Download - B-celular y Molecular Ix 2015 Nucleo
BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR Blga. Olga Libia Cjuno Huanca
Universidad Andina del Cusco
Facultad de Ciencias de la Salud
CARRERA PROFESIONAL DE MEDICINA HUMANA
NUCLEO • Fue descubierto por Robert Brown en 1880, es
el centro vital de la célula, contiene el material genético en forma de una molécula ADN, en el se produce la replicación del ADN y su transcripción a ARN mensajero, ARN ribosómico y ARN transferente.
• Núcleo Interfásico. • Tamaño 5-15 μm aprox. • existe para c/tipo celular una
relación entre el volumen del núcleo y el del citoplasma = Indice nucleoplasmático (NP)
Vn Vn: volumen nuclear
NP = ------- Vc: volumen celular
Vc - Vn
• Número: varia (0-1-2-varios).
• Forma: variable
• Ubicación:
Periférica:
Central
Polar
FUNCIONES DEL NUCLEO:
Estructura al microscopio optico
Membrana nuclear
nucleolos
cromatina
Jugo nuclear
Carioteca
Carioplasma
Lamina nuclear
ESTRUCTURA
ESTRUCTURA MEMBRANA NUCLEAR O CARIOTECA (ENVOLTURA NUCLEAR):
15-75nm 7.5nm
10
5n
m
7.5nm
100nm diam.
3. Complejo de poro nuclear: • Discoidal compleja entre 3,000-4,000 poros/nucleo • X +100 proteínas diferentes. 3000-4000. • Diámetro de 100nm , • Orificio de 9nm de diámetro y 15nm de largo.
Octogonal Anillo Intermedio
8 rayos 9nm de diam.
Anillo interno
Anillo distal
ESTRUCTURA QUIMICA DEL COMPLEJO:
- Proteína radial - Proteínas de anclaje - Anillo externo e interno - Filamentos proteícos
citosol
nucleoplasma
FUNCION DEL COMPLEJO PORO
• El pasaje de iones y moléculas pequeñas (5000Da a -) difunden rápido. Una proteína globular mayor a 6000Da, parece que es completamente incapaz de entrar en el núcleo.
• Las macromoléculas para atravezar primero inducen su dilatación (ha. 22nm), requiere (ATP).
• Transporte x poros: requiere de proteínas y señal de localización nuclear (NSL = péptido)
MECANISMO DE LAS IMPORTINAS
• El ARNm es una molécula sinteizada en el nucleo y sale al citoplasma. Esto ocuree solo cuando culmina el proceso de maduración del ARNm (CAP-poliA). El extremo poli A es reconocido por ribonucleoproteínas. Estas se desplazan a traves de la canasta nuclear, transporta tanto la proteína hacia el citoplasma. Una vez en el citoplasma, las ribonucleoproteínas son reeemplazadas por proteínas CRBP (Proteínas de unión al ARN citoplasmáticas) que evitan que vuelva al núcleo.
Transporte por el poro nuclear Transporte por otras membranas
Por un poro acuoso regulado Por un transportador proteíco
Las proteínas mantienen su plegamiento durante el trasporte
Las proteínas deben desplegarse durante el transporte
NUCLEOPLASMA
O Carioplasma: Es el medio interno del núcleo donde se encuentran el resto de los componentes nucleares: • Nucleolo • Cromatina: ADN + Proteínas basicas + Proteínas acidas • Cariolinfa o matriz, semiliquida, incolora, viscosa con contenido de:
– Nucleotidos trifosfatoados ATP, GTP, CTP, TTP, UTP para la síntesis de ARN y ADN
– Proteínas: nucleoplasmina, proteína N1, enzimas, ácidos residuales.
NUCLEOLO
Son masas densas refringentes y esféricas descritas por Felice Fontana en 1871.
Estructura del Nucleolo: • Redondeadas, relativamente grandes
• El número varía/tipo celular 1-2-+
• Son basófilos o acidófilos.
• En células frescas son refringentes.
Origen:
El nucleolo se organiza de la región organizadora nucleolar (NOR) es el sitio cromosómico donde se localizan los genes ribosómicos que codifican ARNr (cromosomas acrocéntricos 13,14,15,21 y 22 en humanos).
Composición química: • ARN de 45s que generan ARNs 18s, 5.8s y 28s
y ADN
• Proteínas 80-90%
Zona granular
Ultraestructura del nucleolo • Formados por dos zonas: • Area de material claro o centros fibrilares claros
(ADN no trasncriptible) • Retículo fibrilar denso u oscuro = nucleolonema.
Presenta un componente granular (ARNr en formación).
Ciclo nucleolar durante el ciclo celular
:
Silencio genico
Metafase Anafase Telofase
Interfase Profase
• SESIONES DE CLASE NO PRESENCIALES
- Expliquese el mecanismos de importación y exportación a través de los poros nucleares.
- Explique el ciclo nucleolar, y el comportamiento del nucléolo durante su ciclo.
Funciones del nucléolo
Está relacionado con la síntesis de proteínas Biosíntesis de ARNr 45s que da origen a ARNr 18s, 28s y 5.8s Ensamblaje de las subunidades ribosómicas mayor y menor
mediante el ARNr más proteínas citoplasmáticas. Regulación de la citocinesis. Inactivación de KDC (kinasas dependientes de ciclinas) por
secuestro de Ciclinas. Ensamblaje de ribonucleoproteínas. Exportación nuclear. Interviene en el envejecimiento celular por la inestabilidad de l
ADN de los organizadores nucleolares. El nucléolo además, interviene en la maduración y el transporte
del ARN hasta su destino final en la célula.
CROMATINA
Término acuñado por Fleming, 1879. a material basófiol del núcleo. ESTRUCTURA: Al M.O.
COMPOSICION QUIMICA
Develada en 1949, por Feulgen x Reacción de Feulgen ADN. Cromatina: Complejo Molecular = desoxiribonucleoporteína, constituído por: ADN : 30% ARN : 5% Proteínas histónicas y no histónicas: 65%
ADN:HISTONA:NO HISTONA:ARN = 1:1:0.5-1.5:0.05 ADN, material genético fibrilar que tiene como unidad constituyente a los nucleosomas que le da el aspecto de las cuentas de un collar.
Proteínas básicas: ricas en lisina y arginina con afinidad al ADN. Ej.Histonas nucleosómicas (H1, H2A, H2B, H3, H4), proteínas desestabilizadoras de la hélice, etc. Proteínas no histónicas o ácidas: ricas en aminoácidos (-) que pueden ser Acidicas, residuales o cun función enzimática (para la duplicación y transcripción Ej. ADNpolimerasas, ADNligasas, ADN primasas, etc.)
HISTONAS PESO MOLECULAR
AMINOACIDOS
VARIAC EN LAS ESPECIES
N° DE MOLEC/200 PB DE ADN
H1 20.000 Ricas en
lisina Amplia 1
H2A 13.700 Relat. Ricas
en lisina Relativamente conservadas
2
H2B 13.700 2
H3 15.700 Ricas en arginina
Muy conservadas
2
H4 11.200 2
NIVEL DE ORGANIZACIÓN DE LA CROMATINA
Solenoide
Asas o bucles de 200nm
Cromosoma de 700nm
ULTRAESTRUCTURA DE LA CROMATINA
Nucleosoma: o cuerpos UN o médula y ligador. De 10-11nm de diámetro. Médula: octámero de proteínas: H2A, H2B, H3, H4 + 1 ¾ vuelta de ADN (147pb) Ligador: ADN(30-60pb) de 10-20nm + La H1 que forma el segmento espaciador.
1. Corresponde a la molécula de ADN (fibra de DNA) 2. ADN unido a proteínas globulares (histonas), formando una estructura denominada "collar de perlas", formado por la repetición de unas unidades que son los nucleosomas, que corresponderían a cada perla del collar. (fibra nucleosomica) 3. se pasa a una estructura de orden superior formando un "solenoide” (fibra de 30nm)
4. se consigue aumentar el empaquetamiento, formando la fibra de cromatina, nuevos "bucles".
5. llegamos al grado de mayor espiralización y compactación, formando un denso paquete de cromatina, que es en realidad, un cromosoma.
1
2
3
4
5
Compactación de la cromatina
• Estructuralmente, cada cromátida está constituida por un esqueleto proteico, situado en el interior, alrededor del cual se dispone enrollado el ADN y las proteínas que forman el cromosoma.
Microfotografía electrónica de armazón no histónico
Las PNH forman un grupo heterogéneo
que incluyen proteínas básicas que no
son histonas, proteínas ácidas y enzimas.
Estas últimas relacionadas con la
replicación y la transcripción del ADN
(ADN polimerasa ARN polimerasa, etc.).
Las PNH tienen una función enzimática,
reguladora y estructural
CROMATINA EN EL NUCLEO EUCARIOTE
TIPOS DE CROMATINA
En función del grado de condensación se distinguen:
Eucromatina, corresponde al conjunto de zonas donde la cromatina está poco condensada. Generalmente, estas zonas transcriben su información genética.
Heterocromatina, es una forma inactiva condensada localizada sobre todo en la periferia del núcleo, que se tiñe fuertemente con las coloraciones. La heterocromatina puede ser de dos tipos diferentes: la constitutiva, idéntica para todas las células del organismo y que carece de información genética DNA
altamente repetitivo en pares de bases AT, y la facultativa, diferente en los distintos
tipos celulares y que contiene información sobre todos aquellos genes que no se expresan Ejm. uno de los cromosomas X inactivados en las hembras de los
mamíferos.
FUNCIONES DE LA CROMATINA:
1. Empaqueta el ADN en un pequeño volumen dentro de la célula.
2. Fortalece al ADN en la mitosis y meiosis.
3. Sirve como mecanismo de control de la expresión génica.
CROMOSOMAS • Del griego ”cuerpo que se tiñe";
cromatina "sustancia que se tiñe". • En el momento de iniciarse la
división, el cromosoma está formado por dos cromátidas.
• Ambas unidas por la constricción primaria o centrómero, ->cuatro brazos.
• El centrómero por el cinetocoro(proteico) engarza las fibras (microtúbulos) del huso acromático (tanto en la mitosis como en la meiosis) y permite la separación de los cromosomas homólogos o las cromátidas en estos procesos de división.
• Las cromátidas:.
• El centrómero: divide a las cromátidas en dos BRAZOS. región que se fija al huso acromático en la mitosis y meiosis. compuesto de
proteínas de unión a los
microtúbulos y puede poseer
gran cantidad de ADN
repetitivo asociado a
cinetocoro.
• Brazos: cromátida comprendidas entre el centrómero y el extremo del cromosoma.
Cromosoma eucariótico
Brazos p
Brazos q
Constricción secundaria: ubicado en el brazo q. (no presente en todos los cromosomas) Telómero: región más extrema del cromosoma. dan estabilidad, el ordenamiento de los cromosomas y la relación con la membrana y arquitectura nuclear, en el apareamiento cromosómico y el envejecimiento celular. El organizador nucleolar: En algunos cromosomas se encuentra la región del organizador nucleolar (NOR). El satélite (SAT): Segmento entre el organizador nucleolar y el telómero
Cromosomas con satélite
CROMOSOMA
Procarionte
Eucariontes.
FUNCIONES DE LOS CROMOSOMAS
Almacena Replica Transmite
• Cromatina y cromosomas son un conjunto complejo de ADN, ARN y proteínas: Histónicas (PH)y no histónicas (PNH).
• El contenido de ARN y PNH varía en las diferentes células.
• ADN y PH se encuentran siempre en una relación 1:1 de peso con el ADN.
ADN:HISTONA:NO HISTONA:ARN= 1:1:0.5-1.5:0.05
COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS CROMOSOMAS:
Tamaño y forma • Inmersos en el nucleoplasma. Se forman por
condensación de las fibras de cromatina. • El tamaño: variable, su longitud oscila entre 0,2 – 30
u (humanos: 1,5-5u de longitud) y de ancho varía entre 0,2 - 2u.
1,5% de todo el genoma humano.
LA ORGANIZACIÓN DE LOS GENES EN UN CROMOSOMA HUMANO.
Numero - característica • En células somáticas de especies eucarióticas es variable.
• Aparecen por pares de homólogos (uno paterno y otro materno).
• Los homólogos tienen información para los mismos tipos de genes. (no poseen idéntica pbn) p.e. la información que determina el color azul de ojos mientras que en el homólogo puede existir información para el color marrón.
• Los dos cromatidos hermanos de un mismo cromosoma poseen exactamente la misma información genética (= secuencia pbn).
• En muchos organismos, un par homólogos es distinto al resto, definiendo el sexo del individuo. (cromosomas sexuales o heterocromosomas ó gonosomas)
• En el Sistema XY: para el ser humano y animales. • Hembras, XX, c/gametos = 2 cromosoma X, sexo
homogamético. • Machos, XY, 2 gametos desiguales, uno cromosoma X y otro
Y. En la fecundación, al unirse los gametos, una probabilidad de 50% en combinación XX (hembra) o XY (macho).
Especie Número Cromosómico
Especie Número Cromosómico
Hombre 46 (23 pares) Maíz 20 (10 pares)
Bovinos 60 (30 pares) Tabaco 48 (24 pares)
Oveja 54 (27 pares) Tomate 24 (12 pares)
El conjunto de cromosomas representados una sola vez en la célula se
denomina GENOMA O GENOMIO.
Una célula o individuo que posee dos genomas se denomina DIPLOIDE
Tres o más genomas: POLIPLOIDES
NUMEROS CROMOSOMICOS
Ejemplos
CLASIFICACION DE ACUERDO AL NUMERO DE CROMOSOMAS POR CÉLULA
• DIPLOIDES (2n) Dos juegos de cromosomas, con un juego de cromosomas materno y otro paterno
• HAPLOIDES (n) un solo juego de
cromosomas,
• El Número de cromosomas es constante en divisiones celulares sucesivas (mitosis).
• En meiosis, las divisiones dan la mitad de cromosomas (gametos)
• Si hay errores en estos procesos, se producen aberraciones.
• Las fallas constituyen causas importantes de pérdidas reproductivas y problemas que incluyen el cáncer
TIPOS DE CROMOSOMAS
meta y submetacéntricos submetacéntrico
submetacéntricos
Acrocéntricos (NOR) submetacéntricos
metacéntricos
Acrocéntricos (NOR)
acrocentrico submetacentrico
Bandeo cromosomico
CLASES NO PRESENCIALES
• En que consiste determinar el cariotipo.
• Describa el cariotipo humano
• En que consisten las técnicas de bandeo y su aplicación en la genética médica
CICLO CELULAR
Fases:
Interfase: • Fase G1 (6-12 horas, a veces días a años)
• Fase S (6-8 horas)
• Fase G2 (3-4 horas)
Mitosis / Citocinesis: • Profase
• Metafase
• Anafase
• Telofase
Elementos: • Ciclinas
• Kinasas dependientes de ciclinas (CDKs)
• Inhibidores de Kinasas dependientes de Ciclinas
Ciclinas: cofactores, vm corta, llaves de control del ciclo, universales en las celulas eucariotas
• Grupo G1: D1, D2, D3 y E (en G1 y paso G1-S)
• Grupo A: (en S y paso G2-M)
• Grupo B: B1 y B2 (entrar y salir de M)
• Grupos C, F, G, H (?)
Kinasas dependientes de las Ciclinas: Se han identificado 8: CDK1 a CDK8 • CDK1 (CDC2): se puede asociar a ciclina A o B • CDK2: se asocia a ciclina D y A • CDK4 y CDK6: se asocia a D1, D2 y D3 ( los complejos fosforilan Rb)
Inhibidores de Kinasas dependientes de ciclinas. • Poco selectivas: p21, p27, p57
• Especificas de ciclinas D-CDK4/6: p15, p16, p18, p19
CICLO CELULAR
Inicio: • Las células entran en ciclo celular en respuesta a
una cascada de señales que inducen proliferación y se frena en respuesta a una cascada de factores inhibidores.
• Las señales se reciben en receptores de Membrana y se trasmiten al núcleo.
• Mensajeros: Mensajeros paracrinos: FGF, PDGF, EGF Mensajeros endocrinos: Somatomedina, Eritropoyetina Anclaje a la matriz extracelular
GENES QUE REGULAN EL CICLO CELULAR:
• POSITIVAMENTE: Protooncogenes • Ciclinas
• Kinasas dependientes de ciclinas
• NEGATIVAMENTE: Genes supresores • Gen Rb (Retinoblastoma)
• Gen p53 p15, p16, p18, p19, p21, p27, p57
PROTOONCOGENES EN LA TRANSDUCCION DE LA SEÑAL MITOGENICA: PROTOONCOGENES: regulan positivamente el ciclo celular • Codifican Factores de crecimiento • Codifican receptores Tirosin-Kinasa • Codifican receptores sin actividad Tirosin-Kinasa (Serin/treonin Kinasas) • Codifican proteinas que transducen la señal mitogénica • Codifican proteinas implicadas en la transcripcion genica. Genes implicados en la adhesión celular: regulan positivamente el ciclo
– Uniones intercelulares • Uniones estrechas • Uniones adherentes • Desmosomas • Gap-juntions
– Uniones célula-matriz • Hemidesmosomas • Uniones focales
Genes supresores: • Son reguladores negativos del ciclo celular • Son responsables de los síndromes tumorales humanos. • Son recesivos (se necesita la mutación de los dos alelos) • Paran el ciclo en determinados puntos (puntos de control) • Algunos componentes ponen en marcha mecanismos de reparación:
P53 (Proteina inhibidora del ciclo): produce p21 y p16 que bloquean cdc2 (p53 integra señales que indican daño en G1 y G2)
Rb (retinoblastoma): tienen 400 veces mas riesgo de tumores mesenquimales NF1: Neurofibromatosis VHL: von Hippel-Lindau APC: poliposis adenomatosa familiar
Genes reparadores: • Sindromes con deficit de reparación:
– Sindrome de Bloom: Helicasa – Xeroderma pigmentosum: Factores de transcripción (varios) y Nucleasas (varias) Hipersensibilidad a
la luz UV. – Ataxia telangiectasia: Gen ATM (reconoce cromosomas rotos y detiene el ciclo para permitir la
reparación). Hipersensibilidad a la luz UV. – Sindrome HNPCC-Lynch: Gen altamente conservado en la evolución (desde E. Coli a humanos) – Sindrome Cockayne: hipersensibilidad a la luz y productos quimicos – Aplasia de Fanconi – BRCA1(17q21) – BRCA2 (cromosoma 13)
PUNTOS CRITICOS DE CONTROL: Gen Rb (retinoblastoma) y p53
• Paso de G0-G1
• Fase G1 (Punto R): • Gen Rb
• Paso G1-S (antes de duplicar el DNA): • Gen Rb
• Gen P53 p21, p27, p57, p15,
p16, p18, p19
• Paso G2-M (antes de empezar la mitosis)
• Paso de metafase a anafase
• Paso de anafase a telofase
Control del ciclo celular
Unos determinados genes activan el suicidio, entonces las células se encogen y se separan de sus vecinas y acaban rompiéndose en pequeños fragmentos que serán engullidos por células vecinas.
Reloj biológico
Apoptosis Apoptosis Apoptosis
DIVISION CELULAR CELULAR En organismos unicelulares supone un mecanismo de reproducción. En organismos pluricelulares es un mecanismo para: - Crecimiento del individuo - Reponer células envejecidas o deterioradas. - Reparar heridas - Forma de producción de células reproductoras, gametos y esporas.
Mitosis
División del núcleo y del citoplasma.
Se divide en:
Profase
Metafase
Anafase
Telofase
Citocinesis
MITOSIS
Función e importancia de la mitosis
• Desarrollo: mediante las sucesivas divisiones celulares se originan las millones de células que forman parte de un individuo.
• Crecimiento: permite un aumento en el numero de células
en los organismos. • Reparación y renovación de tejidos: permite reestablecer
las células perdidas por algunos daños.
• Asegura que las células hijas tengan igual información genética y el mismo número de cromosomas que la célula madre.
MEIOSIS • Dos divisiones sucesivas con una única
duplicación del material genético. – Primera división meiótica o división reduccional,
se separan los cromosomas homólogos. La células resultantes ya son haploides
– Segunda división meiótica. Se separan las cromátidas hermanas entre las células hijas.
– Se obtienen cuatro células hijas con la mitad de cromosomas que la célula madre.
Primera división meiótica
Profase I. Etapa muy larga en la que se produce el sobrecruzamiento o entrecruzamiento, intercambio de fragmentos entre las cromátidas no hermanas de los cromosomas homólogos.
Se divide en varias fases: Leptoteno, Zigoteno, Paquiteno, Diploteno, Diacinesis
Leptoteno
Los cromosomas se hacen visibles. Cada cromosoma posee ya las dos
cromátidas (aunque éstas no sean visibles, ya que permanecerán estrechamente unidas hasta el final de la profase I).
Zigoteno
Los cromosomas homólogos se aparean entre sí, fenómeno conocido
con el nombre de sinapsis. Cada pareja de cromosomas se llama bivalente (2 cromosomas) o tétrada (4 cromátidas).
Paquiteno
Sobrecruzamiento
Diploteno
Los cromosomas homólogos comienzan a separarse, aunque permanecen unidos por los puntos donde ha tenido lugar el sobrecruzamiento, denominados quiasmas.
Diacinesis Los cromosomas se condensan al máximo, se aprecian las cuatro cromátidas
(tétradas). Se aprecian los quiasmas existentes entre cromátidas no hermanas. Al final de la diacinesis comienzan a desaparecer la envoltura nuclear y el nucleólo, al mismo tiempo se forma el huso acromático y empiezan a formarse los microtúbulos cinetocóricos.
La meiosis
INTERFASE (duplicación del ADN)
1. PROFASE I (Condensación de los cromosomas)
2. METAFASE I (Los cromosomas se disponen en parejas)
3. ANAFASE I (Separación
de los cromosomas)
4. TELOFASE I y CITOCINESIS
5. PROFASE II (se
vuelve a formar el huso)
Células hijas
6. ANAFASE II (Separación de cromátidas)
7. TELOFASE y CITOCINESIS
MEIOSIS I (separación de cromosomas homólogos)
MEIOSIS II (separación de cromátidas hermanas)
MEIOSIS I (separación de cromosomas homólogos)
INTERCINESIS
Comparación entre mitosis y meiosis MITOSIS MEIOSIS
Nº de divisiones 1 2
Nº de Células 2 4
Dotación genética de las células resultantes
Diploide 2n Haploide n
Células en las que ocurre
Células somáticas Células germinales
Anafase En Anafase se
separan cromátidas En la Anafase I se
separan cromosomas
Recombinación No Si
Cromosomas Idénticos a los de las
célula madre
Mezcla de cromosomas
maternos y paternos
– La meiosis es de gran importancia para los organismos con reproducción sexual dado que
es fuente de variabilidad en las especies.
– La variabilidad genética ocurre por:
• Mutación (independiente de la Meiosis).
• Mezcla de cromosomas de individuos distintos.
• Reparto al azar de cromosomas maternos y paternos al formar los gametos.
• Mezcla al azar de información genética materna y paterna.
Importancia de la meiosis
GAMETOGENESIS
ESPERMATOGENESIS
OVOGENESIS
• Sesiones de clase no presenciales: 1. Determine las diferencias entre mitosis y
meiosis. 2. Indicar la importancia de cada una de estas
divisiones en los seres vivos. 3. Determinar las diferencias entre ovogénesis y
espermatogénesis. 4. Cuando se restablece el número diploide en
humanos?