ESTRUCTURA NUCLEAR.

NUCLEO – ADN – CROMOSOMAS.

Célula Procariota.

El material genético es una larga molécula circular de DNA, compactada en un área que se denomina Región Nucleoide.

Parte del DNA puede estar unido a la membrana celular, pero en general el nucleoide abarca una extensa área de la célula.

El DNA pese a estar compactado, no sufre espiralización característica de los estadios mitóticos de los eucariotas, que es cuando los cromosomas se hacen visibles.

El DNA no esta asociado tan ampliamente a proteínas como el DNA de los eucariotas.

Célula Eucariota.

Núcleo Celular.• Es una estructura característica de las células eucarióticas. Fue descubierto por Robert Brown en 1831 y

contiene la información genética.

• El núcleo celular es la parte central de las células eucariotas.

CARACTERÍSTICAS.• Está delimitado por una doble membrana (Carioteca). • Suele ser el orgánulo más grande de la célula. • Su tamaño es de 5 a 10 µm. • Generalmente es esferoidal. • Tiende a ocupar una posición central en la célula.

Estructura.Se divide en tres áreas1. Envoltura nuclear.2. Cromatina.3. Cariolinfa o Nucleoplasma.

Envoltura Nuclear:

• Constituida por dos membranas unitarias: una exterior y otra interior con un espacio entre ellas llamado espacio perinuclear.

• Proviene del RER y está conectada con él. Adosados a la membrana exterior hay ribosomas.

• La envoltura nuclear no es continua, pues tiene un gran número de poros de 500 a 700 Å de diámetro con una compleja estructura formada por 8 partículas esféricas de naturaleza proteínica.

• Los poros permiten el paso de grandes moléculas (ARN, proteínas) e impiden diferencias osmóticas entre el núcleo y el citoplasma.

• En el interior del núcleo y adosada a la membrana interna encontramos una estructura proteínica formada por proteínas fibrilares: la lámina nuclear, de un espesor de 150 a 500 Å. Su función es inducir la aparición y desaparición de la envoltura nuclear y resulta fundamental para la constitución de los cromosomas a partir de la cromatina.

Nucleoplasma: • Se trata de un gel de estructura y composición similar al hialoplasma, pero no tiene ni

microtúbulos ni microfilamentos. • Está formado por agua, proteínas, ARN e iones. • En él se encuentra inmersa la cromatina y se dan los procesos de síntesis del ARNm y la

replicación del ADN.

Nucléolo. • Es una estructura aprox. esférica, visible incluso al microscopio óptico. • Su tamaño es de 1 a 3μm.• Aparece con frecuencia asociado a zonas de cromatina densa, los llamados

organizadores nucleolares, pues se forma a partir de ellos. • Su número depende de la edad y también del estado funcional de la célula.

Estructura del nucléolo. • No presenta membrana de separación con el núcleo• Tiene un aspecto heterogéneo, grumoso, con zonas más densa y otras menos densas.• Está constituido básicamente por ARN, proteínas y ADN asociado.

Funciones del nucléolo. • Su función principal es la síntesis de ARNr y el ensamblaje de los ribosomas. • El ARN ribosomal se sintetiza en el propio nucléolo y las proteínas de los ribosomas

provienen del citoplasma y pasa al interior del núcleo a través de los poros de la envoltura nuclear.

La cromatina.• Llamada así por teñirse fuertemente con ciertos colorantes.• Está constituida por ADN y proteínas histonas, que tienen un elevado porcentaje de

aminoácidos básicos y, • Estas proteínas además de empaquetar el ADN, neutralizan el fuerte carácter ácido de

los ácidos nucleicos.

En resumen:

Funciones del Núcleo.• Almacenar los genes en los cromosomas.• Organizar los genes en los cromosomas y permitir la división celular.• Transporte de los factores regulatorios y los productos de los genes vía los poros

nucleares.• Producir mensajes (RNA mensajero o mRNA) que codifican para las proteínas.• Producir ribosomas en el nucléolo.• Organizar el desenrrollamiento del ADN para replicar genes claves.

Química de los Ácidos Nucleicos.

NUCLEOTIDOS.1. BASES NITROGENADAS.• Son compuestos orgánicos cíclicos (aminas heterocíclicas), que incluyen dos o más

átomos de nitrógeno.• Se clasifican en dos grupos:1. Bases Púricas: Adenina (A) y Guanina (G)

2. Bases Pirimidícas: Citosina (C); Timina (T) y Uracilo (U).

2.- AZÚCAR: ALDOPENTOSA.

Aldopentosa →2’dexosi-β-D- ribofuranosa (ADN)Aldopentosa →β-D- ribofuranosa (ARN).

Nucleosidos.• Son las moléculas resultantes de la unión de una base nitrogenada y una aldopentosa.

• La unión se realiza mediante un enlace N-glucosídico que se establece entre el C1´ de la pentosa y un nitrógeno de la base (el N1 si es pirimidínica y el N9 si es púrica) con la pérdida de una molécula de agua.

3.- GRUPO FOSFATO.• Proviene de un acido fosfórico (H3PO4), el cual a pH celular se encuentra desprotonado

por lo que lo encontramos como Pi

• Con la adición de 1 a 3 grupos fosfato a los nucleósidos se da origen a los nucleótidos.

• El enlace que une al grupo fosfato con el carbono 5’ de la aldopentosa en un enlace Ester-fosfórico.

Enlace Ester FosfóricoEnlace Anhídrido

Fosfórico

Formación de Polinucleótidos.

Estructura del DNAModelo de Watson y Crick:1. Dos largas cadenas polinucleótidicas están enrolladas alrededor de un eje central,

formando una doble hélice enrollada hacia la derecha (dextrogira).2. Las dos cadenas son antiparalelas.3. Las bases de las cadenas yacen formando estructuras planas perpendiculares al

eje, están apiladas una sobre otra, separadas a 3,4 Å (0,34 nm) y se encuentran al interior de la estructura.

4. Las bases nitrogenadas de las cadenas opuestas están apareadas como resultado de la formación de puentes de hidrogeno, en el DNA solo se permite los emparejamientos A-T y C-G.

5. Cada vuelta completa de la hélice tienen una longitud de 34 Å (3,4 nm), de este modo cada vuelta de la cadena contiene 10 bases.

6. En cualquier segmento de la molécula se observa un surco mayor y un surco menor alternados a lo largo del eje.

7. La doble hélice mide 20 Å (2,0 nm) de diámetro.

• La clave del modelo es la especificidad en el emparejamiento de bases. La Citosina se empareja con la Guanina por 3 puentes de hidrogeno; mientras que la Adenina con la Timina lo hacen por medio de 2 puentes de hidrogeno.

C = G A = T• El emparejamiento especifico entre las bases A y T y C y G, es la base del concepto de

Complementariedad de Bases, este termino describe la afinidad química entre bases proporcionada por puentes de hidrogeno.

Fibra de Cromatina: Estructura

Modelo Básico de la Estructura de Cromatina:

1. La cromatina esta compuesta por partículas esféricas dispuestas linealmente, estas están dispuestas en el eje de la cromatina de manera regular y parecen cuentas de un collar. Estas partículas se denominan Cuerpos o Nucleosomas.

3. Los nucleosomas están compuestos por proteínas Histonas: H2A; H2B; H3; H4, las cuales producen dos tipos de tetrámeros: (H2A)2 *(H2B)2; y (H3)2 * (H4). Cada unidad nucleosómica repetida esta formada por uno de cada uno de los tetrámeros asociados a unos 200 pb de DNA.

4. Los nucleosomas se unen entre si a través de un DNA de unión o linker, el cual esta asociado a la histona H1.

6. Exactamente el DNA da 1.7 a 1.8 vueltas sobre las histonas formando un octámero

DNA nuclear (core DNA): consta de 146 pb y es relativamente resistente a la digestión con nucleasas.

DNA de enlace (linker DNA): comprende el resto del DNA, su longitud varía de 8 hasta 114 pb según el tejido y la especie, aunque por lo general es de aproximadamente 55 pb.

Segundo nivel de organización de la cromatina.

En presencia de una elevada fuerza iónica y la histona H1 la fibra de 10 nm se puede enrollar en un solenoide que gira a la izquierda y contiene seis nucleosomas por vuelta organizados radialmente, dando lugar a la fibra de 30 nm.

DNA

NÚCLEOSOMA

FIBRA DE CROMATINA

SOLENOIDE

FIBRA DE CROMATINA

PLEGADA

CROMÁTIDA DEL CROMOSOMA METAFÁSICO

2 nm. de diámetro

10 nm. de diámetro

11 nm. de diámetro

Reducción 7 veces el largo

del DNA

30 nm. de diámetro

6 núcleosomas por vuelta.

30 nm. de diámetro

700 nm. de diámetro

Condensación de la Cromatina

Andamios Nucleares.

• Existen otras proteínas diferentes de las histonas, que desempeñan una función en la organización de la cromatina en la célula.

• Estas proteínas son las llamadas proteínas “No histónicas” que forman un andamio celular, como por ejemplo “Topoisomerasa II” cuya función es mantener los plegamientos característicos de los cromosomas mitóticos.

• Se cree que este tipo de proteínas proporciona la organización hacia el nivel de mas alto plegamiento de los nucleosomas asociados a la formación del Solenoide.

• Además este andamio nuclear es esencial para la replicación del DNA durante la fase S del ciclo celular

HETEROCROMATINA

EUCROMATINA

• Heterocromatina: Cromatina densamente empaquetada, cambia poco el grado de condensación a través del ciclo celular. Aquí el material genético es transcripcionalmente inactivo.

• Eucromatina: Cromatina poco condensada (se encuentra relativamente dispersa en el núcleo y ocupa la mayoría de la región nuclear). Aquí el material genético es transcripcionalmente activo. El nivel de condensación de la eucromatina varía a través del ciclo celular.

1. El DNA se encuentra asociado a un gran número de proteínas ácidas y básicas.

2. En el periodo del ciclo celular en el que no hay división, este complejo de DNA/proteínas se encuentra disperso y desespiralizado y se denomina Cromatina.

3. Cuando el DNA se espiraliza y se condensa en la mitosis y la meiosis, se denomina Cromosomas.

Recordemos:

Cromosomas.

• Son un componente del núcleo celular que sólo aparece cuando la célula está en división, ya sea mitosis o meiosis.

• Tiene una estructura filiforme, en forma de cadena lineal, más o menos alargada, en el caso de eucariotas, o en forma de anillo circular cerrado, en el caso de procariotas.

• Los cromosomas están formados por dos cadenas de ADN repetidas que se espiralizan y se mantienen unidas, y reciben el nombre de CROMÁTIDAS, que se unen por un punto llamado CENTRÓMERO. El centrómero divide a las cromátidas en dos partes que se denominan BRAZOS.

Los cromosomas se clasifican según la longitud relativa de sus brazos, es decir, según la posición del centrómero, en:

– METACÉNTRICOS: Cuando los dos brazos son aproximadamente iguales y el centrómero está en el centro.

– SUBMETACÉNTRICOS: El centrómero está ligeramente desplazado hacia un lado dando dos brazos algo desiguales

– TELOCÉNTRICOS: Cuando el centrómero está más cerca de un extremo, dando dos brazos muy desiguales

– ACROCÉNTRICOS: El centrómero está en un extremo, por lo que en realidad sólo existe un brazo.

Cromosomas Homólogos, Haploidía y Diploidía

• Cada organismo tiene un número de cromosomas característico de su especie y el número de gametos es exactamente la mitad del número de cromosomas que las células somáticas del organismo, denominándose número haploide, y número diploide en las células somáticas.

• Un cromosoma homólogo es cada uno del par de cromosomas que tiene un organismo eucariota diploide, y que empareja entre sí durante la meiosis.

• Suelen tener igual disposición de secuencia de ADN de un extremo a otro y, por ello, de genes, lo cual no significa que lleven la misma información genética.

Cariotipo.

• Demostración gráfica del complemento cromosómico o dotación cromosómica de una célula metafásica de acuerdo a su tamaño y morfología.

• Los cromosomas que se muestran en un cariotipo son cromosomas en metafase de la mitosis.

• Se ordenan de acuerdo al tamaño, es decir, el cromosoma N°1 es el de mayor tamaño y va de acuerdo hasta llegar al de menor tamaño que son los cromosomas sexuales.

• El cariotipo es característico de cada especie y, el humano tiene 46 cromosomas o 23 pares de cromosomas, organizados en 22 pares autosómicos y un par sexual.

Cariotipo de una Mujer Normal

Cariotipo de un Hombre con Síndrome de Down:

Trisomía en el Par 21

• En un cariotipo, los autosomas se agrupan en tamaños (A, B, C, etc.) y se les adjudican los homólogos probables.

• El número diploide normal de cromosomas de la especie humana es de 46: 22 pares son autosomas y 2 son cromosomas sexuales.

• Una mujer normal tiene dos cromosomas X y un hombre normal tiene un X y un Y, como se muestra.