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Para que la cromatina sea funcional debe estar EXTENDIDA, ya que condensada no es activa. Durante la división celular, la cromatina se condensa, espiralizándose para formar cromosomas. Al terminar la división celular, la cromatina se desespiraliza en mayor o menor medida, resultando:
La envoltura nuclear
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Esquema del núcleo, nucléolo y ampliación mostrando los poros nucleares, modificado de: http://whfreeman.com/life/update/chap04.html |
La envoltura nuclear crea y mantiene una estructura tridimensional que conforma el entorno donde el ADN se organiza en los cromosomas, se expresa y replica. La envoltura nuclear consiste en dos membranas (interna y externa) que periódicamente se unen definiendo poros, los cuales se rodean de las proteínas que conforman el complejo de poro nuclear (NPCs del ingles nuclear pore complexes) y regulan selectivamente la entrada y salida del núcleo.
El espacio entre la membrana interna y externa es de 200 a 300 amgtroms. Este espacio se llena con proteínas recién sintetizadas, en la misma forma en que sucede con el espacio del RER (Retículo Endoplásmico Rugoso). La membrana exterior se continua con el retículo endoplásmico rugoso, y tiene ribosomas pegados a ella. (Ver esquema ).
Una ventaja de la doble capa de membrana es que la externa está en contacto con el citoplasma mientras que la interna está en contacto con el nucleoplasma
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Lamina nuclear |
Por debajo de la membrana interna de la envoltura nuclear (que mira hacia el nucleoplasma) se encuentra la lamina, un red de filamentos intermedios (lamin protein) que conforman una capa delgada que rodea al núcleo excepto en los poros nucleares. Estos filamentos pueden servir como estabilizadores y se encuentran también en el interior del núcleo (Ver esquema donde, solo para mayor visualización, se la destaca en colores. en realidad resulta bastante difícil de distinguir, en una microfotografía electrónica, de la densa heterocromatina vecina ).
La lamina tiene las siguientes características estructurales y funcionales:
Tiene de 30 a100 nm de espesor y está hecha de “filamentos intermedios”
que se
conocen con el nombre de laminares (lamins) y que poseen una secuencia
que sirve de señal "nuclear", en manera tal que que pasen a
formar parte del soporte filamentoso que se encuentra por debajo de la membrana
interna. Los de tipo A se encuentran en el interior del nucleoplasma. El tipo B encuentra cerca de la membrana nuclear interna
pudiendo unirse a proteínas integrales de la misma.
| Los filamentos laminares (lamins) pueden están involucradas en la organización funcional del núcleo.
| Juegan un papel en el ensamble y desensamble del núcleo antes y después de la mitosis. Son fosforilados al final de la profase lo cual produce su desagregado y la ruptura de la envoltura nuclear. Cuando se remueve el fosfato (justo antes de la formación del núcleo de las células hijas durante la mitosis) se revierte el proceso y los filamentos se reagregan alrededor de cada grupo de cromosomas debajo de la membrana nuclear interna de cada célula hija. |
Si se inyecta a la célula anticuerpos contra los filamentos nucleares (lamins), el núcleo no puede rehacerse luego de la división celular.
El transporte de proteínas y ARN entre el núcleo
y el citoplasma acontece por medio de una estructura proteica que se encuentra
embebida en la envoltura nuclear denominada complejo de poro nuclear. Este
complejo es enorme con respecto a lo que es corriente en estructuras proteicas,
alcanza unos 120 MD (Mega Dalton), es decir 30 veces mas que un ribosoma. Este complejo
restringe la libre difusión de partículas y proteínas de diámetro superior a
9 nm (tamaño correspondiente a proteínas de 40-60 KD). Sin embargo complejos
de hasta 25 nm son transportados eficientemente, siempre que lleven adicionados
una señal de exportación o importación nuclear.
Los poros nucleares están en sitios en donde las membranas interna
y externa (que forman la envoltura
nuclear) se unen (Ver esquema), dejando un espacio lleno de material filamentoso
(ver microfotografía
electrónica). Algunas veces es posible
observar un delgado diafragma tendido horizontalmente entre los extremos del
poro. También, la cromatina se organiza dejando
una “vía”hacia el poro nuclear.
Modificada de Bloom and Fawcett, A Textbook of Histology, Capítulo 1, Figure 1-11, Chapman and Hall Publishers, 1994 |
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La ilustra un esquema del poro nuclear vista desde arriba (y la imagen en tinción negativa en ME). El poro contiene 8 subunidades que se pegan como una grampa sobre una región de unión de las membranas internas y externa y forman un anillo de subunidades de 15-20 nm de diámetro. Cada subunidad proyecta un saliente o pico hacia el centro de tal manera que el poro luce como una rueda con ocho radios. En el centro existe un tapón central. En el estudio del poro nuclear resultaron de gran utilidad los grandes núcleos del oocito de la rana africana Xenopus laevis. Abajo puede verse un esquema tridimensional del NPC.
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Modificado de http://www.nki.nl/nkidep/h4/maarten/Fornerod.htm |
El poro tiene un diámetro efectivo de 10 nm. El transporte hacia y desde el núcleo ocurre de varias maneras:
Difusión: Esto puede ser evaluado añadiendo moléculas de tamaños diferentes al citosol y observando la tasa de transporte de cada grupo. Por ejemplo moléculas con:
Peso molecular de 5000 - difunden libremente
| Peso molecular de 17000 - toma 2 minutos para equilibrarse
| Peso molecular de 44000 - toma 30 minutos para establecer equilibrio
| Peso molecular de 60000 - no se pueden mover por difusión |
Este concepto es importante porque significa que los ribosomas maduros (con ambas subunidades unidas) no pueden reentrar al núcleo. Por consiguiente la síntesis de proteínas (traducción del mRNA) debe llevarse a cabo fuera del núcleo.
Muchos procesos celulares, tales como transducción de señales, progresión del ciclo celular y apoptósis son regulados a nivel del transporte nuclear. El progreso en este campo se debe a la identificación de señales de transporte, receptores de transporte y al conocimiento de los mecanismos de direccionalidad del transporte.
El transporte núcleo / citoplasmático es realizado mediante una familia de transportadores-receptores que interaccionan tanto con la carga a transportar como con el complejo nuclear de poro. Una clase esta constituida por las importinas y exportinas. Se conocen (por el momento) unas nueve importinas y cinco exportinas, cada una de las cuales reconoce una señal de transporte diferente.
El transporte mediado por importinas y exportinas depende de una señal en la molécula a ser transportada. Ejemplos de esta son la
señal de localización nuclear o NLS (del inglés: nuclear localization signal) que es encontrada en numerosas proteínas dentro del núcleo | |
señal de exportación nuclear o NES (del inglés: nuclear export signal ), mediadoras de la salida del núcleo |
Esta forma de transporte se lleva a cabo cuando moléculas mas grandes que el poro deben entrar al núcleo. El poro se puede dilatar ( hasta 26 nm) cuando recibe la señal apropiada. ( la señal está en una secuencia de los péptidos y estas son secuencias ricas en lisina, arginina y prolina).
La pequeña molécula Ran-GTP es la que 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 (ver la fig. Ciclo de importación hacia el núcleo) y estabiliza en complejo de exportación (ver la fig. Ciclo de exportación desde el núcleo).
La transformación cíclica de la Ran es regulada por dos pequeñas 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 (ver la fig. Ciclo de exportación desde el núcleo). | |
la Ran-Gap ( GTPasa) de localización citoplasmática, que convierte el Ran-GTP en Ran- GDP (ver la fig. Ciclo de exportación desde el núcleo). |
Se considera que este gradiente motoriza el movimiento de moléculas de transporte de carga a través del del complejo nuclear de poro . La Ran regula el transporte en razón de que se puede unir selectivamente a diferentes factores de transporte ("shuttle") los cuales a su vez vehiculizan las macromoléculas.
Es una gran estructura del núcleo eucariota donde tiene lugar la síntesis y
procesamiento del ARNr. El nucléolo se organiza a partir de los
“organizadores
nucleolares", regiones que existen en los diferentes cromosomas. Un número de cromosomas se junta y
transcriben al ARN ribosómico en este sitio. Las regiones son vistas como
áreas circulares pálidas, rodeadas de un anillo de filamentos electródensos.
Estos filamentos son llamados colectivamente la pars fibrosa (PF). Esta es
formada por ARN ribosómico recién trascripto. En el esquema
se muestran las partes del nucléolo.
Luego que el ARN ribosómico es
transcripto, se une a proteínas y puede verse la acumulación de partículas
de ribonucleoproteína en la pars granulosa (PG). Estas partículas forman los
dos tipos de unidades ribosomales (la grande y la pequeña), las cuales serán
transportadas hacia fuera por los poros nucleares, en forma separada. Los poros no
permiten el pasaje de ribosomas ensamblados, entonces ellos no pueden reentrar. Esto
significa que la traducción del ARN y la síntesis de proteínas debe ocurrir
fuera del núcleo.
Luego de que la subunidades están en el citoplasma, se conectan y pueden
unirse al retículo endoplásmico. Las subunidades proveen una unión y un sitio
“lector de código” para el ARN mensajero (RNAm). Si ellas (las
subunidades)
se unen al retículo endoplásmico rugoso las subunidades forman un poro que
mueve las proteínas recién sintetizadas hacia la cisterna del
retículo endoplásmico
rugoso.
Los nucléolos aumentan en número y se agrandan cuando la célula es
estimulada o está activamente involucrada en la síntesis de proteínas.
Los nucléolos desaparecen durante la división celular y luego se reforman
en los centros organizadores nucleolares del cromosoma.
ADN (ácido desoxirribonucleico)
Un ácido nucleico compuesto de dos cadenas
polinucleotídicas que se disponen alrededor de un eje
central formando una doble hélice, capaz de
autorreplicarse y codificar la síntesis de ARN. | |||||||||||||
Anticuerpos (del griego anti = contra) Proteínas producidas por las células del sistema inmune (linfocitos B) que se combinan específicamente con moléculas extrañas al organismo (antígenos) con la finalidad de inactivarlas. | |||||||||||||
Antígenos (del griego anti = contra; genos = origen): Moléculas, generalmente extrañas al organismo receptor, que inician la producción de anticuerpos, generalmente son proteínas o combinaciones de proteínas con polisacáridos | |||||||||||||
Apoptósis: muerte celular programada, suicidio celular. Cuando ello ocurre la célula se encoge y desprende de sus vecinas. En su superficie aparecen burbujas (la célula parece hervir) y la cromatina se condensa formando una o varias manchas cerca de la membrana nuclear. Poco después se fragmenta en numerosos cuerpos apoptosicos que engloban fracciones de las células siendo finalmente fagocitados | |||||||||||||
ARN (ácido ribonucleico): Ácido nucleico formado por una cadena polinucleotídica. Su nucleótido, consiste en una molécula del azúcar ribosa, un grupo fosfato, y una de estas cuatro bases nitrogenadas: adenina, uracilo, citosina y guanina. | |||||||||||||
ARN mensajero: "Molde" para la síntesis proteica que es copiado de una de las hebras de ADN y que se traduce en los ribosomas en una secuencia proteica. Se abrevia ARNm | |||||||||||||
ARN ribosómico : Uno de los tres tipos de ARN, el ARNr es un componente estructural de los ribosomas. Son el "core" (parte principal) de los ribosomas y posiblemente la clave del mecanismo de traducción de las proteínas. Su estudio comparativo llevó a postulación de un Árbol Filogenético Universal. | |||||||||||||
Cisterna: Compartimiento plano, limitado por membranas. | |||||||||||||
Código genético: Las secuencias de nucleótidos (tripletes) que representan a los aminoácidos a introducir en una molécula durante la síntesis proteica. La secuencia de nucleótidos del ADN puede utilizarse para predecir la secuencia del ARNm y por ende la secuencia de aminoácidos. Tema ampliado | |||||||||||||
Cromosomas (del griego khroma = color; soma = cuerpo): Estructuras del núcleo de la célula eucariota que consiste en moléculas de ADN (que contienen los genes) y proteínas (principalmente histonas). | |||||||||||||
Dalton: unidad de masa molecular equivalente al átomo de Hidrógeno (1,66 x 10 -24 g) establecida en honor de John Dalton. | |||||||||||||
Distrofia muscular de Emery-Dreifuss:
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Eucariotas (del griego eu = bueno, verdadero; karyon = núcleo, nuez): organismos caracterizados por poseer células con un núcleo verdadero rodeado por membrana. El registro arqueológico muestra su presencia en rocas de aproximadamente 1.200 a 1500 millones de años de antigüedad. | |||||||||||||
Expresión génica: El proceso por el cual la información codificada en los genes se convierte en las estructuras operacionales presentes en las células. Los genes expresados incluyen a aquellos que han sido transcriptos a ARNm y luego traducidos a proteínas y aquellos que han sido transcriptos a ARN pero no traducidos a proteínas (p.ej. ARNt y ARNr). | |||||||||||||
Filamentos intermedios: Fibras del citoesqueleto (10 nm de diámetro) formada por polimerización de subunidades protéicas, entre ellas las queratinas y lamins (filamentos laminares). | |||||||||||||
Gap: del inglés GTPase activating protein, proteína activadora de la GTPasa. | |||||||||||||
Genes (del griego genos = nacimiento, raza; del latín genus = raza, origen): segmentos específicos de ADN que controlan las estructuras y funciones celulares; la unidad funcional de la herencia. Secuencia de bases de ADN que usualmente codifican para una secuencia polipeptídica de aminoácidos. | |||||||||||||
GTP/GDP: guanosín-tri-fosfato y guanosín-di-fosfato | |||||||||||||
Nucléolo (del latín nucleolus = pepita pequeña) Cuerpo redondeado u oval que se observa en el núcleo de las células eucariotas; consiste en bucles de cromatina que sirven de molde para la producción de rARN (ácido ribonucleico ribosomal). | |||||||||||||
NPCs: del ingles nuclear pore complexes, complejos de poro nuclear | |||||||||||||
Mitosis (del griego mitos = hebra): La división del núcleo y del material nuclear de una célula; se la divide usualmente en cuatro etapas: profase, metafase, anafase, y telofase. La copia de una célula. La mitosis ocurre únicamente en eucariotas. El ADN de la célula se duplica en la interfase y se distribuye durante las fases de la mitosis en las dos células resultantes de la división. | |||||||||||||
Polímero(del griego polys = muchos, meros = parte): Molécula compuesta por muchas subunidades idénticas o similares. | |||||||||||||
Plástido ( del griego plastos = formado, modelado) En plantas, organelas celulares rodeadas por membranas que tienen funciones de producción o almacenamiento de alimentos. Término aplicado a cualquier organela rodeada por doble membrana. Los cloroplastos contienen la maquinaria para la fotosíntesis, los amiloplastos almacenan almidón y los cromoplastos contienen pigmentos fuertemente coloreados tales como los encontrados en los pétalos de las flores, y la epidermis de los frutos. | |||||||||||||
Procariota (del latín pro = antes, del griego karyon = núcleo, nuez): Tipo de célula que carece de núcleo rodeado por membrana, posee un solo cromosoma circular y ribosomas que sedimentan a 70 S (los de los eucariotas lo hacen a 80S). Carecen de organelas rodeadas por membranas. Se consideran las primeras formas de vida sobre la Tierra, existen evidencias que indican que ya existían hace unos 3.500.000.000 años. | |||||||||||||
Proteínas: (del griego proteios = primario, del griego Proteo, dios mitológico que adoptaba numerosas formas). Polímeros constituidos por aminoácidos que intervienen en numerosas funciones celulares. Una de las clases de macromoléculas orgánicas que tienen funciones estructurales y de control en los sistemas vivientes. Las proteínas son polímeros de aminoácidos unidos por uniones peptídicas. | |||||||||||||
Ran: Al
igual que otros nombres de esta serie el mismo esta relacionado a otros
por una "lógica" bastante enrevesada, surge de: Ras-related
protein in the nucleus. Es
miembro de una gran familia que "pegan" GTP
y se
comportan como llaves de encendido-apagado (switches) moleculares. El paso
de la forma encendido (activa) a apagado ( inactiva) esta determinada por
el hecho de tener GTP o GDP ligada a ellas. | |||||||||||||
Ras: llamado así originalmente en razón de haberse aislado de ratas con sarcoma. | |||||||||||||
Replicación del ADN ( del latín replere = rellenar): El uso de un ADN existente como molde para la síntesis de nuevas hebras de ADN. Proceso que en eucariotas ocurre en el núcleo. | |||||||||||||
Retículo endoplásmico (abreviado ER de la siglas en inglés, del latín reticulum = red; del griego endon = dentro; plasma "del citoplasma") Compleja red tridimensional de membranas que divide el citoplasma de las células eucariotas en compartimentos y canales. Cuando esta recubierto de ribosomas se denomina rugoso, caso contrario liso | |||||||||||||
Ribosomas: Pequeñas organelas, compuestas de diferentes ARNr (r por ribosómico) y proteínas. Están presentes en el citoplasma de procariotas (70s) y eucariotas (80s). Son el sitio de la síntesis proteica. Esta compuesto de dos subunidades. Los ribosomas de las organelas eucariotas (mitocondrias y cloroplastos) tienen 70 S, es decir son similares a los de los procariotas. | |||||||||||||
Técnica de la coloración negativa: Una de las técnicas utilizadas para el estudio del Complejo poro nuclear es la llamada “coloración negativa” (negativo como de fotografía). En este protocolo se deposita colorantes de metales pesados alrededor de las estructuras para delinear la estructura. Cuando se "visualizan" al microscopio electrónico el metal pesado, que se encuentra alrededor de la estructura, bloquea el haz de electrones. La estructura, en si misma, deja pasar el haz de electrones y esto activa la emulsión fotográfica. Así se crea en la fotografía un “negativo de la imagen". | |||||||||||||
Traducción: 1) La síntesis de una proteína sobre un "molde" de ARNm, consiste en tres etapas: iniciación, elongación y terminación. | |||||||||||||
Transcripción: Proceso por el cual una de las hebras del ADN se utiliza como molde para la síntesis de ARN por acción de la ARN polimerasa. | |||||||||||||
Transducción (del latín trans = a través; ducere = conducir): 1) la conversión de una señal en otra. En Biología suele referirse a la secuencia que se inicia con la fijación de una señal a un receptor extracelular y que finaliza con respuesta/s celular/es específica/s 2) Transferencia de material genético de una célula a otra por un virus |
Actualizado: miércoles, 20 de febrero de 2008
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