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EL NÚCLEO CELULAR (BC), Apuntes de Biología Celular

Explicación detallada y concisa sobre el núcleo celular, sus características, importancia evolutiva, funciones, componentes, envoltura nuclear, transporte, lamina nuclear, matriz nuclear, cromatina y sus niveles de organización.

Tipo: Apuntes

2020/2021

A la venta desde 17/09/2022

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TEMA 15: NÚCLEO CELULAR
CARACTERÍSTICAS GENERALES:
El núcleo es la principal característica que distingue/diferencia las
células eucariotas y procariotas. Es un compartimento totalmente
selectivo, a través de la membrana nuclear pasan las sustancias
de manera selectiva.
IMPORTANCIA EVOLUTIVA:
Principal diferencia entre eucariotas y procariotas:
- Repositorio información genética. Es el lugar donde se
encuentra el material genético (ADN).
- Centro de control celular.
- Papel central en regulación de la expresión génica. En una
célula eucariota, el RNA que se transcriba tiene que ser,
de una manera muy controlada, exportado al citosol para
que allí los ribosomas se ensamblen y lo traduzcan. No
ocurre en el mismo compartimento, y esto aporta muchas
posibilidades en la regulación génica. Control de la expresión génico gracias a distintos mecanismos.
o Importancia separación física entre genoma y lugar de traducción de mRNA.
- Dinámica nuclear: evento central en la progresión del ciclo celular. Sufre variaciones importantes
durante el ciclo celular.
ASPECTOS MORFOLÓGICOS:
- Numero: 0, 1,2, múltiple…
o Los eritrocitos en humanos pierden el núcleo a lo largo del desarrollo= diferenciación. No
puede dividirse.
o Hepatocitos binucleados.
o Megacariocitos: celula que origina las plaquetas. Están en la medula ósea. Liberan trozos de
citoplasma que al rodearse de membrana originan las plaquetas.
o Osteoclastos: células con muchos núcleos.
o Células musculares: fibras alargadas polinucleadas.
- Forma: redondeado, ovalado, arriñonado, multilobulado…
o Linfocitos: redondeado.
o Monocito: forma de herradura.
o Neutrófilo: núcleo poliglobulado.
o Fibra muscular: ovalados.
o Enterocitos: células del intestino. Núcleos ovalados en posición vertical con respecto a la
membrana basal.
- Posición: central, basal, periférica…
o Células de goblet: basal.
o Fibras del musculo esquelético: posición periférica.
o Células de tejido adiposo: posición periférica. Núcleo desplazado.
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TEMA 15: NÚCLEO CELULAR

CARACTERÍSTICAS GENERALES:

El núcleo es la principal característica que distingue/diferencia las células eucariotas y procariotas. Es un compartimento totalmente selectivo, a través de la membrana nuclear pasan las sustancias de manera selectiva.

IMPORTANCIA EVOLUTIVA:

Principal diferencia entre eucariotas y procariotas:

  • Repositorio información genética. Es el lugar donde se encuentra el material genético (ADN).
  • Centro de control celular.
  • Papel central en regulación de la expresión génica. En una célula eucariota, el RNA que se transcriba tiene que ser, de una manera muy controlada, exportado al citosol para que allí los ribosomas se ensamblen y lo traduzcan. No ocurre en el mismo compartimento, y esto aporta muchas posibilidades en la regulación génica. Control de la expresión génico gracias a distintos mecanismos. o Importancia separación física entre genoma y lugar de traducción de mRNA.
  • Dinámica nuclear : evento central en la progresión del ciclo celular. Sufre variaciones importantes durante el ciclo celular.

ASPECTOS MORFOLÓGICOS:

  • Numero : 0, 1,2, múltiple… o Los eritrocitos en humanos pierden el núcleo a lo largo del desarrollo= diferenciación. No puede dividirse. o Hepatocitos binucleados. o Megacariocitos: celula que origina las plaquetas. Están en la medula ósea. Liberan trozos de citoplasma que al rodearse de membrana originan las plaquetas. o Osteoclastos: células con muchos núcleos. o Células musculares: fibras alargadas polinucleadas.
  • Forma : redondeado, ovalado, arriñonado, multilobulado… o Linfocitos: redondeado. o Monocito: forma de herradura. o Neutrófilo: núcleo poliglobulado. o Fibra muscular: ovalados. o Enterocitos: células del intestino. Núcleos ovalados en posición vertical con respecto a la membrana basal.
  • Posición : central, basal, periférica… o Células de goblet: basal. o Fibras del musculo esquelético: posición periférica. o Células de tejido adiposo: posición periférica. Núcleo desplazado.

COMPONENTES:

  • Envoltura nuclear : (no confundir con membranas externa e interna) o Poros nucleares: único sitio de paso a través de la envoltura nuclear.
  • Matriz nuclear : contenido interior del núcleo.
  • Nucleoplasma : contenido líquido.
  • Nucleoesqueleto : fibras que soportan la estructura.
  • Cromatina : material genético.
  • Nucléolo.

ENVOLTURA NUCLEAR:

ESTRUCTURA:

  • Membrana nuclear externa (bicapa lipídica): continua con el RER.
  • Espacio perinuclear (10-50 nm): continuo con el lumen del RE.
  • Membrana nuclear interna (bicapa lipídica):
  • Complejo del poro : poros nucleares.

PASO SUSTANCIAS:

  • Hay 2 maneras de pasar por el complejo del poro: o Difusión libre : sin gasto energético y menos controlado. o Transporte activo : implica gasto energético regulado.
  • Complejos de poro. o Muy activo (unas 1000 moléculas/seg). o Transporte pasivo.  Pequeñas sustancias (hasta 60 kDa). o Transporte activo.  Macromoléculas (proteínas, RNA).  Gasto energético.  Señal de localización nuclear (NLS).  Receptores (importinas, exportinas).  Direccionalidad: Ran-GTPasa.

TRANSPORTE ACTIVO:

Ran es una GTPasa. A partir de GTP puede hidrolizarlo a GDP + Pi produciendo energía. La Ran está implicada en los procesos de importación y exportación, y va a determinar el sentido del transporte, gracias a que al gradiente de GTP o GDP a uno y otro lado de la envoltura nuclear.

TRANSPORTE ACTIVO: IMPORTACIÓN.

  • Importina en el citosol reconoce carga: o Secuencia NLS (secuencia de localización nuclear).
  • Desde el citosol, unidas formando un complejo entre la proteína y la importina, atraviesan el canal del complejo poro.
  • Ran-GTP en el interior del núcleo, interacciona con el complejo, lo desestabiliza induciendo liberación de carga.
  • Complejo formado por la importina + Ran-GTP, quedando liberada la carga en el núcleo , y retornando el complejo al citoplasma atravesando el complejo del poro. Se encontrará con los filamentos citoplasmáticos en la parte exterior del anillo citoplasmáticos. En los filamentos encontramos la Ran-GAP.
  • Ran-GAP (proteína activadora de GTPasa) asociada a filamentos citoplasmáticos promueve hidrólisis de GTP a GDP + Pi. o Ran-GDP (sin afinidad por la importina) e importina se disocian. Se recicla así la importina.
  • En el citosol, Ran-GDP regresa al núcleo asociada a receptor específico ( NTF2 ) permitiendo que pueda atravesar el complejo del poro. Se forma un complejo: Ran-GDP + NTF2.
  • Ran-GEF (factor de intercambio de nucleótidos de guanina, unido a cromatina) interacciona con el Ran- GDP, estimula intercambio de GDP por GTP. Todo el GDP que entra al núcleo se convierte en GTP. Queda así la Ran-GTP unida a GTP. Retorna a su origen.

LÁMINA NUCLEAR:

Se encuentra en la cara interna de la membrana interna del núcleo. Tiene partes de cromatina asociadas a la lámina nuclear, esta es una de las maneras de regular la expresión génica. Se producen puntos de asociación entre la cromatina y la lámina que dificultan la accesibilidad de la maquinaria de expresión.

ESTRUCTURA:

  • Red fibrosa proteica de grosor variable asociada a membrana nuclear interna (debajo). Estructura en forma de malla. Formada por filamentos intermedios. Función estructural.

COMPOSICIÓN:

  • Laminas (proteínas de filamentos intermedios): hay 3 tipos en humanos (a,b,c) que se asocian con un determinado orden y estructura concreta que permite la formación de la malla fibrosa proteica que compone la lámina nuclear.
  • Primero se forman dímeros (región de enrollamiento de α-hélice formando espiral enrollada o coiled coil).
  • Asociación de dímeros por las cabezas globulares formando - polímeros lineales - filamentos.

FUNCIONES:

  • Ensamblaje y desensamblaje del núcleo (de la envoltura nuclear) cuando se produce la fosforilación se desensambla la lámina nuclear y consecuentemente la envoltura.
  • Organización de la expresión de la cromatina. Proporciona dominios en donde se une la cromatina y esto va a ser determinante en la organización de la cromatina dentro del núcleo. (Dominios de asociación a la lámina= LAD).
  • Laminopatías: mutaciones en los genes que codifican la lámina, provocan enfermedades. P.e el síndrome de progeria.

Dominios de cromatina: asociados a la envoltura nuclear, por debajo de la cual se encuentra la lámina, tenemos los dominios de cromatina asociados a la lámina, que tienen más inhibida su expresión, también los que están asociados al nucléolo.

MATRIZ NUCLEAR:

Contenido del núcleo. Espacio delimitado por la envoltura nuclear.

RED FIBRILAR INSOLUBLE:

  • Red fibrilar proteica insoluble. Rica en actina.

ESQUELETO DE ANCLAJE:

Proporciona soporte para:

  • Cromatina.
  • Las proteínas y enzimas que llevan a cabo procesos en el interior del núcleo.
  • Actividades del núcleo: transcripción, replicación, procesamiento RNA.
  • Funciones: o Estructuran la cromatina. Permiten que la cromatina se estructure de una forma determinada. o Regulan la actividad de la cromatina (la expresión de la cromatina, regulada a través de las modificaciones post-traduccionales). o Modificaciones post-traduccionales: después de traducirse se le incorporaran distintas modificaciones, en este caso, adicción o retirada de ciertos grupos químicos, lo que ocurre en la cola de las histonas.  Acetilaciones (cromatina acetilada se suele encontrar en la cromatina de las regiones centrales del núcleo). Eucromatina. Asociada con mayor expresión y accesibilidad.  Metilaciones (determinan regiones donde la cromatina se compacta más; más cerrada y menos accesible a la maquinaria de transcripción; en regiones asociadas a la lámina o a la periferia del núcleo). Asociadas con heterocromatina.  Fosforilaciones : no está tan definido si regulan para un lado u otro.

Maquinaria remodeladora de cromatina : llevan a cabo las modificaciones post-traduccionales que a su vez determinen el grado d expresión de esa región concreta de la cromatina. Incorpora o retira los grupos químicos. P.e: Histonaacetiltransferasa (HAT) (incorporan grupos acetilo); HDAC (histonas deacetilasas) (retiran grupos acetilo).

PROTEÍNAS NO HISTONAS:

  • Comprende un grupo diverso.
  • Naturaleza ácida.
  • Intervienen en el ensamblaje del DNA a histonas. o Nucleoplasmina (media la unión H2A-H2B). interaccionan con DNA e histonas. o Proteína N1 (unión a H3 y H4).
  • Replicación y reparación DNA.
  • Regulación transcripción ( HMGs ).
  • Modificación de histonas.

NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA CROMATINA:

A partir de la doble hélice de ADN, que es la estructura más básica sin asociar a ninguna proteína, se asocian los nucleosomas (octámeros de histonas que forman glóbulos alrededor de los cuales se enrolla la fibra básica de la cromatina). La fibra básica (cadena de cuentas de collar de perlas) se torsiona (enrolla) con 6 nucleosomas por cada vuelta y forma una fibra de 30 nm de grosor. En este plegamiento interviene la histona H1 (en el cierre). A partir de esta fibra enrollada, se producen bucles, donde alcanzamos un grosor de 300 nm. A su vez, estos bucles van a formar un grado superior de enrollamiento que tendrá un grosor de 700 nm, y en este punto ya estamos en una de las cromátida de un cromosoma en su máximo estado de compactación. Un cromosoma esta compactado al máximo en la metafase. Cada cromátida forman el cromosoma de 1.4 um.

NUCLEOSOMA:

  • Zona globular. o Octámero histonas (8 histonas asociadas).  2 Heterodímeros H2A-H2B.  2 Heterodímeros H3-H4. o 146 pares bases ADN rodeándolo el octámero.
  • Segmento espaciador. o Fibra ADN longitud variable (15-55pb).

NUCLEOFILAMENTO:

  • Fibra 10-11 nm.
  • El enrollamiento de la fibra anterior da lugar a: o Fibra de 30 nm.

CROMOSOMA METAFÁSICO:

Cromosoma típico del cariotipo, con la cromatina condensada y compactada en su máximo.

Cariotipo: conjunto de cromosomas ordenados de la especie.

NÚCLEO INTERFÁSICO:

  • Territorio cromosómico : regulación de la expansión génica. Región del núcleo en la cual se sitúa un cromosoma en concreto durante la interfase. Según estén las regiones determinadas del cromosoma expuestas hacía el interior del núcleo o asociados a la lámina, cada cromosoma tendrá zonas que se estén expresando (hacía el interior) y otras silenciadas (asociadas a la lámina o periferia nucleolar). Encontramos una alta proporción de la maquinaria que esté funcionando.
  • Factorías de transcripción : Zonas específicas del núcleo que están enriquecidas en componentes: RNA polimerasa, factores de transcripción, ARNm.
  • Eucromatina: menos compactada, más expresada. Transcripcionalmente activa. o Laxa. o Tinción débil. o Activa. o Compuesta por secuencias poco repetidas. Secuencias génicas que codifican para productos funcionales.
  • Heterocromatina. o Condensada. o Tinción fuerte. o Inactiva o poco activa. o Secuencias muy repetidas. En el genoma hay muchas secuencias repetidas. o LAD (dominios asociados a la lámina) y NAD (dominios asociados al nucléolo).
  • Gen : secuencia de ADN que va a dar lugar a un producto funcional.