EL NÚCLEO CELULAR

Mg. Vania Mallqui Brito

GENERALIDADES

La estructura del núcleo varía según el estado de la célula.

A lo largo del ciclo celular se distinguen dos formas denominadas núcleo en interfase y núcleo en división.

Centro control actividad celular: autoduplicación

DNA o replicación (antes inicio división celular)

Transcripción o producción diferentes RNAs

El contenido del núcleo se presenta como masa amorfa y viscosa de material encerrado por una envoltura nuclear compleja, que forma una transición entre el núcleo y el citoplasma.

FORMA -Variada esféricos u ovalados (5 µ)-Identaciones (algunas muy profundas)

Las células eucariotas poseen información genética disponiendo de mecanismos que le

permiten expresar de manera selectiva, siguiendo instrucciones necesarias para cada

célula en determinado momento, es decir controlan la expresión génica, asegurándose que ciertas proteínas se sinteticen y otras no.

El mecanismo regulador se localiza en el núcleo.

NÚCLEO Interfase típica:

1. Cromatina: fibras de ADN extendidas llamada más proteínas

2. Nucleolos, uno o más estructuras densas, forma irregular que funcionan en la síntesis del RNAr y el ensamble de ribosomas.

3. Nucleoplasma, sustancia líquida en la cual los solutos del núcleo se disuelven. Jugo nuclear o carioplasma, medio interno del núcleo donde se encuentran suspendidos el resto de los componentes como la cromatina o nucleolos.4. Matriz nuclear, red fibrilar que contiene proteínas. Esqueleto o andamio forma núcleo, las asas de cromatina se organizan.

EL NÚCLEO

Envoltura nuclear La separación del material genético de una célula y el citoplasma

2 M organizadas en paralelo una con la otra, separados por un espacio “espacio perinuclear” 10 – 50 nm.

Función barrera protectora e intercambio (iones, solutos y macromoléculas) entre núcleo y citoplasma.

Las membranas se fusionan en lugares formando “poros” circulares que contienen proteínas organizadas en complejos.

ME revestida por ribosomas y se continua con la M. RER, el espacio entre las membranas se continúa con la luz del RE.

Lamina nuclear

Debajo MI envoltura nuclear (mira hacia el nucleoplasma) se encuentra la lamina, red de filamentos intermedios, rodea al núcleo excepto en los poros nucleares. Estabilizadores se encuentran interior del núcleo, apoyo mecánico a la envoltura nuclear y sitio de unión para las fibras de cromatina.Involucradas en la organización funcional del núcleo.

Las MN tienen fosfolípidos. La MI está compuesta por proteínas lamininas, la mayoría de células eucariotas poseen laminina A, B1, B2. Proteínas que pesan alrededor de 60-80 kD, las cuales tienen un grosor de 30-100 nm, rol en el ensamble y desemsamblaje del núcleo después de la mitosis.

La asociación de 2 lamininas forma un dímero se unen para formar polipéptidos al unirse crean una estructura de superenrollamiento y al asociarse con otros dímeros se forman la estructura conocida como lamina nuclear.

Mutaciones en genes codifican filamentos causan enfermedades humanas (distrofia muscular); envejecimiento prematuro “Hutchinson-Gilford.

Complejo de poro Envoltura nuclear barrera entre el núcleo y el citoplasma y los poros son las compuertas para cruzar esta barrera.

Punto actividad para el movimiento RNA y proteínas en ambas direcciones.

Replicación y transcripción del material genético requieren gran numero de proteínas que se sintetizan en el citoplasma.

Poros nucleares contienen en forma canastilla “complejo de poro nuclear” (CPN), aparentemente sella el poro a manera de tapón

Contienen 30 proteínas diferentes “nucleoporinas” (conservadas en levaduras y vertebrados)

Estructuras complejas diámetro de 120 nm y masa molecular aprox de 125 millones de Daltons, (30 veces del tamaño de un ribosoma).

Poro nuclear Estructura conformada por 8 gránulos organizados alrededor de un granulo central y conectadas a unos anillos en la superficie del núcleo y en el citoplasma, este complejo esta ensamblado entre la membrana externa e interna del núcleo.

Filamentos de proteína son extendidos desde los anillos nucleares formando una estructura en forma de canasta.

El granulo central regula el transporte de moléculas a través del canal.

Para visualizar los poros se puede utilizar la microscopia electrónica de transmisión (MET)

Otra manera para visualizar es por criofractura, técnica que se basa en un congelamiento rápido de las estructuras seguido por una fractura de las mismas.

Los mRNAs son sintetizados en el núcleo son transportados al citoplasma donde permiten la síntesis de proteínas.

Proteínas requeridas para funciones nucleares (factores de transcripción) deben ser transportadas desde el citoplasma al núcleo.

Para el transporte de moléculas se necesitan dos diferentes mecanismos:

* Difusión pasiva donde pequeñas partículas de 20 kD pasan rápidamente a través de la membrana nuclear y el diámetro del canal en ese momento permanece en 10 nm

* Transporte activo. la mayoría de proteínas y mRNAs son muy grandes, son transportadas en una sola dirección:

de núcleo - citoplasma o citoplasma - núcleo, en ese momento el poro se abre hasta diámetro de 25 nm en respuesta a señales especificas.

Solo dejan pasar al interior del núcleo a moléculas largas que están adheridas a una corta secuencia proteica “señal de localización nuclear” (SLN), se une a un receptor especifico , si lo reconoce SLN, la sustancia puede pasar.

Muchos virus usan SLN en su envoltura proteica e ingresan nucleo.

“Señal de exportacion nuclear” (SEN), salen moléculas del interior del núcleo, ej subunidades de ribosomas, RNAm

Nucleolo-Masas densas y esféricas en las cuales se sintetiza el rRNA y donde se produce las primeras fases de ensamblaje de los ribosomas.-Las regiones DNA que codifican al rRNA constituyen en conjunto la región organizadora nucleolar (NOR).

-2 zonas: - Fibrilar: interna (DNA)- Granular: rodea a la anterior y contiene RNA y

proteínas.

-Aumenta en numero y tamaño cuando las células están estimuladas a producir proteínas y desaparece durante la división celular.

EL NÚCLEO

Cromosomas y cromatinaAparecen al principio de mitosis y desaparece cuando la división celular termina

Célula humana promedio 6,4 mil millones de pares bases DNA divididos en 46 cromosomas.

Cada cromosoma no replicado contiene una molécula única y continua DNA

Cada par base mide aprox 0,34 nm longitud (aprox. 2m)

La molécula DNA SE EMPAQUETA

Nucleosomas; nivel mínimo de organización cromosómicaCromatina; DNA y proteínas relacionadas (interfase), estructura altamente condensada durante la mitosis.

El empaquetamiento ordenado depende principalmente HISTONAS (alto contenido de aminoácidos arginina y lisina)

Histonas se dividen en 5 clases se diferencia por su relación arginina/lisina y han experimentado pocos cambios durante evolución.

Cada nucleosoma contiene una “particula nuclear de nucleosoma”, consiste en 146 pares bases DNA superenrollado formando un disco de 8 moléculas histona, se organiza en 4 heterodimeros:2 dimeros H2A-H2B y 2 dímeros H3-H4.

DNA e histonas unidos por enlaces no covalentes, permite que los genes permanezcan accesibles a muchas enzimas que reparan, replican y copian DNA.

HISTONAS DEL TIMO DEL GANADO BOVINO

Heterocromatina y eucromatinaHeterocromatina forma condensada cromatina, no activa compactada durante la interfase, más corta y mas gruesa (heterocromatina). Algunas veces delinea la MN y se rompe por las áreas claras de los poros para permitir que se lleve a cabo el transporte.

Se observa abundante heterocromatina en células en reposo o de reserva como linfocitos (células de memoria), esperando la exposición a antígenos.

La heterocromatina se considera transcripcionalmente inactiva.

Eucromatina se presenta como una trama delicada por que las regiones de ADN que deben ser transcriptas o duplicadas deben primero desenrollarse antes de que el código genético pueda ser leído.

Mas abundante en células activas, células que están transcribiendo.

Transporte de moléculas

Transporte de proteÍnas hacia el núcleo- Proteínas son responsables la estructura y función genoma; son histonas, DNA polimerasa, factores de transcripcion, etc.

-Para ser transportadas necesitan señales especificas “señales de localizacion nuclear” secuencias especificas de aa, regiones ricas en aa básicoS.

En ausencia ATP, las proteínas que contienen una señal de localización nuclear se unen al núcleo por medio poro pero no pasan y son reconocidas por receptor citosólico (importina) se unen formando un complejo.

Dependiente ATP la importina es transportada con la proteína sustrato.

Transporte RNA-Son exportadas del núcleo al citoplasma

-El transporte del rRNA, tRNA, mRNA es un paso critico en la expresión genes.

-Dependiente energía

-Transporte complejo RNA- proteina. Los pre mRNA y mRNA son asociados proteínas formando grupos proteínas conocidas proteínas ribonucleares heterogeneas (hmRNPs).

-rRNA son ensamblados con proteínas ribosomales en el nucleolo y son transportados como unidades ribosomales al citoplasma.

Transporte mediado por importinas y exportinas

El poro se puede dilatar ( hasta 26 nm) cuando recibe la señal apropiada, señal secuencias ricas en lisina, arginina y prolina.La pequeña molécula Ran-GTP impone la direccionalidad al transporte. Se encuentra presente en grandes concentraciones solo en el núcleo donde disocia el complejo de importación constituido por la carga + importina y estabiliza en complejo de exportación.La transformación cíclica de la Ran es regulada por dos proteínas, y genera un gradiente Ran-GTP/ Ran GDP a ambos lados de la envoltura nuclear que es mantenido por el factor de intercambio de guanina (RCC1), localizado en el núcleo, que convierte el Ran-GDP en Ran-GTP, la Ran-Gap (GTPasa) de localización citoplasmática, que convierte el Ran-GTP en Ran- GDP

fuera del núcleo.