NÚCLEO Y ÁCIDOS NUCLEICOS

Dr. Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular 1

FUNDACION HECTOR A. BARCELO

FACULTAD DE MEDICINA

CARRERA DE MEDICINA

1º AÑO

NUCLEO


NUCLEO

Introducción

El núcleo ocupa aproximadamente el 10% del volumen de la célula; está delimitado por una envoltura nuclear formada por dos membranas concéntricas; las membranas tienen poros y los poros tienen sistemas de transporte activo para moléculas que van a entrar al núcleo y para moléculas que van a salir al citosol. El ADN de una célula eucariótica está ¨secuestrado¨ en el núcleo.

Constancia: todas las células eucariontes tienen núcleo. La única excepción podría ser el glóbulo rojo adulto de mamífero que no tiene núcleo y se sigue considerando una célula igualmente.

Forma: puede ser esférico en las células isodiamétricas o aplanado u oval en las células anisodiamétrica. También puede tener forma irregular o lobulada como en el núcleo de los glóbulos blancos

Tamaño: es constante para cada tipo celular. Se expresa por medio de la relación de tamaño con el citoplasma, o relación núcleo-citoplasmática, que es una constante para cada célula.

Número:Generalmente hay uno por célula (mono nucleadas), pero las hay binucleadas (Hepatocitos y condrocitos) o poli nucleadas (célula muscular esquelética – osteoclasto)

Las células multinucleadas pueden ser:

1- plasmodios: masa multinucleada originada por endomitosis (cariocinesis sin citocinesis). Se divide el núcleo de la célula sin que se divida el citoplasma, por lo cual la célula tiene primero dos núcleos, luego cuatro, etc.

2- sincicios: masa multinucleada originada por unión de células. Son varias células que tienen un núcleo cada una; al unirse queda formada una célula con varios núcleos.

Posición: Puede ser central o estar polarizado (en un polo de la célula).

El núcleo puede ser estudiado durante la interfase o durante la división celular, en la cual toda su estructura cambia.


Razones para la existencia del núcleo

Hay 2 razones principales:

1. existencia del citoesqueleto; este interviene en el movimiento de las células. Las bacterias no tienen citoesqueleto y tienen el ADN directamente en contacto con el citoplasma y el movimiento de las bacterias se produce por estructuras externas como las cilias y flagelos. Las células eucariontes en cambio al tener citoesqueleto tienen fuerzas internas en el citoplasma producidas por los microtúbulos y microfilamentos y esas fuerzas internas podrían romper el ADN motivo por el cual el ADN tuvo que encerrarse en un compartimento especial para estar a salvo de esas fuerzas generadas por el citoesqueleto.

2. Protección del ARN mensajero. Una característica especial de las células eucariontes es el procesamiento del ARN que es toda la serie de mecanismos químicos que le suceden al ARN después que es sintetizado a partir del ADN; el ARN se fabrica a partir del ADN y luego es procesado químicamente y éste proceso químico es muy delicado y también tiene que ocurrir en un lugar aislado del citoplasma; este podría ser el segundo motivo por el cual en la evolución apareció el núcleo.

Hay ADN fuera del núcleo, que es el ADN mitocondrial.

ENVOLTURA NUCLEAR o CARIOTECA

La envoltura nuclear encierra el ADN y define un compartimento que es el núcleo. Está formada por dos membranas concéntricas que están en continuación con el retículo endoplásmico separadas por un espacio de 100 a 150 A llamado espacio perinuclear. El término correcto es entonces el de envoltura nuclear y no membrana nuclear, ya que está formado por 2 unidades de membrana. La membrana nuclear es una porción del retículo endoplásmico granular. En algunos puntos incluso puede observarse con el microscopio electrónico que la membrana nuclear se continua con el retículo endoplásmico

Microscopia óptica:La envoltura nuclear sola no se ve, porque está por debajo del límite de resolución de este microscopio. Sin embargo se ve una línea por el agregado de ciertos componentes intra y extranucleares que engrosan la envoltura nuclear. Por dentro del núcleo la membrana nuclear esta engrosada por la cromatina que se encuentra adosada a esta. Por su parte citoplasmática esta engrosada por la presencia de ribosomas que se encuentran solo en la membrana del lado citoplasmático.

Diferencias entre las membranas de la envoltura nuclear

Las dos membranas, que son las membranas interna y externa de la envoltura nuclear a pesar de que están en continuidad tienen diferencias en la composición de sus proteínas:

La membrana nuclear interna tiene proteínas específicas.


La membrana externa , por el contrario , es igual a la membrana del retículo endoplásmico granular y tiene ribosomas ; las proteínas que fabrican éstos ribosomas van directamente al espacio que hay entre la membrana interna y externa o se quedan como proteínas integrales de la envoltura nuclear ...

Trafico de moléculas desde y hacia el núcleo

Hay un tráfico BIDIRECCIONAL entre el citosol y el núcleo. 1. Del citoplasma al núcleo: Hay proteínas que se encuentran en el núcleo como por ej.

las histonas y las ADN y ARN polimerasas, también proteínas reguladoras de los genes y proteínas del procesamiento del ARN; todas éstas proteínas son importadas por el núcleo ya que se fabrican en el citosol, en los ribosomas y tiene que entrar al núcleo después de sintetizadas.

2. Del núcleo al citoplasma: También hay un transporte desde el núcleo hacia el citoplasma por el cual el ARN de transferencia y el mensajero que son fabricados en el núcleo tienen que salir al citoplasma.

3. También hay transportes complejos entre el núcleo y el citoplasma, como el caso de las proteínas de los ribosomas que son fabricadas en el citoplasma, entran al núcleo, en el núcleo se unen con ARN ribosómico y luego vuelven a salir al citoplasma para formar los ribosomas.

Lamina nuclear

Es una estructura de microfilamentos de laminina nuclear que forma una red que se encuentra por dentro de la envoltura, o sea dentro del núcleo, en relación con la membrana nuclear interna. Sirve para mantener la forma del núcleo. Es parte del citoesqueleto. La lámina nuclear es una malla de proteínas interconectadas que se denominan lamininas que son un tipo especial de filamentos intermedios; ésta lámina nuclear le da forma y la estabilidad a la envoltura nuclear; también sirve para mantener fijos los complejos del poro. La cromatina también está unida a la lámina nuclear, en ciertos puntos de contacto, por lo cual la lámina nuclear actúa relacionando el ADN con la envoltura nuclear. De esta manera, la cromatina no se conecta directamente con la envoltura nuclear sino que contacta con la lámina nuclear y ésta a su vez hace contacto con la membrana interna de la envoltura nuclear.

POROS NUCLEARES

La envoltura nuclear en todas las células eucariontes es perforada por los poros nucleares; cada poro está formado por una compleja estructura llamada COMPLEJO DEL PORO que tiene un peso molecular de 125 millones y está compuesto por más de 100 proteínas diferentes. Tiene forma octogonal. Cada núcleo tiene más de 3.000.

Su estructura es la siguiente


Canal acuosoTiene un canal acuoso a través del cual las moléculas solubles en agua pequeñas pueden atravesar en forma pasiva y entrar al núcleo a través de éste canal. El canal funciona como un orificio cilíndrico de 9 nm de dm y 15 nm de profundidad. Está rodeado por una serie de proteínas con simetría octogonal

Columnas Rodeando el canal hay 8 proteínas con forma de columna que atraviesan todo el poro perpendicularmente, denominadas columnas.

AnillosEn su extremo citosólico las columnas se unen formando un anillo externo. En su extremo nuclear se unen formando el anillo interno

Fibrillas Los anillos interno y externo tienen prolongaciones en forma de fibrillas; las prolongaciones del anillo externo van al citoplasma y las prolongaciones del anillo interno van hacia el interior del núcleo.

Nucleoporinas Las fibrillas tienen moléculas de proteínas llamadas nucleoporinas que actúan en el transporte de moléculas.

Canasta nuclear Las fibrillas nucleares confluyen formando una estructura llamada canasta nuclear del lado interno, del lado externo las fibrillas no se juntan.

AnclajesCada columna está unida a la envoltura nuclear por una proteína de anclaje que funciona como un “remache “.

Diafragma Existe la posibilidad de que exista un diafragma en el canal del poro que actúe seleccionando las sustancias que pueden entrar o salir. Este diagrama está formado por proteínas radiales que se acortan y se alargan.

Funcionamiento del poro

1. Pasaje por difusión por el canal acuoso Las moléculas de menos de 5000 Dalton entran por difusión pasiva, directamente a través de éstos poros, en forma rápida, o sea que la envoltura nuclear es permeable a moléculas de menos de 5000 Dalton. Una proteína de 17000 Dalton por ej. le lleva dos minutos equilibrarse con el núcleo , es decir que tarda más ,una más grande de 44000 Dalton tarda 30 minutos en equilibrarse con el núcleo y una proteína de más de 60000 Dalton no puede entrar, es decir que el núcleo es permeable a moléculas de menos de 5000 Dalton e impermeable a las moléculas mayores de 60000.


2. Entrada regulada de macromoléculas Se realiza por el método descripto en la hipótesis de la señal. Una proteína que tiene que ir al núcleo debe ser sintetizada con la señal específica que se llama NSL (señal de localización nuclear). Esta es un péptido y se une con la importina alfa, proteína que está en citosol. Esta se une con la importina beta la cual se une con las nucleoporinas de las fibrillas, pasando de una nucleoporina a otra, hasta entrar al núcleo.

3. Salida regulada de macromoléculas Se realiza a la inversa de la entrada por el mismo mecanismo, pero la señal de salida se llama NES (señal de exportación nuclear)

Numero de poros

El nº de los complejos del poro no es estable sino que varía de acuerdo a la actividad del núcleo; cuando el núcleo fabrica más ARN es mayor el nº de complejos del poro. Por ej. : En una célula humana la envoltura nuclear tiene de 3000 a 4000 poros.

Armado y desarmado de la envoltura nuclear

La envoltura nuclear se desarma durante la mitosis con la participación de la lámina nuclear

1. Desensamblaje

Cuando comienza la mitosis la lámina nuclear se despolimeriza por fosforilación de las lamininas; al fosforilarse las lamininas se desarma la lámina y se forman pequeñas vesículas quedando el complejo del poro desarmado en sus componentes. Todos estos componentes quedan en el citoplasma1. las lamininas fosforiladas2. las membranas de la envoltura nuclear formando vesículas y cisternas3. las subunidades del complejo del poro.

2. Ensamblaje El ensamblaje de la envoltura nuclear ocurre cuando las lamininas son desfosforiladas y se

repolimerizan, uniendo entre sí las distintas cisternas y también volviendo a formar los complejos del poro. De esta forma se van generando estructuras que comienzan a rodear a cada cromosoma, como pequeños núcleos separados. Estos se van uniendo hasta que al

juntarse todos queda formado de nuevo el núcleo.

Entonces la clave de todo el proceso de armado y desarmado del núcleo está en la lámina nuclear y podría ser la fosforilación y desfosforilación de las lamininas.


CROMOSOMAS

Introducción

En los primeros 40 años de éste siglo se pensaba que el ADN tenía pocas posibilidades de ser una molécula importante y que llevara la información genética debido a que se consideraba que el ADN solamente tenía una repetición de miles y millones de veces de secuencias de los nucleótidos Adenina, Guanina, Citosina y Timina en ese orden . Actualmente, sin embargo sabemos que la molécula de ADN es enormemente larga, no ramificada, lineal, que tiene varios millones de nucleótidos (100 a 500 millones) y que están dispuestos en un orden irregular pero no al azar sino que específico para cada individuo y que la información genética está contenida en ese orden específico, lineal de los nucleótidos del ADN. Cada molécula de ADN está empaquetada en un cromosoma asociada a proteínas. El total de la información genética que se encuentra en los 46 cromosomas se denomina GENOMA.

ÁCIDOS NUCLEICOS

COMPOSICIÓN QUÍMICA:

Están formados por los siguientes componentes

1- HIDRATO DE CARBONO: es una pentosa, que puede ser la ribosa (ARN) o la desoxiribosa (ADN)

2- BASES CICLICAS NITROGENADAS: Ha-púricas: tienen un anillo hexagonal y otro pentagonal. Tamaño 7 A

AdeninaGuanina

b- pirimídicas: tienen sólo un anillo hexagonal. Tamaño 4 ACitosinaTiminaUracilo

3- ÁCIDO FOSFÓRICO:

DIFERENCIA QUÍMICA ENTRE EL ADN Y EL ARN:

ADN ARN HIDRATO DE CARBONO DESOXIRIBOSA RIBOSA

BASES CICLICAS no tiene uracilo no tiene timina


Los componentes químicos citados se unen formando los siguientes compuestos:

1- NUCLEÓSIDO: es el hidrato de carbono unido a la base nitrogenada.Ejemplos: adenosina (adenina más ribosa)

Guanosina (guanina más ribosa) Citidina (citosina más ribosa) Uridina (uracilo más ribosa) Timidina (timina más ribosa)

2- NUCLEÓTIDO: es un nucleósido más ácido fosfórico.Ejemplos: ácido adenílico (adenosina más ácido fosfórico) ácido guanosínico ácido citidílico ácido uridínico ácido timidínico ATP (adenosintrifosfato) ADP (adenosindifosfato) AMP (adenosinmonofosfato) AMP cíclico 5'3' (segundo mensajero del sistema hormonal) NAD (nicotinamina - adenina - dinucleótido) FAD (flavina - adenina - dinucleótido)

3- POLINUCLEÓTIDO: Es la unión de muchos nucleótidos, que se efectúa por medio del ácido fosfórico, el

cual, recordemos, establece uniones sólo con el carbono 3´ y el 5´de la pentosa. Un polinucleótido con determinadas características es un ácido nucleico

ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)Es un sólo polinucleótido que se caracteriza por tener ribosa y uracilo en lugar de timina. Existen varios tipos, como el ARN ribosómico, el ARN de transferencia y el ARN mensajero. Veremos algunas características, como ilustración

TIPOS DE ARN FUNDAMENTALES___________________________________________________________ARN MENSAJERO RIBOSÓMICO TRANSFERENCIA___________________________________________________________PORCENTAJE 5 % 80 % 15 %DEL TOTAL ___________________________________________________________NÚMERO DE hasta 5.000 de 120 a 5.000 70 a 90


NUCLEÓTIDOS___________________________________________________________

ÁCIDO DESOXIRIBONUCLEICO (ADN)Es un doble polinucleótido, con desoxiribosa y timina en lugar de uraciloResumen de la historia del descubrimiento del ADNEl descubrimiento de la estructura y composición química de la molécula que transporta la información a la descendencia ha sido uno de los grandes logros alcanzados en el desa-rrollo de la investigación científica y en la propia historia de la biología. El modelo de doble hélice del ADN, propuesto por Watson y Crick en 1953, abrió el camino hacia la comprensión de cómo podía desempeñar esta molécula sus funciones, almacenando y transmitiendo la información genética. Desde entonces se ha registrado un gran avance en el campo de la biología molecular, en un intento de explicar cómo interactúa el ADN con los demás componentes de la célula viva para expresar su información. Las investigaciones que llevaron al descubrimiento de los ácidos nucleicos fueron reali-zadas por F. Miescher (1844-95), quien aisló núcleos de células del pus, procedentes de vendajes quirúrgicos, y demostró que contenían un extraño compuesto al que denomino nucleina. Más delante demostró la existencia de unos compuestos en las cabezas de los espermatozoides del salmón, los ácidos nucleicos, unidos a unas proteínas, las protaminas. A comienzos de este siglo se descartó que los ácidos nucleicos pudieran transportar la información genética. Ello se debía a su composición, en apariencia simple. Se creía que estaban formados por las cuatro bases, dispuestas de una forma repetitiva. En los años veinte, los científicos distinguían dos tipos de ácidos nucleicos, uno que se obtenía del núcleo de las células animales y otro que provenía del núcleo de las células vegetales. La primera evidencia de que disponemos sobre la naturaleza del material hereditario se la debemos a F.Griffith, médico norteamericano que estudiaba, a finales de los años treinta, las causas que producían la neumonía , enfermedad respiratoria grave, en ese entonces ,provocada por una infección de la bacteria Streptoccocus pneumoniae. Aisló dos cepas (tipos) bacterianas, una virulenta (S), con cápsula y otra no virulenta, sin cápsula, llamada R. Al inyectar bacterias S a ratones, estos enfermaban y morían, ya que las bacterias, protegidas por su cápsula, podían reproducirse e infectar. Al estudiar los cadáveres de los ratones, recuperó bacterias S. Por otra parte, tras matar bacterias S por medio del calor, las inyectó en ratones que sobrevivieron. Por último, se inyectaba a los ratones bacterias del tipo R, los ratones sobrevivían, pues los sistemas de defensa de estos destruían las bacterias, ya que no poseían cápsula protectora. En busca de un mejor conoci-miento del proceso infeccioso, Griffith realizo una prueba que resulto decisiva: inyectó una mezcla de bacterias S muertas y de bacterias R vivas; los ratones enfermaron y murie -ron, recuperándose las bacterias S vivas. Que había ocurrido? Griffith no pudo explicarlo por completo, aunque concluyó que alguna sustancia de las bacterias S, resistente al calor , había transformado a las bacterias R , convirtiéndolas en bacterias S virulentas . Unos años más tarde , Avery y sus colaboradores encontraron la explicación a este fenómeno . La transformación tenía lugar cuando se añadía ADN de bacterias S al medio de cultivo de las bacterias R . De ese modo , las moléculas de ADN , libres en el medio , podían entrar en contacto con la pared bacteriana , penetrar en su interior y , mediante un proceso de entrecruzamiento , sustituir la información genética de la bacteria receptora . A partir de ese momento , la bacteria , con la nueva información , fabricaba la cápsula protectora ,


convirtiéndose en virulenta y transmitiendo dicha información a sus descendientes . El investigador observa que un fragmento de ADN puede contener la información genética necesaria para realizar una función , fabricar la cápsula , ya que previamente la bacteria receptora no poseía esa información . La experiencia de Avery fue la primera prueba expe-rimental de que la molécula química portadora de la información hereditaria era el ADN . No obstante , no se comprendió la importancia del descubrimiento , dado que el conoci-miento que se tenía de la estructura del ADN era incompleto . Aunque se pensó que podía ser el ADN el material hereditario en bacterias y virus, su aparente simplicidad podía no ser suficiente para los seres vivos superiores . En 1952 , Hershey y Chase demostraron que el ADN era el material genético de un virus bacteriófago (T2)

La doble hélice de ADN : el modelo de Watson y Crick

A comienzos de la década de los cincuenta ya se conocía la composición del ADN . Los trabajos de Chargaff y colaboradores habían permitido llegar a las siguientes conclusiones : La proporción relativa de las cuatro bases presenta una gran variabilidad entre las especies . Sin embargo, estas proporciones son similares entre individuos de la misma especie . La cantidad de adenina es igual a la de timina y la de guanina a la de citosina . Esta re lación , A=T , G=C , se denomina principio de equivalencia de las bases . Como consecuencia de lo anterior , la cantidad de purinas es igual a la de pirimidinas . En esta época , Wilkins y colaboradores utilizaban métodos de difracción de rayos X para determinar la estructura física del ADN . Estos métodos se basan en la propiedad que tienen los átomos de cualquier sustancia química de desviar un haz de rayos X . La estructura de la sustancia es la que establece la desviación , que resulta característica para ella . Al colocar una placa radiográ-fica detrás de una sustancia y bombardearla con rayos X , los haces derivados impresionan la emulsión fotográfica produciendo puntos y líneas característicos . Cada punto representa el rayo desviado por un grupo atómico específico . Midiendo distancias y ángulos , se pueden calcular las posiciones relativas de los átomos en la molécula . De estos estudios se dedujeron algunas de las propiedades que debía cumplir la estructura del ADN : La molécula debe ser larga y delgada , con un diámetro constante de 2 nm . Debe poseer una estructura repetitiva , con dos tipos de repeticiones , una cada O,34 nm y otra cada 3,4 nm......Su estructura ha de ser helicoidal . Con todos estos datos y conociendo , como poco antes habían demostrado Pauling y colaboradores , que muchas proteínas poseían una estructura secundaria en doble hélice estabilizada mediante puentes de hidrógeno , Watson y Crick propusieron en 1953 que la estructura del ADN era una doble hélice.

Estructura primaria del DNA : es la fórmula química

Estructura secundaria : modelo de Watson - Crick

El ADN está formado por dos largas cadenas de polinucleótidos enfrentadas y paralelas.


Cada nucleósido está dispuesto en un plano perpendicular a la cadena polinucleotidica.Ambas cadenas están unidas por puentes de hidrógeno doble o triple entre las bases nitrogenadas que se enfrentan o aparean. El puente de H es una unión débil que puede rom-perse fácilmenteEl apareamiento es específico : siempre una base púrica se aparea con una base pirimídica , ya que la distancia disponible para aparearse es fija (11 A). El apareamiento también es específico según el número de puentes de H que puede establecer cada base .Adenina : establece dos puentes Timina : dos puentesCitosina : tres puentes Guanina : tres puentes Por lo tanto las bases se aparean siempre de la siguiente manera :

Adenina con Timina Citosina con Guanina

Esta doble cadena se encuentra formando una doble helicoide alrededor de un eje imaginario. Cada vuelta del helicoide tiene 34 A y contiene 10 nucleótidos , por lo tanto cada nucleótido ocupa 3,4 ALa mayor parte del ADN de una célula está enrollado hacia la derecha , llamándose B-ADN , pero una parte está enrollada hacia la izquierda , denominándose Z-ADN (por zig-zag) , formando una estructura más larga y delgada que el B-ADN.El B-ADN es más estable y por ende menos susceptible a mutaciones y agentes cancerígenos.El Z-ADN está más expuesto y se supone que tanto las mutaciones como los agentes productores de cáncer actuarían con más facilidad en ese sector de la molécula. También se relaciona está zona de ADN con regiones inactivas del cromosoma.

RESUMIENDO: DIFERENCIAS ENTRE B-ADN Y Z-ADN__________________________________________________________DIFERENCIA B-ADN Z-ADN__________________________________________________________ENROLLAMIENTO derecha izquierdaCANTIDAD mayor menorESTABILIDAD mayor menor__________________________________________________________También existe una estructura del ADN llamada A-ADN que es artificial y se obtiene por deshidratación de la forma B-ADN , pero se cree que las zonas de ARN de doble cadena , como ciertas zonas de la molécula del ARNt y el ARNm , tendrían una estructura tipo A. Se caracteriza por que los planos de los pares de bases están desplazados unos 20 grados con respecto al eje, y el giro completo se produce cada 28 A en lugar de 34.El cociente entre A+T/C+G es constante para cada especie y tipo celular. Esto se denomina regla de Chargraff.


La función del ADN es que lleva en sí en forma de clave, los caracteresGenéticos: código genético. Se localiza fundamentalmente en el núcleo pero actualmente se sabe que también hay algo en el citoplasma.


Cantidad de ADN

Cada molécula de ADN tiene un tamaño de 1,7 a 8,5 cm de largo cuando está totalmente desenrollada lo que hace que el total de 46 cromosomas tenga una longitud total de 1,80 m de largo. Como es tan delgado y tan largo la más mínima fuerza mecánica lo rompe, de modo que el ADN de alguna manera tiene que estar protegido y empaquetado. Una célula humana contiene 46 cromosomas conteniendo 6x109 pares de nucleótidos ; otros mamíferos tienen tamaños similares de cantidad de ADN . Esa cantidad de ADN entraría en teoría en un cubito de casi 2 micrones de lado ; en ese cubo estaría toda la información genética de un humano ; en comparación la misma cantidad de letras escritas en un libro de tamaño chico ocupan un millón de páginas , lo cual es 1017 más espacio de lo que ocupa el ADN .

Relación entre cantidad del ADN y complejidad del organismo

La cantidad de ADN que tiene la célula de un organismo no es proporcional a la complejidad del organismo .Los genomas de los organismos más evolucionados contiene un gran exceso de ADN. Las aves tienen menos ADN que los mamíferos; algunos anfibios tienen muchísimo más ADN que los humanos; plantas, como los porotos tienen muchísimo más ADN que el humano. El humano tiene unas 700 veces más ADN que las bacterias pero a su vez los anfibios y plantas pueden tener 30 veces más que la célula humana (además es muy variable la cantidad de ADN dentro de los anfibios mismos ya que hay anfibios que tienen 200 veces mayor ADN que otros),

ADN no repetitivo o de copia única

Del total del ADN el 57 % son secuencias de nucleótidos que no se repiten en el resto de los cromosomas. Es el ADN de copia única. El 1 % del ADN de copia única son genes, el resto es de función desconocida

ADN repetitivoEn el hombre, el ADN repetitivo comprende aproximadamente el 53% de toda la secuencia y la mayoría se derivan de elementos transponibles (Smit, 1999). En sentido general, las repeticiones pueden agruparse en 5 clases (IHGSC, 2001):

1. Repeticiones derivadas de transposones (secuencias de ADN que pueden cambiar su posición en el genoma), referidas como repeticiones interdispersa.

2. Copias retropuestas de genes celulares inactivos total o parcialmente, referidas como seudogenes procesados.

3. Repeticiones simples, que consisten de secuencias simples que se repiten una tras otra en segmentos relativamente cortos.


4. Segmentos duplicados, donde pequeños segmentos han sido copiados en otra parte del genoma.

5. Bloques de ADN repetitivo localizado en regiones específicas, tales como centrómeros, telómeros (extremos de los cromosomas), grupos de genes ribosomales y otros.

El ADN repetitivo generalmente es descrito como basura y se descarta por no ser informativo. Sin embargo, él representa una fuente extraordinaria de información acerca de diversos procesos biológicos. Las repeticiones constituyen un record paleontológico que posee pistas claves de eventos y fuerzas evolutivas que operan en la naturaleza. Cuando tienen un rol pasivo, pueden ser usados para estudiar los procesos de mutación y selección. Cuando su rol es activo, el ADN repetitivo ha producido cambios en el genoma, causando re-arreglos importantes en el orden de los segmentos, creando nuevos genes o modificando y reordenando genes existentes.

Al comparar el ADN repetitivo humano con el de otras especies nos damos cuenta de que la porción eucromática (segmento de cromosomas que contiene la mayoría de los genes, en contraste con la heterocromática que contiene casi exclusivamente ADN repetitivo) contiene una mayor densidad de copias de elementos transponibles que los segmentos eucromáticos de las otras especies.

Además, el genoma humano está lleno de copias de transposones ancestrales y sólo un 6% se estima que está activo. En las otras especies, sin embargo, los transposones son de origen reciente y entre un 25 a 87% está activamente moviéndose en el genoma (IHGSC, 2001). Por último, en el genoma humano, 2 tipos de repeticiones (LINE1 y Alu) representan el 60% de todas las secuencias repetitivas dispersas, mientras que en los otros genomas no existe dominancia de tipos específicos de repeticiones.

Secuencias imprescindibles de un cromosoma

Para formar un cromosoma que funcione, la molécula de ADN tiene que tener capacidad para:

1-Sintetizar ARN2-Duplicarse a sí mismo haciendo que la información llegue a la generación siguiente

Para que un cromosoma pueda cumplir éstas funciones, debe presentar tres zonas especializadas constituidas por secuencias especiales de nucleótidos; éstas tres zonas van a ser responsables de guiar la maquinaria que duplica el ADN y los separa para ir a las células hijas. Esas tres secuencias son:

1. SITIO DE ORIGEN DE LA REPLICACION: es el sector o secuencia en el cromosoma que indica donde debe comenzar la replicación siendo imprescindible que lo tenga un cromosoma para poder duplicarse.

2. CENTROMERO: que une la molécula de ADN al huso mitótico durante la división.3. TELOMERO: es el extremo de un cromosoma ; tiene secuencias especiales que se


necesitan para que cuando se duplique el cromosoma se pueda mantener siempre el mismo tamaño del mismo ; si no existiera el telómero el cromosoma cada vez que se duplica sería un poco más corto . El telómero permite que se mantenga el largo del cromosoma, el largo del ADN porque el telómero es periódicamente alargado por una enzima que se llama TELOMERASA que compensa la pérdida de nucleótidos durante la duplicación.

Empaquetamiento del ADN

Las moléculas de ADN son muy largas y miden varios centímetros en lo que corresponde a cada cromosoma, por eso se encuentran plegadas, ya que deben ocupar un espacio muy reducido que es el núcleo.

Por ejemplo, la longitud de la molécula de ADN de un cromosoma humano del par 1 es 1,3 cm, pero está enrollado formando una fibra de 230 A de espesor por 1306 u de largo en la interfase (cromatina) y se acorta 122 veces en la división, cuando la cromatina se transforma en cromosomas.

Como el ADN está enrollado una vez y luego vuelto a enrollar, se dice que está súper enrollado o sobre enrollado.

El ADN se enrolla de tal manera al formarse los cromosomas que la longitud del ADN que los forma, si estuviera desenrollado seria hasta 10.000 veces mayor.

La relación entre los cromosomas y la cromatina, a la luz de estos conocimientos, es muy sencilla: son lo mismo, salvo que los cromosomas están más enrollados que la cromatina. Por eso actualmente se usan como sinónimo los términos cromatina y cromosoma, o se habla de cromosoma interfásico, refiriéndose a la cromatina.

El ADN entonces está empaquetado por una estructura compacta con la ayuda de proteínas especializadas, estas proteínas se dividen en dos tipos:

*LAS HISTONAS*LAS PROTEINAS CROMOSOMICAS NO HISTONICAS

Las dos clases de proteínas más el ADN constituyen lo que se llama la CROMATINA.

Las histonas son exclusivas de los eucariontes, están presentes en una cantidad enorme, habiendo 60 millones de moléculas de cada tipo de histona por célula, de modo que la cantidad de histonas que hay es igual que la cantidad de ADN. Las histonas son proteínas relativamente chicas que tienen muchos Aa con carga (+) como la lisina y la alanina, lo cual ayuda a unirlas al ADN que tiene carga (-); las histonas solamente en ocasiones raras se desprenden del ADN e influyen en cualquier reacción que ocurra en los cromosomas.


Tipos de histonas

Hay 5 tipos de histonas que se dividen a su vez en dos grupos:*LAS HISTONAS NUCLEOSOMALES*LAS HISTONAS NO NUCLEOSOMALES

Histonas nucleosomales Son las responsables del enrollamiento del ADN en el nucleosoma y son H2A, H2B, H3 y H4. Son unas de las proteínas más conservadas, o sea de las que menos han evolucionado, así que cualquier cambio que ocurra en las histonas se sospecha que debe ser muy perjudicial.

Histonas no nucleosomalesEs la histona H1, que es más larga, tiene 220 Aa y ha variado mucho a través de la evolución.

Las histonas nucleosomales se asocian al ADN para formar los nucleosomas que son la unidad de la cromatina. Si el ADN no estuviera enrollado, cada molécula en cada cromosoma daría la vuelta cientos de veces al núcleo. Las histonas son las que juegan un papel crucial en el empaquetamiento de cada molécula para que entre en el núcleo, pero su papel en el plegamiento del ADN es importante también por otra razón: porque cada cromosoma está empaquetado de una forma distinta y la forma por la cual está empaquetado cada segmento de ADN influye en la actividad de los genes o sea que en el empaquetamiento gracias a las histonas también influye, regula la actividad de los genes.El mayor avance en el estudio de las estructuras de cromatina ocurrió en el año 1974 cuando se descubrieron los nucleosomas.

1. Primer nivel de enrollamiento del ADN: los Nucleosomas

Los nucleosomas están formados un centro proteico formado por las histonas nucleosomales H2A, H2B, H3 y H4 que forman un cilindro de 11 nm de diámetro; La H2A se une con la A2B con ayuda de otra proteína, la nucleoplasmina. La H3 se une con la H4 con la ayuda de otra proteína llamada N1; alrededor de ese centro proteico la molécula de ADN da algo menos de dos vueltas con un largo de 146 pares de nucleótidos quedando constituido el nucleosoma.

Luego el ADN vuelve a enrollarse sobre otro cilindro de histonas igual al anterior pero en el sentido inverso en el nucleosoma que sigue. El ADN que se encuentra entre un nucleosoma y otro se llama ADN LIGADOR o espaciador, teniendo una longitud de 20 a 50 pares de bases. Un gen puede tener cerca de 50 nucleosomas.

El diámetro de los nucleosomas separados entonces es de 11nm; si por procedimientos químicos se los sigue desarmando, nos encontramos con los dos componentes nucleosomales que son

1. CENTRO DE PROTEINAS : formada por 2 moléculas de cada una de las histonas


nucleosomales que son las H2A , H2B, H3, H4 2. ADN: que exactamente tiene 146 pares de nucleótidos.

Los nucleosomas uno a continuación del otro con éste tipo de enrollamiento constituye lo que se llama FIBRA FINA de cromatina o FIBRA DE 11nm de diámetro que es el primer nivel de enrollamiento del ADN.

El nucleosoma mas la histona H1 forman el cromatosoma

2. Segundo nivel de enrollamiento: el solenoide

El segundo grado de enrollamiento consiste en que los nucleosomas se enrollan uno sobre otro formando una estructura tridimensional de 30 nm de dm formando una FIBRA GRUESA o SECUNDARIA con aspecto de solenoide con un diámetro de 6 nucleosomas. En este enrollamiento interviene la histona H1. La histona H1 unida al nucleosoma determina que los nucleosomas se pueden enganchar uno a continuación de otro. La forma particular por la cual la histona H1 está unida a los nucleosomas determina el aspecto de la fibra de 30 nm. Los nucleosomas se disponen uno al lado de otro en nº de 6 visto de frente. Hay partes donde el solenoide es interrumpido por sectores con enrollamiento de primer nivel solamente, donde se encuentran proteínas no histónicas reguladoras de la actividad genética.

3. Tercer nivel de enrollamiento: los lazos

Ciertas proteínas no histónicas forman un eje al cual se une el solenoide a periodos regulares, formando lazos o bucles. Cada lazo podría ser un gen, o lo que es lo mismo, un gen ocupa aproximadamente un lazo.

4. Cuarto nivel de enrollamiento: la cromatina

El cordón proteico con lazos de ADN se enrolla nuevamente sobre sí mismo, por acción de la histona H1 y otras proteínas, formando la cromatina. Este grado de enrollamiento es variable: se compacta mucho la cromatina se denomina heterocromatina; si se compacta poco se denomina eucromatina.

5. Quinto nivel de enrollamiento: los cromosomas

La cromatina durante la división celular se enrolla aun mas, constituyendo los cromosomas.

Con respecto a los cromosomas, con la excepción de algunos casos como los cromosomas politénicos o plumulados en la interfase son muy delgados y entonces no son detectables con el microscopio. Solo se ve la cromatina pero no se puede distinguir si es un cromosoma y no se puede saber dónde empieza y dónde termina El enrollamiento de la cromatina para formar los cromosomas reduce 10 veces el largo de la cromatina y eso permite que los


cromosomas sean fácilmente manipulables durante la mitosis. Esa condensación de la cromatina para transformarse en cromosoma está producida por la fosforilación de la histona H1

Heterocromatina

El grado de condensación de la cromatina determina la actividad de los genes. Cuando la cromatina está muy condensada los genes están inactivos, esta es la HETEROCROMATINA. Cuando la cromatina está menos extendida o menos condensada se llama EUCROMATINA y los genes están activos.

La heterocromatina entonces son regiones de la cromatina que permanecen más condensadas durante la interfase y la profase temprana, formando los cromocentros o falsos nucléolos. El resto de la cromatina se llama eucromatina. La heterocromatina se colorea en forma más intensa o menos intensa que las otras regiones de la cromatina. A eso se lo llama heteropicnosis positiva. El cromocentro o falso nucléolo es entonces una zona de heterocromatina con heteropicnosis positiva. La heterocromatina se duplica tardíamente.

Tipos de heterocromatina:

1. Facultativa2. Constitutiva

1- FACULTATIVA:

Es el caso de la cromatina sexual o corpúsculo de Barr y Bertram. Este es un corpúsculo heterocromático que se encuentra en los núcleos de las células de las hembras en mayor proporción que en los de los machos. Fue descubierto por Barr y Bertram en 1949 en las neuronas de los gatos hembras. Con el M.O. aparece como una zona de heterocromatina con heteropicnosis positiva, o sea que es un falso nucléolo.

Ubicación:

1- cerca del nucléolo2- en la cara interna de la envoltura nuclear3- libre en el nucleoplasma4- como una expansión nuclear. El ejemplo de esta ubicación es el llamado "palillo

de tambor" que se observa en los leucocitos neutrófilos.

Recuerde que el 90 % de las células de las mujeres no tienen esta ubicación en forma de drumsticks

Origen: El corpúsculo de Barr es un sector de cromatina correspondiente a un cromosoma X


de los dos que tiene la hembra, pero inactivo genéticamente. La cromatina correspondiente al otro cromosoma X es activa y se observa eucromática, no heterocromática. Dicho de otro modo, la hembra humana tiene dos cromosomas sexuales iguales, los dos cromosomas "X”, que llevan información referente a los mismos caracteres, como todo par de cromosomas iguales u homólogos (ver luego).Pero sólo se necesita que este activo un cromosoma "X”, con eso es suficiente a los fines de la información genética. El cromosoma "X" que no se necesita se inactiva, para lo cual se enrolla más que el resto transformándose en una zona heterocromatina, que es el corpúsculo de Barr. El hombre, como tiene un sólo cromosoma X, necesita que este activo, no tiene ningún X inactivo, por lo cual no tiene corpúsculo de Barr.

En el embrión humano, hasta los 16 o 18 días del desarrollo, los dos cromosomas X son eucromáticos, o sea que no hay todavía corpúsculo de Barr. Pero a partir de ese momento, una parte de uno de los dos cromosomas X se inactiva genéticamente y se hace heteropicnotico, transformandose en el corpúsculo de Barr.

El cromosoma X que se inactiva puede ser cualquiera de los dos, al azar. En 100 células de una hembra 50 tienen inactivo el X materno y 50 el paterno.

Número de corpúsculos de Barr:

Número de cromosomas X - 1

Si un individuo tiene 3 cromosomas X tendrá 2 corpúsculos de Barr. Esto sucede en casos llamados aberraciones cromosómicas.

Frecuencia con que aparece el corpúsculo de Barr en las hembras:

Contrariamente a lo esperado no aparece en el 100% de las células.

Su frecuencia de aparición varía de acuerdo a las células estudiadas. Ejemplos

tejido nervioso : 85 % epitelio bucal : 20 a 50 % epitelio amniótico : 96 %

Como se comprenderá el estudio del epitelio amniótico del feto es un buen método para diagnosticar el sexo del mismo.

Aplicación medica:

diagnostico de sexo intrauterino diagnostico de estados intersexuales permite relacionar ciertas anomalías congénitas con anomalías

cromosómicas.


2- CONSTITUTIVA:

Corresponde en el núcleo en división a la región del centrómero (heterocromatina centromérica), los telómeros y a otros lugares del cromosoma. Es la heterocromatina más común. Son zonas de cromatina donde el ADN se encuentra más enrollado que en el resto.

Función:

La mayor parte es inactiva genéticamente, pero tiene algunos genes activos también.

Diferencias entre la cromatina activa y la inactiva

Hay 5 diferencias descubiertas hasta el momento:

1. LA HISTONA H1: está menos unida a la cromatina activa y hay subtipos particulares de histona H1 específicos en la cromatina activa.

2. LAS HISTONAS NUCLEOSOMALES : que están presentes en la cromatina activa están más asimiladas

3. LA HISTONA H2B: en la cromatina activa está menos fosforilada.4. LA CROMATINA ACTIVA: tiene una gran cantidad de un tipo especial de histona

H2B.5. LOS NUCLEOSOMAS: en la cromatina activa están unidas a dos proteínas especiales

que se llaman HVMG14 y HVMG17 no se sabe la importancia de éstas proteínas.

Bandeo cromosómico

Los 46 cromosomas humanos constituyen el CARIOTIPO. Se han utilizado métodos de tinción que hacen que los cromosomas se tiñan con bandas oscuras alternando con bandas claras denominándose BANDEO DE CROMOSOMAS, que se utiliza para facilitar su clasificación. Gracias a éstos estudios de bandeo se ha podido establecer la diferencia y parecidos entre los cromosomas de distintas especies. Los chimpancés tienen 48 cromosomas, 2 más que el humano; todos son iguales solo que dos cromosomas del chimpancé se han unido para formar un único en el humano. Esta es la única diferencia cromosómica entre el humano y el chimpancé.


Hay distintos tipos de bandas de acuerdo a la técnica utilizada:1. BANDAS G 2. BANDAS R 3. BANDAS C4. BANDAS Q

Morfología de los cromosomas en estado de metafase:

Los cromosomas se estudian en metafase porque en esta etapa de la mitosis alcanzan el máximo grado de espiralizacion y deshidratación, haciéndose más fácilmente visibles. Están constituidos por dos brazos separados por una zona adelgazada llamada constricción primaria, dentro de la cual encontramos el centrómero. El centrómero contiene ADN repetitivo satélite y forma heterocromatina constitutiva durante la interfase. Tiene los genes que forman las proteínas de las cinetocoros. La constricción primaria desvía el brazo del cromosoma, siendo el vértice de la "V" que forman los brazos. La constricción secundaria no desvía el brazo y se colorea menos. El extremo de los brazos se llama telómero. En algunos cromosomas el extremo es más grande, denominándose satélite.

Clasificación de los cromosomas de acuerdo a la forma

Cada cromosoma posee dos brazos, uno largo (llamado q) y otro corto (llamado p) separados por el centrómero, los cuales se conectan de forma metacéntrica, submetacéntrica, acrocéntrica, o telocéntrica.

1. Metacéntrico

Un cromosoma metacéntrico es un cromosoma cuyo centrómero se encuentra en la mitad del cromosoma, dando lugar a brazos de igual longitud.

Cuatro pares de los cromosomas humanos poseen una estructura metacéntrica, el 1, el 3, el 19 y el 20. También, el cromosoma X se presenta así.

2. Submetacéntrico

Un cromosoma submetacéntrico es un cromosoma en el cual el centrómero se ubica de tal manera que un brazo es ligeramente más corto que el otro.

La mayor parte de los cromosomas humanos son submetacéntricos excepto los cromosomas 1, 3, 19, 20 y el X que son metacéntricos y 13, 14, 15, 21 y 22 que son acrocéntricos. Además, el cromosoma Y a veces es considerado submetacéntrico aunque otros lo


describen como acrocéntrico sin satélite.

3. Acrocéntrico

Un cromosoma acrocéntrico es aquel cromosoma en el que el centrómero se encuentra más cercano a uno de los telómeros, dando como resultado un brazo muy corto (p) y el otro largo (q).

De los 23 pares de cromosomas humanos el cromosoma 13, el 14, el 15, el 21 y el 22 son acrocéntricos y actúan como organizadores nucleolares.

4. Telocéntrico

Un cromosoma telocéntrico, es un cromosoma en el que el centrómero está localizado en un extremo del mismo.

Ninguno de los cromosomas humanos presenta esta característica; pero, por ejemplo, los 40 cromosomas del ratón común son telocéntricos

CROMONEMA: Es la fibra de nucleoproteínas (ADN+proteínas) espiralada que constituye cada cromosoma. Cada cromosoma tiene dos fibras de ADN, dos cromonemas, ya que la molécula de ADN está duplicada cuando se forman los cromosomas, porque lo hace en el periodo S de la interfase.

CROMÓMERO: Es la parte más gruesa del cromonema

CROMÁTIDA: Es un concepto funcional y equivale a la mitad del cromosoma. Por lo tanto puede decirse que el cromosoma está formado por dos cromátidas llamadas hermanas unidas por el centrómero.

CINETOCORO

Son dos placas proteicas, formadas por las proteínas Cenp tipo A, B, C y D, situadas cada placa una a cada lado del centrómero. Cada placa es trilaminar. La cara externa es convexa y la cara interna es cóncava. La cara interna está en contacto con la cromatina , la cual se introduce en el cinetocoro formando un asa en la cara externa y volviendo a la cara interna , como si fuera el cinetocoro un botón y la cromatina el hilo que lo cose al cromosoma . En la cara externa se unen las fibras del huso mitótico durante la mitosis.

CONSTANCIAS MORFOLÓGICAS Y NUMERICAS DE LOS CROMOSOMAS:


Son las características fijas de los mismos

1-Número: es constante y específico para cada especie. En el humano hay 46, 44 autosomas y 2 sexuales.

2-Forma: es característica de cada par y especie, y está dada por la posición del centrómero, la constricción secundaria, la presencia de satélites, etc.

3- Tamaño

4-Estructura

5-Comportamiento en la mitosis: algunos, como los sexuales tienen un comportamiento especial.

GENOMIO:Es el conjunto de genes que se encuentra en el número de cromosomas de las células germinales, o sea del óvulo y el espermatozoide.

CROMOSOMAS GIGANTES:

Tienen mucho más ADN que un cromosoma común. Existen dos variedades llamadas cromosomas politénicos y cromosomas plumulados.

CARIOTIPO:

Es el conjunto de constantes cromosómicas que identifican el género y la especie.

Son las características de todos los cromosomas de un individuo, que son similares en los del mismo género y especie.

IDIOGRAMA:

Es la representación ordenada de los cromosomas de una célula en orden de tamaño creciente y puestos de a pares.

Se utiliza la clasificación en 7 grupos de Denver o Londres.

GRUPO DESCRIPCION PARES

___________________________________________________________

1 METACÉNTRICOS 1 A 3

2 SUBMETACÉNTRICO 4 Y 5


3 (X) SUBMETACÉNTRICOS 6 A 12

4 ACROCÉNTRICOS 13 A 15

5 SUBMETACÉNTRICOS 16 A 18

6 METACÉNTRICOS 19 Y 20

7 (Y) ACROCÉNTRICOS 21 Y 22

Célula diploideEl número completo de cromosomas de la célula somática se llama número diploide. (46)

Célula haploideEl número de cromosomas que se encuentra en las gametas, se llama número haploide (23).

NUCLEOLO

Es un corpúsculo que se encuentra dentro del núcleo de la mayoría de las células. Es el lugar donde se sintetiza el ARN ribosómico.

Componentes del nucléolo:

a- asa cromatínica

b- área granular

c- área fibrilar

d- matriz

Describiremos someramente estos componentes:

1- Asa cromatínica o cromatina asociada al nucléolo u organizador nucleolar:

Es la única parte constante del nucléolo, ya que no desaparece nunca. Está formada por cromatina, específicamente por heterocromatina .Dicho de otro modo, representa regiones hetrocromáticas del cromosoma, asociadas al nucléolo.

2- área fibrilar:

Ocupa la región central del nucléolo.

Es ARN 45 s. Este ARN es el precursor de los demás tipos de ARNr, excepto el ARN 5 s,


que se origina fuera del nucléolo.

3- área granular:

Ocupa la parte periférica del nucléolo.

Es ARN 28 s

4- matriz:

Es proteica. Es la parte amorfa sobre la cual se encuentran las demás

CICLO NUCLEOLAR:

Para comprenderlo debemos repasar algunos conceptos:

El ADN del núcleo sufre transformaciones muy grandes a lo largo del ciclo de la célula. Cuando la célula está en interfase, el ADN se encuentra desenrollado formando grandes vueltas, y se llama cromatina. Un segmento de ese ADN posee la información necesaria para la síntesis del ARNr y se llama ASA CROMATINICA U ORGANIZADOR NUCLEOLAR. El asa cromatínica origina al área fibrilar y esta al área granular, como pasos en la génesis de los ribosomas. Por lo tanto en la interfase, el nucléolo queda con la estructura que ya señalamos.

Pero cuando el núcleo comienza la división, el ADN se enrolla o espiraliza y pasa a denominarse cromosomas, que entonces no son más que el mismo ADN de la cromatina pero dispuesto de otra manera en el espacio. Cuando el ADN organizador nucleolar se espiraliza, las áreas fibrilares y granulares se dispersan.

Entonces, si en la interfase hay un segmento de cromatina formada por ADN organizador nucleolar o asa cromatínica, en el núcleo en división debe haber un segmento de ADN formando parte de algún cromosoma, que corresponda a ese mismo ADN. El cromosoma que tiene este segmento de ADN se llama cromosoma nucleolar. El ADN organizador nucleolar se encuentra formando zonas llamadas nucleolares que están en relación con las constricciones secundarias de ese cromosoma. Generalmente hay 2 cromosomas nucleolares en cada célula.

Es importante recordar entonces que cuando se forman los cromosomas desaparece el área fibrilar y granular del nucléolo, el cual ya no puede distinguirse.

Podemos ya entender el enunciado del ciclo nucleolar:

El nucléolo desaparece aparentemente en la profase y reaparece en la telofase.


Recordar que el ADN nucleolar siempre existe.

Función del nucléolo:

Está relacionado con la biogénesis de los ribosomas.

El asa cromatínica posee información genética para la síntesis de ARN ribosómico, el cual se origina en varias etapas intermedias.

NÚCLEO Y ÁCIDOS NUCLEICOS

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