Diapos 1de2 Núcleo 2019

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CÉLULAS EUCARIOTAS EL NÚCLEO CELULAR Envoltura nuclear

Heterocromatina

Nucleolo

Es un compartimento intracelular recubierto por una doble membrana que permite mantener al ADN celular aislado del citoplasma. La MB externa es continuación del RE y el espacio inter-MBs tiene continuidad con el lumen de RE. Ambas membranas se conectan en los poros nucleares. 2 redes de filamentos intermedios le dan soporte mecánico. La que recubre la MB interna se llama lámina nuclear.

Poro

Nucleolo

Núcleo Citoplasma

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CROMOSOMA PROCARIOTA El ADN de los organismos procariotas se organiza en un único cromosoma circular

LOS CROMOSOMAS EUCARIÓTICOS El genoma se divide en un # variable de cromosomas lineales. Cada cromosoma está formado por una única molécula de ADN asociada a proteínas (cromatina). La mayoría de las células humanas poseen dos juegos completos de cromosomas. Son DIPLOIDES. Los cromosomas materno y paterno de un par se llaman cromosomas homólogos. En los machos el par sexual no es homólogo (X, Y)

Cariotipo espectral Sondas fluorescentes de ADN que generan un color diferente para cada cromosoma.

CROMOSOMAS HUMANOS IDENTIFICADOS POR HIBRIDIZACION

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CROMOSOMAS HUMANOS IDENTIFICADOS POR HIBRIDIZACION CARIOTIPO

Hibridización con sondas específicas para cromosoma marcadas con un fluorescente diferente Los cromosomas son de diferente tamaño

Fitohemoaglutinina como factor inductor de mitosis.

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BANDEO CROMOSÓMICO. CARIOTIPO

Posición del centrómero (constricción primaria)

Posición del satélite (constricción secundaria)

Coloración con Giemsa de cromosomas en el inicio de fase M. Bandas oscuras en zonas ricas en AT.

CLASIFICACIÓN DE LOS CROMOSOMAS SEGÚN SU MORFOLOGÍA

a) b) c) d) e)

Metacéntricos Submetacéntricos Submetacéntrico con zona satélite Acrocéntricos Telocéntricos

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CROMOSOMAS ABERRANTES DETECTADOS POR COLORACIÓN DE GIEMSA Y POR HIBRIDACIÓN

Cromosoma 4

Cromosoma 12

(Giemsa)

Cromosoma 4 Cromosoma 12 (Hibridación)

Translocación cromosómica

Cromosoma 6

Cromosoma 4

Traslocación cromosómica recíproca

CORRELACIÓN ENTRE EL NÚMERO DE GENES Y LA COMPLEJIDAD DEL ORGANISMO

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Organización de los genes en el genoma de levadura de cerveza y en el genoma humano

El genoma de la levadura está distribuido en 16 cromosomas. Los genes humanos se empaquetan con una menor densidad, presentando gran cantidad de secuencias intercaladas no codificantes. Los genes humanos poseen una mayor longitud que los de levadura (no está reflejado en el esquema)

LOS PROCARIOTAS Y LOS EUCARIOTAS UNICELULARES POSEEN UN GENOMA ALTAMENTE COMPACTADO

DOS ESPECIES CASÍ IDÉNTICAS TENDRÁN UN NÚMERO SIMILAR DE GENES AUNQUE DIFIERAN EN EL NÚMERO DE CROMOSOMAS

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GENOMA Y GENES GENOMA: Es la totalidad de la información genética de una especie En los humanos comprende 3,2 109 pbs distribuidos en 24 cromosomas nucleares (22 autosómicos y 2 sexuales) más una mínima fracción de ADN mitocondrial.

GEN: Unidad funcional de la herencia. Segmento de ADN que contiene la información para la elaboración de un ARN funcional

GEN EUCARIÓTICO: Está constituido por porciones codificantes (exones) interrumpidas por largas porciones no codificantes (intrones) y está asociado a secuencias regulatorias de ADN. Estas secuencias regulatorias son responsables de activar o desactivar un determinado gen para que se exprese o no en un determinado tiempo, nivel y tipo celular. Las secuencias reguladoras están dispuestas a lo largo de miles de pbs mientras que en organismos con genomas más concisos, serán mucho más cortas.

La organización de genes en un cromosoma (Cromosoma humano 22)

Es el más pequeño (48 106 pbs., el 1,5% del genoma). La mayor parte del brazo pequeño contiene secuencias repetitivas muy empaquetadas (heterocromatina)

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REPRESENTACION DEL CONTENIDO DE LA SECUENCIA DE NUCLEOTIDOS DEL GENOMA HUMANO SECUENCIADO COMPLETAMENTE

LINEs (long interspersed nuclear elements), SINEs (Short …), elementos símiles a retrovirus y trasposones son elementos genéticos móviles que se han multiplicado en nuestro genoma. Sec. Repetidas sencillas: secuencias de menos de 14pbs repetidas que forman largos segmentos. Duplicaciones segmentales: largos bloques repetidos en 2 o más posiciones del genoma

DIFERENTES ESTADOS DE LOS CROMOSOMAS DURANTE EL CICLO CELULAR

Cromatina interfásica

Cromosoma mitótico

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CENTRÓMERO, TELÓMEROS Y ORÍGENES DE REPLICACIÓN: 3 SECUENCIAS INDISPENSABLES EN UN CROMOSOMA LINEAL FUNCIONAL

CROMATINA = ADN + PROTEÍNAS

HISTONAS NUCLEOSÓMICAS H2A, H2B, H3, H4 PROTEÍNAS HISTÓNICAS Pequeñas proteínas con alto contenido de aminoácidos básicos (alta carga positiva)

HISTONAS NO NULEOSÓMICAS H1

PROTEÍNAS NO HISTÓNICAS

La cromatina menos condensada se llama EUCROMATINA y la más condensada HETEROCROMATINA. La HETEROCROMATINA: ES RESISTENTE A LA EXPRESIÓN GÉNICA. En una célula de mamífero constituye más del 10% del genoma HETEROCROMATINA CONSTITUTIVA Y FACULTATIVA CONSTITUTIVA: Es idéntica para todas las células del organismo, carece de información genética, incluye a los telómeros y centrómeros del cromosoma. La heterocromatina constitutiva contiene un tipo particular de ADN denominado ADN satélite, formado por gran número de secuencias cortas repetidas en tándem. FACULTATIVA: diferente en los distintos tipos celulares, contiene información que podría ser transcripta, genes que no se expresan o que están silenciados pero que podrían activarse en algún momento. Un ejemplo típico es el cromosoma X inactivado en las células somáticas femeninas. La heterocromatina facultativa se caracteriza por la presencia de secuencias repetidas tipo LINE.

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ADN repetido en tándem Son repeticiones que se ordenan de manera consecutiva, de modo que secuencias idénticas se disponen unas detrás de otras.

Satélite: en centrómero, brazos cortos de cr acrocéntricos. Son secuencias de entre 5 y varios cientos de nucleótidos que se repiten en tándem miles de veces generando regiones repetidas con tamaños entre 100 kb y varias megabases. Minisatélites: en telómeros y VNTR que se utilizan en medicina forense. Son secuencia de 10 - 60 nucleótidos que se repite en tándem generando secuencias de entre 100 y 20.000 pb. El genoma humano contiene unos 30.000 minisatélites. VNTR: número variable de repeticiones en tándem Microsatélites: STR que se utilizan en el test de paternidad Secuencias básicas de 2-4 nucleótidos, su repetición en tándem origina secuencias de menos de 150 nucleótidos. STR: Short Tandem Repeats

INACTIVACIÓN DEL CROMOSOMA X EN MAMÍFEROS El cromosoma sexual X posee unos 1000 genes mientras que el Y sólo unos 100. En mamíferos existe un mecanismo de “compensación de dosis” mediante el cual, en las células somáticas de las hembras , uno de sus cromosomas X (ya sea el paterno -Xp- o el materno – Xm-) se inactiva transcripcionalmente por condensación . Las células somáticas de una hembra son mosaico ya que este proceso se activa en el embrión de 1000 células donde cada una inactiva Xp ó Xm al azar.

Cromatina vista al microscopio electrónico

(A) Cromatina aislada de un núcleo interfásico. Fibra de 30 nm. (B) Cromatina experimentalmente desempaquetada. Fibra de 11 nm (collar de nucleosomas)

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ORGANIZACIÓN DEL NUCLEOSOMA

ORGANIZACIÓN DEL NUCLEOSOMA

El NUCLEOSOMA se compone de: núcleo de la partícula nucleosómica (8 histonas + ADN de 147 pb) + ADN espaciador (de hasta 80 pb). A veces llamamos “nucleosoma al “núcleo de la partícula nucleosómica”. Esto no sería correcto, ya que nucleosoma incluye al espaciador.

HISTONAS: Proteínas pequeñas (102-135 aa) que conservan un motivo estructural llamado “PLIEGUE DE HISTONA” que consta de 3 hélices-α unidas por 2 lazos

Todas las histonas nucleosómicas poseen: Un motivo “pliegue de histona” y una cola N-terminal que puede sufrir modificaciones covalentes.

PLIEGUE DE HISTONA H2A

Formación del dímero H2A-H2B

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OCTÁMERO DE HISTONAS

ORGANIZACIÓN DEL NUCLEOSOMA

Las histonas H2A y H2B forman un hetero-dímero entre ellas. Las histonas H3 y H4 forman otro heterodímero. En primer lugar, el dímero H3-H4 se asocia con otro idéntico formando un tetrámero H3-H4 que luego se asocia con 2 dímeros H2A-H2B formando el octámero. Las colas N-terminal de las histonas se extienden hacia el exterior del octámero. El ensamblado de los monómeros y dímeros para formar el octámero está asistido por “chaperonas de histonas”

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En cada NUCLEOSOMA se establecen diversas interacciones entre proteína y ADN: •numerosas interacciones electrostáticas (entre las lisinas y argininas de las histonas y las cargas negativas del ADN) •142 puentes de H entre histonas y ADN •numerosas interacciones hidrofóbicas

LA CURVATURA DEL ADN EN EL NUCLEOSOMA

DINÁMICA DE LOS NUCLEOSOMAS

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REMODELACIÓN DE NUCLEOSOMAS POR CORRIMIENTOS DEL ADN MEDIANTE COMPLEJOS REMODELADORES DEPENDIENTES DE ATP

ELIMINACIÓN O CAMBIO DE UN OCTÁMERO DE HISTONAS MEDIANTE COMPLEJOS REMODELADORES DEPENDIENTES DE ATP

Las chaperonas de histonas tienen carga negativa (alto contenido de aspartato y glutamato

MODELOS DE LA FIBRA DE 30 nm

ZIG-ZAG SOLENOIDE

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Regiones de la fibra de 30 nm libres de nucleosoma que poseen unidas proteínas de pegado específico al ADN. Estas regiones son susceptibles de degradación

MODELOS DE ESTABILIZACIÓN DE LA FIBRA DE 30 nm COLA N-TERMINAL DE HISTONAS NUCLEOSÓMICAS

MODELOS DE ESTABILIZACIÓN DE LA FIBRA DE 30 nm HISTONA H1 Histona H1 (verde) consiste en un core globular y dos colas.

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REGULACIÓN DE LA ESTRUCTURA DE LA CROMATINA La condensación o descondensación de regiones de los cromosomas, son mecanismos utilizados para la regulación de la expresión de algunos genes Ciertas estructuras de cromatina son heredables: es un tipo herencia EPIGENÉTICA ya que se basa en una estructura proteica en vez de una secuencia de ADN.

LAS HISTONAS NUCLEOSÓMICAS SUFREN MODIFICACIONES COVALENTES REVERSIBLES

La mayoría de las MODIFICACIONES COVALENTES REVERSIBLES se producen en las cola N terminal aunque también pueden aparecer en el pliegue Las acetil transferasas: agregan grupos acetilo a residuos de Lys mientras que las desacetilasas los retiran

Las metil transferasas: agregan grupos metilo a residuos de Lys mientras que las desmetilasas los retiran

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Variantes de Histonas sitio específicas que determinan funciones específicas de la cromatina

EL CÓDIGO DE HISTONAS: Viene dado por las modificaciones covalentes y la presencia de ciertas variantes de histonas.

El código de histonas permite descifrar qué acción biológica debe llevarse a cabo en esa región: Reparación, transcripción, indica si ha sido replicado recientemente

ALGUNOS SIGNIFICADOS DEL CODIGO DE HISTONAS

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CROMATINA Y REPLICACIÓN

Diferentes regiones de un cromosoma se replican a distintos momentos

El ADN de la heterocromatina se replica más tarde pero no más lentamente.

DISTRIBUCIÓN DE LAS HISTONAS DURANTE LA REPLICACIÓN

DISTRIBUCIÓN DE LAS HISTONAS DURANTE LA REPLICACIÓN

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Estrategia mediante la cual los patrones de modificaciones de las histonas pueden ser heredadas

UNA VARIANTE DE HISTONA PUEDE CREAR ESTRUCTURAS ESPECIALES: CENP-A ES UNA VARIANTE DE H3 INDISPENSABLE PARA LA FORMACIÓN DEL CENTRÓMERO

CENTRÓMEROS EN CROMOSOMAS HUMANOS

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DISTRIBUCIÓN DE LAS HISTONAS DURANTE LA REPLICACIÓN DEL CENTRÓMERO

HERENCIA DE LAS MODIFICACIONES COVALENTES DE LAS HISTONAS

LA ESTRUCTURA GLOBAL DE LOS CROMOSOMAS

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CONDENSACIÓN DE CROMOSOMAS MITÓTICOS

CROMOSOMAS PLUMULADOS EN OOCITOS DE ANFIBIOS

MODELO DE ORGANIZACIÓN DEL CROMOSOMA INTERFÁSICO: BUCLES ANCLADOS A UN EJE PROTEICO

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CROMOSOMAS POLITÉNICOS EN DROSOPHILA: luego de sucesivas replicaciones no acompañadas de división celular, las copias de los cromosomas permanecen asociadas lateralmente. Por lo tanto, son células poliploides.

Cromocentro: los 4 cromosomas se unen por esta región heterocromatínica cercana al centrómero

LOS CROMOSOMAS MITÓTICOS ESTÁN CONSTITUIDOS POR CROMATINA EN SU FORMA MÁS CONDENSADA

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CONDENSINA (DÍMEROS DE PROTEÍNAS Smc)

TERRITORIOS CROMOSÓMICOS YDISTRIBUCIÓN DE LA CROMATINA

DESPLAZAMIENTO DE LOS GENES EN EL NÚCLEO CUANDO CAMBIA SU EXPRESIÓN

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LA ENVOLTURA NUCLEAR

La MB interna contiene proteínas de anclaje para la heterocromatina y la lámina nuclear (red bidimensional de filamentos intermedios que dan forma y estabilidad a la envoltura nuclear). La externa es la continuidad de la del RER

TRANSPORTE A TRAVÉS DEL PORO NUCLEAR

Los complejos del poro en las células animales pesan 25 106 Da y están constituidos por 30 proteínas diferentes (nucleoporinas) con simetría octogonal.

Las moléculas menores a 5000 Da pasan por difusión simple mientras que las mayores lo deben hacer por transporte activo unidas a proteínas receptoras

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LOS ARNm MADUROS SON EXPORTADOS DEL NÚCLEO

CBC: complejo de unión a caperuza; EJC: complejo de unión de los exones. Los ARN que son retenidos en el núcleo eventualmente son degradados en el exosoma (complejo proteico cuyo interior es rico en exonucleasas 3´-5´)

LA ENVOLTURA NUCLEAR SE DESORGANIZA DURANTE LA MITOSIS

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