11.-Núcleo (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Biología Celular
Año del apunte 2015
Páginas 6
Fecha de subida 22/03/2015 (Actualizado: 15/05/2015)
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Tema 11: Núcleo El origen del núcleo se debe a una invaginación de la membrana que rodea el DNA.
Existen células con un número variable de núcleos o sin él. Además, el núcleo puede presentar diferentes formas.
El núcleo está formado por diferentes partes: envoltura nuclear, cromatina, nucléolo y nucleoplasma.
1. Envoltura nuclear Está formada por dos membranas: externa (continuación del RER) e interna (proteínas y lípidos que interactúan con la lámina y la cromatina). Ambas membranas se fusionan en algunos puntos formando los poros nucleares. Estos están formados por 30 nucleoporinas estructuradas en forma de octaedro, que emiten filamentos hacia el citosol y forman una “especie” de jaula hacia el interior.
La lámina nuclear es una red de proteínas del citoesqueleto (filamentos intermedios), las laminas.
La fosforilación de estas proteínas es la responsable de la desaparición del núcleo durante la división celular.
1.1. Importación y exportación de proteínas Existen moléculas demasiado grandes (proteínas, RNA...) que necesitan una apertura regulada de los poros que consume ATP. Estás proteínas deben presentar una secuencia señal: • • NLS (importación): rica en Lys y Arg, puede ser simple o bipartida. Es reconociada por un receptor NLS (importina).
NES (exportina): rica en Leu. Es reconocida por un receptor NES (exportina).
Ambas secuencias se encuentran en la superficie de la proteína, que entra plegada en el núcleo.
Los receptores son solubles, por lo que transportan la proteína tanto al interior como al exterior del núcleo.
Además de la SS y el receptor, se necesita un GTPasa monomérica (Ran): • • Citosol→ Ran-GDP, debido a la actuación de la GAP Núcleo→ Ran-GTP, debido a la GEF 1.1.1. Importación 1. La importina reconoce la NLS de la proteína y la transporta al núcleo, interaccionando con 2. las nucleoporinas FG.
3. La importina se une a la Ran-GTP y libera la proteína.
4. Receptor y GTPasa salen unidos al citosol.
5. Actúa la GAP convirtiendo Ran-GTP en RanGDP 6. Ambos se separan.
1.1.2. Exportación 1. La exportina interacciona con Ran-GTP y sufre un cambio conformacional que le permite 2. unirse a la proteína con NES.
3. En el citosol, actúa GAP formando Ran-GDP.
4. Se liberan la exportina y la proteína.
2. Orgánulos subnucleares En el núcleo hay regiones con una función determinada: • • • Nucléolo Cuerpos de Cajal / GEMS Gránulos intercromatínicos Estos dos últimos están relacionados con la síntesis y procedimiento de snRNA y snoRNA, que junto a proteínas forman snRNP y snoRNP, encargados del procesamiento de mRNA y tRNA.
2.1. Nucléolo En él tiene lugar la transcripción del DNA que codifica para el rRNA. Por lo que encontramos: este DNA (brazos p de cromosomas acrocéntricos(NOR)), rRNA precursor y maduro, proteínas ribosomales y enzimas.
Durante la interfase se observa un único nucléolo. Cuando los cromosomas se condensan, las regiones NOR se separan y pueden verse hasta 10 nucléolos 2.1.1. Regiones del nucléolo 1. Centro fibrilar: transcripción de DNA que codifica los rRNA.
2. Componente fibrilar denso: procesamiento rRNA.
3. Componente granular: ensamblaje del prerribosoma.
2.2.2. Transcripción y procesamiento del rRNA Existen múltiples copias de rRNA repetidas en tándem, ya que es necesario tener diferentes ribosomas traduciendo proteínas al mismo tiempo. Además, cada fragmento de DNA que codifica para el rRNA tiene una alta frecuencia de transcripción (varias RNA polimerasa transcriben al mismo tiempo).
Al tiempo que se transcriben, los rRNA van modificándose mediante splicing y modificaciones químicas gracias a las snoRNP.
Finalmente, se forman las subunidades del ribosoma uniendo proteínas con secuencia NES al rRNA: • • Pequeña: 60S rRNA Grande: 5'8S rRNA + 28S rRNA + rRNA extranuclear 2.2. Cromatina (DNA+proteínas) La cantidad de DNA no aumenta al subir en la escala evolutiva. En humanos solo codifica para proteínas el 1'5% y el 50% del DNA es repetido.
Eucariotas El DNA se dispone en cromosomas lineales. La cromatina de eucariotas está formada por genes, DNA espaciador, otras secuencias de DNA y proteínas: • • Histonas: pequeñas y muy conservadas, empaquetan el DNA, existen 2 tipos: nucleosómicas y H1.
No histonas: grandes y ácidas, se unen a secuencias específicas del DNA, pueden ayudar al empaquetamiento pero están implicadas en la replicación, reparación y transcripción del DNA.
Procariotas Su DNA es circular y los genes están altamente concentrados. La cromatina presenta proteínas análogas a las histonas.
3. Empaquetamiento de la cromatina en inerfase La cromatina pasa por distintas fases de empaquetamiento según la fase del ciclo celular en que se encuentre y el tipo de cromatina: 3.1. Fibra de 10 nm (rosario) Nucleosoma: octámero de histonas (4 tipos) + DNA (147pb).
Las histonas del nucleosomas presentan los extremos Nter proyectados hacia el exterior. Las histonas y el DNA interaccionan mediante puentes de H e interaccionas hidrofóbicas.
3.2. Fibra de 30 nm de diámetro (solenoide/zig-zag) Existen varias posibilidades para explicar su formación: • • • La H1 se une al exterior del nucleosoma y provoca el giro del DNA espaciador.
Las colas Nter de las H4 de distintos nucleosomas interaccionan entre ellas.
Influencia de proteínas no-histonas o la longitud del DNA espaciador.
Para este nivel de empaquetamiento existen dos modelos: ◦ Solenoide ◦ Zig-zag 3.3. Fibra de 300 nm La fibra de 30 nm se va enroscando sobre una base proteica formando bucles (loops).
Existe un modelo que afirma que, cuando se necesita transcribir un gen, el loop de 30 nm se descondensa en fibra de 10 nm, permitiendo el acceso de la maquinaria de transcripción.
4. Remodelación de la cromatina Existen complejos remodeladores que actúan sobre las histonas permitiendo que la cromatina se relaje y pueda ser transcrita, o que, por el contrario, se condense, impidiéndolo.
5. Organización de la cromatina en interfase 5.1. Heterocromatina Corresponde al 10% del genoma y está altamente condesada. Se encuentra asociada a la envoltura nuclear, es cromatina de replicación tardía y de poca transcripción.
Se distinguen 2 tipos: constitutiva (centrómero y telómeros) y facultativa (cromosoma X inactivo).
5.2. Eucromatina Su condensación es variable, pero, generalmente, se estructura en bucles de 30 nm. Se trata de cromatina de replicación temprana y transcripcionalmente activa.
6. Organización de la cromatina en mitosis La condensación de la cromatina durante la mitosis contribuye a la correcta separación de los cromosomas.
El nivel de condensación de los cromosomas mitóticos se alcanza gracias a las condensinas: • • Cohesinas: mantienen unidas las dos cromátidas hermanas.
Condensinas: condensan una única molécula de DNA.
6.1. Estructura de los cromosomas El cromosoma presenta zonas específicas como los centrómeros, los telómeros y los orígenes de replicación.
Centrómero Es el lugar en el que se forma el cinetocoro al que se unen los microtúbulos del huso.
Está formado por heterocromatina altamente repetida, el DNA satélite α. Además posee un tipo de histonas específicas, las H3 variante, que junto con proteínas no-histonas compacta el DNA: Telómeros En el extremo final del cromosoma, el DNA se pliega gracias a proteínas, formando el t-loop.
Si el cromosoma se rompe, la célula puede reconocer el entremo roto y unirlo a otro; por lo que, si no existiesen los telómeros, los cromosomas acabarían uniénose unos a otros.
El telómero está formado por secuencias repetitivas de DNA muy conservadas a lo largo de la evolución. Durante la replicación, se van eliminando fragmentos teloméricos hasta que no se puede formar el t-loop. Esta es causa de envejecimiento (si las células se bloquean y no contiúan dividiéndose) y de cáncer (si se continúa el ciclo y los cromosomas se rompen y fusionan constantemente).
7. Territorios cromosómicos Durante la interfas3 cada cromosoma ocupa un lugar determinado dentro del núcleo, según la cantidad de DNA (pequeños en el interior) o su actividad transcripcional (activos en el interior).
Además, el brazo corto y largo del cromosoma ocupan posiciones diferentes.
Por otro lado, existe un compartimento intercromosómico en el que se encuentran proteínas encargadas de la manipulación del DNA.
Finalmente, en un mismo cromosoma, los genes silenciados se encuentran en el interior y los activos en el exterior.
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