Estructura del núcleo interfásico, nucléolo, cromatina y cromosoma

Biología celular y microbiología

…Historia…• Fue descrito por primera vez por Leeuwenhoek en 1700.• Descrito por Fontana (1781) y Brown (1833).

• Indispensable para la vida de la célula.

• Rige la diferenciación celular.

• Conserva su potencialidad en células diferenciadas.

…Significado biológico:

• Almacenar la información genética: ADN.

• Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN.

• Ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes.

Funciones de núcleo celular.

• ADN nuclear, codifica toda la síntesis proteica celular.

• Al duplicarse permite la formación de células idénticas (división celular).

• ADN es característico no de cada tipo celular, sino de todas las células de un mismo individuo.

• Cantidad básica de ADN (valor c) es constante para todas las células diploides normales de cada especie:– 5,6 µg en la especie humana.– 150 µg en Urodelos (anfibios).

• La duplicación del ADN y su ensamblado con proteínas (histonas) para formar cromatinas.

• La transcripción de los genes a ARN y el procesamiento de estos a sus formas maduras, muchas de las cuales son transportadas al citoplasma para su traducción.

• La regulación de la expresión genética.

Procesos del núcleo celular.

Núcleo en interfase

• Aspecto:– Se presenta como una

esfera de gran tamaño.– Separada por una

envoltura nuclear.– El contenido se revela

más o menos homogéneo a microscopio óptico.

– Posee pequeñas estructuras esféricas llamadas nucléolos.

Núcleo en interfase

• Número:– Normalmente presentan

un solo núcleo.– El paramecio presenta

dos núcleos (macro y micro núcleo).

– Fibras musculares estriadas presentan gran cantidad de núcleos.

– Células cancerosas también presentan varios núcleos.

Núcleo en interfase• Forma:

– Normalmente Isodiametrica.

– Células alargadas: núcleo elíptico.

– Leucocitos: núcleo segmentados o lobulados.

• Tamaño:– Es bastante constante.– Sufre un aumento de

volumen, es un indicio de que la célula está próxima a entrar a división.

Componentes del núcleo celular.Componentes del núcleo celular.

Envoltura nuclear. Esta formado por dos

membranas concéntricas interrumpidas por poros nucleares y por la lámina nuclear.

Membrana externa: en contacto con el citoplasma, posee ribosomas, que sintetizan proteínas.

Espacio perinuclear. Membrana interna: posee proteínas

integrales que se unen a la lamina nuclear y a los cromosomas.

• Capa fibrosa en la que se apoya la membrana interna, uniéndose a proteínas integrales de membrana.

– La fosforilación de la lamina nuclear, causa la ruptura de la envoltura nuclear al inicia de la división celular.

– Confiere estabilidad mecánica a la envoltura nuclear.

– Interviene en la fijación de partes determinadas del cromosoma a dicha envoltura durante la interfase

Lamina nuclear.

• Hace que la envoltura nuclear sea una barrera selectiva entre el núcleo y el citoplasma.

• Presenta canales acuosos a través de los cuales difunden las pequeñas moléculas solubles en agua (transporte no regulado).

Complejo de poro nuclear.

• La cantidad de poros es mayor en el núcleo fisiológicamente más activo.

• Las moléculas de mayor peso molecular son transportadas en forma activa.

– Proteína “transbordadora” o carioportina:

– Importina.– Exportina– Transportina.

Complejo de poro nuclear.

Nucléolo

• Se distinguen los siguientes componentes:

– Parte amorfa.– Parte densa.

• Parte amorfa (nucleoloplasma):

Espacios de escasa densidad, que forman cavidades intercomunicadas en la parte densa. Contiene gránulos de ADN.

Estructura del nucléolo.

• Tiene lugar la formación de subunidades ribosomales.

• La síntesis y procesamiento de ARNr.

Función del nucléolo

• Se encuentra la cromatina y el ARN conocido como nucléolo.

• Constituidos por proteínas estructurales. , sin actividad enzimática.

Nucleoplasma

Cromatina

• Es una doble helicoide.

• Cada cadena consiste de un grupo formado por tres elementos:

– Bases nitrogenada.– Pentosa.– Radical fosfato.

DNA o ADN

Bases nitrogenadas.

Pentosa: Desoxirribosa

Grupo fosfato

ADN

• Constituida por ADN unido principalmente a proteínas del tipo histonas, que se encuentran en el núcleo y constituye el cromosoma.

Componentes de la cromatina.

Unidad básica de la cromatina:• Unidad básica de la cromatina

son los nucleosomas:

– Formado por ≈ 150 pares de bases.

– Enrollado en un octámero de 4 histonas: H2A, H2B, H3 y H4 : core.

– Seguida por un eslabón o linker , formado por un tramo de ADN que une un nucleosoma con otro y una histona H1

Unidad básica de la cromatina• La fibra de cromatina, tiene un

aspecto repetitivo en forma de collar de perlas.

• El enrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de selenoides.

• Los seleniodes se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico (no esta en división).

• Cuando la célula entra en división, el DNA se compacta más, formando los cromosomas.

Proteínas componentes de la cromatina

• Histonas H1, H2A, H2B, H3 y H4• Función:

estabilizar la estructura de DNA

• Con función estructural•

Protaminas (proteínas basicas)•

HMG (high mobility group) •

Proteínas del esqueleto

• Con otras funciones•

Intervienen en la replicación y transcripción

Allison, Fundamental molecular biology, 2007

Nucleosomas

•Constituye la unidad básica de los cromosomas

•Formado por nueve moléculas de histonas y un tramo de DNA

Organización Estructural Del Nucleosoma

Levine, Genes IX

Histonas

Formación del Octámero de histonas

Algunos aminoácidos de las histonas tienen modificaciones covalentes

• Modificaciones covalentes reversibles de las histonas

• Mono, di, tri metilación de lisinas (metiltransferasas/demetilasas)

• Acetilación de lisinas (acetiltransferasas/deacetilasas)

• Combinaciones específicas de las modificaciones marcan cada

nucleosoma

• Proteínas lectoras del código de histonas regulan funciones de la

cromatina

• La hererocromatina es cromatina altamente condensada

• La heterocromatina se localiza principalmente en centrómero y

telómeros, pero

• Hay heterocromatina dispersa.

• Generalmente, la heterocromatina implica silenciamiento de genes.

• La Eucromatina es cromatina menos condensada y corresponde al

resto

Código de histonas

Enzimas modificadoras de histonas y su efecto

Histona H1 se ubica en el DNA linker

Watson, 2005

11 nm

30 nm

El arreglo de nucleosomas puede formar estructuras mas complejas: Fibra de 30 nm

Modelo de estabilización de la fibra de 30 nmpor los extremos

N-ter

La formación de Tetranucleosomas Contribuye al Empaquetamiento de La cromatina(fibras de 30nm)

Algunas regiones de la cromatina se descondensan para que los genes se expresen

La cromatina puede moverse a sitios específicos del núcleo para modificar la expresión génica

Cambios en la localización nuclear de la cromatina dependientes de la expresión génica

AnimalesAscaris megalocephala (nematodo): 1Lysandra atlantica (lepidóptero): 220

PlantasHaplopappus: 2Crepis capillaris: 2Ophioglossum: 600

extremos

cariotipo humano (metafase), teñido con Giemsa (bandas G oscuras son aprox 850)bandas G claras (genes mas activos) y G oscuras (DNA más densamente empaquetado)

microfibrillashélices de DNApolianioneshistonas unidasnucleosomasesteroides unidos

replicaciónsíntesis de RNAen la diferenciación

con la neoplasiaunión de oncovirusacción de mutágenos

extendidasabiertasmuchosdébilmentepocossi

tempranaactivadisminuye

aumentaelevadaelevada

condensadascerradaspocosfuertementemuchosno

tardíainactivaaumenta

disminuyebajabaja

EUCROMATINA HETEROCROMATINA

Presentación de la cromatina

• Heterocromatina.

• Eucromatina.

Forma inactiva, condensada, localizada en la periferia del núcleo. Existen de dos tipos:

– La constitutiva: representan el 10-20% de la heterocromatina. Siempre se replica tardíamente ya que necesita descondensarse.

– La facultativa: representa el 80-90% de toda la heterocromatina. Se transcriben facultativamente y se condensa cuando no se transcriben.

HETEROCROMATINA

Sin condensar, diseminada por el resto del núcleo. Representa la forma activa de la cromatina, en la que se esta transcribiendo el materia genético de las moléculas de ADN a moléculas de ARNm.

EUCROMATINA

Cromosomas• La molécula de ADN en el

cromosoma eucarionte es lineal y posee dos extremos v/s molécula de ADN en el cromosoma bacteriano que es circular.

• Un cromosoma tipo contiene:

– Conjunto lineal de genes que codifican para ADN y proteínas

– Secuencias de ADN no codificante.

• Cromátida: es una de las unidades longitudinales de un cromosoma duplicado.

• Telómeros: secuencias repetidas en los extremos del cromosoma (necesarios para la duplicación).

• Cinetocoro: estructura proteica donde se anclan los microtúbulos del huso mitótico.

• Centrómeros: constricción primaria localizada centralmente o hacia los extremos del cromosoma.

Estructuras de un cromosoma.

Estructura de un cromosoma

Cromosomas se diferencian según ubicación del centrómero:

Cariotipo

Etapas en el plegamiento de un cromosoma, según varios modelos.

Etapas en el plegamiento de un cromosoma, según varios modelos.