seva traducció al conjugar-se amb els ribosomes.
Processos generals! El nuclèol  És la subestructura que més destaca en el nucli, és on es produeix la transcripció i el processament de l’rRNA i l’assemblatge dels ribosomes. El nuclèol és una fàbrica de producció de ribosomes, dissenyada per cobrir les necessitats de producció a gran escala dels rRNA i de l’assemblatge de subunitats ribosòmiques. Els nuclèols estan compostos per rRNA, proteïnes i DNA.
BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB  Gens d’RNA ribosòmic i organització del nuclèol: el nuclèol no està rodejat per cap membrana i s’organitza al voltant de les regions de cromosomes que contenen els gens pels rRNA 5’8S, 18S i 28S, de manera que s’anomenen regions organitzadores nucleolars. Aquests rRNA són transcrits com una única unitat al nuclèol per la RNApolimerasa 1, donant com a resultat el pre-rRNA 45S. Aquest pre-rRNA és processat i es separa, obtenint-se’n l’RNA 18S de la subunitat ribosòmica petita 40S i els RNAs 5’8S i 28S de la subunitat ribosòmica gran 60S. L’rRNA 5s que falta a la subunitat gran es transcriu a l’exterior per mitjà de la RNApolimerasa 3.
Les cèl·lules contenen múltiples còpies dels gens d’rRNA per poder satisfer la demanda de transcripció d’un elevat nombre de molècules d’rRNA. El genoma humà, per exemple, en té unes 200 còpies.
 Morfològicament, els nuclèols consten de 3 regions: el centre fibril·lar, el component fibril·lar dens i el component granular. Aquestes tres zones reflecteixen el progrés de les etapes de transcripció de l’rRNA , el processament i l’assemblatge de ribosomes.
 Assemblatge de ribosomes: la formació de ribosomes implica l’assemblatge de l’rRNA precursor amb les proteïnes ribosòmiques i amb l’rRNA 5S. Els gens que codifiquen per aquestes proteïnes es transcriuen fora el nuclèol per la RNApolimerasa 2, originant mRNA que són traduïts als ribosomes citoplasmàtics. Les proteïnes es transporten posteriorment al nuclèol, on s’assemblen amb els rRNA per formar proteïnes prerribosòmiques. Els gens de la rRNA 5S també es transcriuen fora el nuclèol però també s’assemblen a l’interior del nuclèol.
L’associació de les proteïnes ribosòmiques amb l’rRNA comença mentre aquest encara es sintetitza. Les proteïnes restants i l’rRNA 5S s’incorporen mentre té lloc l’escissió del pre-rRNA. Durant la primera etapa, la maduració de les dues subunitats (petita i gran) es diferencia. La maduració de l’rRNA 18S, un cop surt al citoplasma dóna la subunitat petita 40S. La maduració de la gran, que conté 28S, 5’8S i l’rRNA 5S, es completa dins els nuclèol. Per tant, la majoria de les partícules prerribosòmiques del nuclèol són precursores de la subunitat gran 60S. Les etapes finals de la maduració dels ribosomes es duen a terme amb les dues subunitat al citoplasma, un cop madures i en presència d’un mRNA, s’uneixen.
BIOLOGIA CEL·LULAR 1º CURS BIOLOGIA Tania Mesa González UAB Matriu nuclear  Permet la formació de subcompartiments nuclears amb agrupacions d’RNA i proteïnes concretes com els cossos de Cajal o els territoris cromosòmics. Els cossos de Cajal funcionen com a llocs d’assemblatge de RNPs (complexos ribonucleoproteïna).
Cromatina  Formada per els complexos entre el DNA eucariòtic i les proteïnes, conté al voltant del doble de proteïnes que de DNA. Les proteïnes principals són les histones, que són proteïnes petites que contenen una gran proporció d’aa bàsics que faciliten la unió amb el DNA carregat negativament. Existeixen 5 tipus d’histones, anomenades H1,H2A, H2B, H3 i H4. Les histones són tant abundants que la seva massa iguala la del DNA cel·lular. A més a més, la cromatina conté moltes altres proteïnes en enormes quantitats, que estan implicades en moltes activitats, entre les quals hi ha la replicació del DNA i l’expressió gènica.
La unitat bàsica estructural de la cromatina és el nucleosoma, que és una unitat que es repeteix cada 200 parells de bases. Amb digestions enzimàtiques, es va concloure que dels 200 parells de bases del nucleosoma, 146 estan enrotllats al voltant de les histones (en la histona H1, són 166pb). Aquesta subunitat de cromatina enrotllada al voltant de les histones s’anomena cromatosoma.
L’empaquetament del DNA amb histones produeix una fibra de cromatina de 10 nm de diàmetre i composta per cromatosomes separats per fragments d’enllaç de DNA d’uns 80 parells de bases . La cromatina es pot condensar encara més enrotllant-se en fibres de 30nm amb una estructura que encara no es sap determinar , i hi ha el model en zig-zag i el model solenoide (fent una hèlix).
BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB La duració de la condensació de la cromatina varia segons el cicle de la vida de la cèl·lula. En cèl·lules en interfase (sense dividir-se) la majoria de cromatina (anomenada eucromatina) es troba relativament descondensada i distribuïda per tot el nucli. És durant aquest període que el DNA es replica i els gens es transcriuen.
En les cèl·lules en heterocromatina) es troba molt interfase, la condensada.
cromatina (anomenada L’heterocromatina és transcripcionalment inactiva i conté seqüències de DNA altament repetitives.
Quan la cèl·lula entra en mitosis, els seus cromosomes es condensen. Això es fa amb el replegament de les fibres de 30nm sobre elles mateixes. Està tant condensada que la transcripció s’atura completament. Amb el replegament de la fibra de 30nm es forma la fibra de 300nm, i amb l’entortolligament d’aquesta es forma la fibra de 700nm. Els replegaments constants i estrets de la fibra de 700nm acaben formant la fibra de 1400nm, o el que ve a ser el mateix, el cromosoma.
El centròmer  és una regió especialitzada del cromosoma la funció del qual és assegurar la correcta distribució dels cromosomes duplicats a les cèl·lules filles durant la mitosi. El DNA cel·lular es duplica durant la interfase donant dues còpies de cada cromosoma. Quan comença la mitosi, la condensació de la cromatina condueix a la formació dels cromosomes de la metafase que consisteixen en dues cromàtides idèntiques.
Aquestes dues cromàtides es mantenen unides pel centròmer, que es considera una regió cromosòmica compacta. Una vegada començada la mitosis els microtúbuls del fus mitòtic s’uneixen al centròmer i estiren, separant així les cromàtides germanes. Així doncs els centròmers serveixen com a llocs d’associació de les cromàtides germanes i com a llocs d’unió dels microtúbuls del fus. Són seqüències específiques de DNA on s’uneixen moltes proteïnes d’unió associades als centròmers, formant el cinetocor. Les proteïnes associades al cinetocor actuen com a motors moleculars que condueixen el moviment dels cromosomes al llarg de les fibres del fus, segregant els cromosomes als nuclis de les cèl·lules filles.
...