¡Descarga El Nucli: Función, Estructura y Transporte de Moléculas - Prof. Barrios y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity!
14- El nucli
La presència de nucli és la principal diferència entre les cèl·lules eucariotes i procariotes. El nucli serveix com a centre d’emmagatzematge de la informació genètica i com a centre de control cel·lular. La replicació del DNA, la transcripció i la maduració de l’RNA tenen lloc al nucli. Només la traducció es duu a terme a fora d’aquest. L’expressió gènica està regulada per mecanismes exclusius dels organismes eucariotes. La presència del nucli permet que l’expressió gènica sigui regulada per mecanismes postranscripcionals com l’ splicing alternatiu. L’embolcall nuclear també limita l’accés de proteïnes al material genètic, permetent un major control de l’expressió gènica. Per tant, és molt important el fet de separar el material genètic del lloc de traducció del mRNAs. Embolcall nuclear: Separa el contingut del nucli del citoplasma i proporciona un suport estructural al nucli. Posseeix una estructura complexa constituïda per dues membranes nuclears, la làmina nuclear a la cara interna i els porus nuclears. El nucli està delimitat pet les membranes nuclears interna i externa. La membrana nuclear externa es continua amb la membrana del reticle endoplasmàtic, per tant, hi ha una comunicació directe entre el nucli i el lumen d’aquest. La membrana nuclear externa té ribosomes units a ella, mentre que la interna té proteïnes específiques pel nucli. La funció principal de les membranes nuclears és separar el contingut de l’interior nuclear del citoplasma. També és una bicapa fosfolipídica, permeable només a petites molècules apolars. La resta de molècules han de passar a través dels porus, com s’explicarà més endavant. Subjacent a la membrana nuclear interna trobem la làmina nuclear. La làmina nuclear és una xarxa fibrosa que proporciona suport estructural al nucli. Està formada per lamines. Les lamines són cadenes polipeptídiques, que enrotllant les seves porcions α- hèlix, l’una sobre l’altra, formen dímers (d’aquesta estructura se’n diu espiral
enrotllada o coiled coil ). Els dímers, associant-se pels caps formen polímers de lamina. Aquests polímers s’associen paral·lelament i forment filaments, que agrupats entre si formen làmines. Finalment la làmina nuclear s’associa amb la membrana interna gràcies a l’addició postraduccional de lípids. A més a més, la làmina nuclear interacciona amb les proteïnes de la membrana nuclear interna organitzant-les a l’interior nuclear i mediant-ne la unió a l’embolcall. A l’interior del nucli es poden trobar matrius de làmines nuclears molt laxes que serveixen com a llocs d’unió per la cromatina. Complex del porus nuclear: Són els únics canals a través dels quals es poden transportar molècules polars, ions i macromolècules entre el nucli i el citoplasma. El complex del porus nuclear és una estructura molt gran, amb un diàmetre d’uns 120nm. El porus nuclear doncs, és molt important a l’hora de transportar els RNA sintetitzats, i alhora és molt important per fer entrar les proteïnes necessàries al nucli des del citoplasma. Depenent de la seva mida, les molècules poden passar a través del complex del porus nuclear de dues maneres diferents. Les molècules petites i algunes proteïnes amb un pes molecular inferior a 50kDa passen lliurement a través de l’embolcall nuclear en ambdues direccions, és a dir, del nucli al citoplasma i a l’inversa. Aquestes molècules difonen de manera passiva a través dels canals oberts a l’interior del complex, els quals tenen un diàmetre de 9nm. La majoria de proteïnes i RNAs, no obstant, no són capaços de passar per aquests canals oberts, i ho han de fer utilitzant un procés actiu en el que són reconeguts i transportats específicament i en una direcció determinada. Els complexos del porus s’organitzen en 8 radis units als seus anells corresponents a la cara citoplasmàtica i a la cara nuclear de l’embolcall nuclear. Tota
Ran/GTP a través del porus nuclear, amb una elevada concentració de Ran/GTP al nucli i una elevada concentració de Ran/GDP al citoplasma. Així doncs, les proteïnes s’importen a través del complex del porus seguint un cicle de 5 passos:
- La proteïna amb la senyal de localització nuclear és reconeguda per una importina que forma un complex amb la proteïna Ran i el GDP.
- El complex format per la proteïna, la importina i el Ran/GDP, s’uneix a una proteïna específica del porus nuclear present als filaments citoplasmàtics de l’anell.
- El complex es transloca a través del porus nuclear mitjançant l’adhesió seqüencial a proteïnes del porus.
- L’activitat del factor d’intercanvi de nucleòtids de guanina nuclear, anomenat Ran GEF, intercanvia el GDP per GTP, alterant la configuració del complex de manera que s’allibera la proteïna transportada.
- El complex format per la importina i el Ran/GTP és exportat a través del porus cap al citoplasma, on la proteïna activadora de GTPasa citoplasmàtica, anomenada Ran GAP, hidrolitza el GTP obtenint-se altre cop Ran/GDP. Algunes proteïnes, es mantenen a l’interior del nucli, però moltes altres viatgen contínuament del nucli al citoplasma. Algunes d’aquestes actuen com a transportadors d’altres molècules, com per exemple de RNAs, i altres coordinen funcions citoplasmàtiques i nuclears, per exemple regulant l’activitat de factors de transcripció. Aquestes proteïnes s’etiqueten amb una seqüència d’aminoàcids específica per tal de ser exportades al citoplasma. Aquesta seqüència és la senyal d’exportació nuclear (NES). Aquestes senyals són reconegudes per receptors a l’interior del nucli que dirigeixen el transport de les proteïnes a través del complex del porus nuclear cap al citoplasma. Igual que les
importines, les exportines també s’uneixen a Ran. No obstant, la Ran/GTP promou la formació de complexos estables amb exportines, a l’inrevés que amb les importines. Aquest efecte de la unió de Ran/GTP sobre les exportines dirigeix el moviment de les proteïnes amb NES cap al citoplasma. Així doncs, les proteïnes s’exporten a través del complex del porus seguint un cicle de 5 passos:
- La proteïna amb la senyal d’exportació nuclear és reconeguda per una exportina que forma un complex amb la proteïna Ran i GTP.
- El complex format per la proteïna, l’exportina i el Ran/GTP, s’uneix a una proteïna específica del porus nuclear present a la cresta nuclear de l’anell.
- El complex es transloca a través del porus nuclear mitjançant l’adhesió seqüencial a proteïnes del porus.
- L’activitat de la proteïna activadora de GTPasa citoplasmàtica, anomenada Ran GAP, intercanvia el GTP per GDP, alterant la configuració del complex de manera que s’allibera la proteïna transportada.
- El complex format per l’exportina i el Ran/GDP és importat a través del porus cap al nucli, on el factor d’intercanvi de nucleòtids de guanina nuclear, anomenada Ran GEP, afavoreix la unió del GDP obtenint-se altre cop Ran/GTP. Exportació d’RNA, via independent de Ran: Els mRNAs es troben a l’interior nuclear un cop han madurat els pre-mRNAs. Les proteïnes Dbp5, Tap i Nxt1 s’uneixen a l’mRNA i, ajudades per la cresta nuclear, passen pel complex del porus i arriben al citoplasma. Un cop allí, el Dbp5 es queda unit als filaments citoplasmàtics de l’anell provocant la hidròlisi d’ATP en ADP. El Tap i el Nxt1 són reciclats cap al nucli. L’mRNA començarà la seva traducció al conjugar-se amb els ribosomes. El nuclèol:
L’associació de les proteïnes ribosòmiques amb l’rRNA comença mentre aquest encara es sintetitza. Les proteïnes restants i l’rRNA 5S s’incorporen mentre té lloc l’escissió del pre-rRNA. Durant la primera etapa, la maduració de les dues subunitats (petita i gran) es diferencia. La maduració de l’rRNA 18S, un cop surt al citoplasma dóna la subunitat petita 40S. La maduració de la gran, que conté 28S, 5’8S i l’rRNA 5S, es completa dins els nuclèol. Per tant, la majoria de les partícules prerribosòmiques del nuclèol són precursores de la subunitat gran 60S. Les etapes finals de la maduració dels ribosomes es duen a terme amb les dues subunitat al citoplasma, un cop madures i en presència d’un mRNA, s’uneixen. Matriu nuclear: Permet la formació de subcompartiments nuclears amb agrupacions d’RNA i proteïnes concretes com els cossos de Cajal o els territoris cromosòmics. Els cossos de Cajal funcionen com a llocs d’assemblatge de RNPs (complexos ribonucleoproteïna).
Cromatina: Els complexos entre el DNA eucariòtic i les proteïnes formen la cromatina, que conté al voltant del doble de proteïnes que de DNA. les proteïnes principals són les histones, que són proteïnes petites que contenen una gran proporció d’aa bàsics que faciliten la unió amb el DNA carregat negativament. Existeixen 5 tipus d’histones, anomenades H1,H2A, H2B, H3 i H4. Les histones són tant abundants que la seva massa iguala la del DNA cel·lular. A més a més, la cromatina conté moltes altres proteïnes en enormes quantitats, que estan implicades en moltes activitats, entre les quals hi ha la replicació del DNA i l’expressió gènica. La unitat bàsica estructural de la cromatina és el nucleosoma. El nucleosoma és una unitat que es repeteix cada 200 parells de bases. Amb digestions enzimàtiques, es va concloure que dels 200 parells de bases del nucleosoma, 146 estan enrotllats al voltant de les histones (en la histona H1, són 166pb). Aquesta subunitat de cromatina enrotllada al voltant de les histones s’anomena cromatosoma. L’empaquetament del DNA amb histones produeix una fibra de cromatina de 10 nm de diàmetre i composta per cromatosomes separats per fragments d’enllaç de DNA d’uns 80 parells de bases. Aquest empaquetament redueix la longitud del DNA. La cromatina es pot condensar encara més enrotllant-se en fibres de 30nm amb una estructura que encara no es sap determinar, i és que hi ha dos models proposats per aquesta fibra, el model en zig-zag i el model solenoide (fent una hèlix).
la formació dels cromosomes de la metafase que consisteixen en dues cromàtides idèntiques. Aquestes dues cromàtides es mantenen unides pel centròmer, que es considera una regió cromosòmica compacta. Una vegada començada la mitosis els microtúbuls del fus mitòtic s’uneixen al centròmer i estiren, separant així les cromàtides germanes. Així doncs els centròmers serveixen com a llocs d’associació de les cromàtides germanes i com a llocs d’unió dels microtúbuls del fus. Són seqüències específiques de DNA on s’uneixen moltes proteïnes d’unió associades als centròmers, formant el cinetocor. Les proteïnes associades al cinetocor actuen com a motors moleculars que condueixen el moviment dels cromosomes al llarg de les fibres del fus, segregant els cromosomes als nuclis de les cèl·lules filles.
