Morfofuncional 1

El núcleo

Eucariotas (núcleo verdadero), procariotas (antes del núcleo)

Generalidades del núcleo

Primera estructura celular descubierta. Van Leeuwenhoek (animáculos y microscopios), Bauer (salmón), Brown (núcleo, que se refiere a la posición). Mide 6mm en mamíferos. La eucromatina es la que se ve oscura.

Componentes del núcleo

• Bicapa lipídica, su membrana externa se conecta con el RE, sus membranas tienen poros y láminas nucleares.

– La envoltura nuclear

• Lo separa del citoplasma y es selectiva, protege al genoma y es una interfaz mecanotransductora.

– Las membranas nucleares

• Asociadas a proteínas, continuas.
• – Externa.- asociada con RE y ribosomas en el espacio perinuclear
• – Interna.- asociada con cromatina y lámina nuclear. Se lleva a cabo la traducción, replicación y transcripción. Son selectivas.

– Poros nucleares

1959, Collan&Tomlin. Son canales acuosos por red de nucleoporinas (30 tipos). Regula la entrada de proteínas y RNA. Son pesadas (4k en células mamíferos). 1k macromoléculas c/u. Difusión pasiva

• –También se relacionan con acuaporinas.
• – Las secuencias de localización nuclear (NLS, por sus siglas en inglés). Estas secuencias son reconocidas por proteínas llamadas importinas o adaptadoras, que se unen a proteínas de un complejo llamado complejo poro nuclear (NPC) para permitir selectivamente la importación de moléculas al núcleo celular.
• – Los F-G se refieren a las proteínas de la familia de las proteínas F-G nucleoporinas, que forman parte de la estructura del complejo poro nuclear (NPC) y están involucradas en regular el transporte de moléculas hacia y desde el núcleo de la célula.

Estas proteínas son importantes para el funcionamiento de los poros nucleares.–1k trans locaciones por segundo

– Lámina nuclear

Malla de filamentos alineados a la membrana nuclear interna.

• – El Complejo LINC (complejo de enlace nucleocitoplasmático). conjunto de proteínas que conecta el nucleo con el citoplasma en las células eucariotas. Se compone de lámina A/C, B Y PROTEÍNAS
• – Da estabilidad mecánica
• – Conservada evolutivamente
• – Abajo de la membrana nuclear interna
• – Los filamentos tipo V son una clase específica de filamentos intermedios que se encuentran en la lámina nuclear.
• – La “interfaz membrana-cromatina” se refiere a la región donde la membrana nuclear y la cromatina (el material genético dentro del núcleo) interactúan y se comunican

• – Implicaciones: organización genoma, regula cromatina porque se asocia con la reprimida y regula la transcripción y traducción porque secuestra factores transcripcionales
• – Desensamblada en profase y vuelta a armar en telofase
• – Laminopatía: LMNA (síndrome progeria)

– Cromatina

En una célula somática humana típica, hay 46 cromosomas, que se organizan en 23 pares.

• – Cada cromosoma contiene una molécula larga de ADN, excepto durante la división celular, cuando el ADN se duplica y se condensa para formar las estructuras visibles llamadas cromátidas. Por lo tanto, en una célula somática humana no dividida, hay 46 moléculas largas de ADN, una por cada cromosoma presente en el núcleo.
• – Las bandas G son patrones visibles que se forman en los cromosomas cuando se tiñen con ciertos colorantes, como el Giemsa.

– Núcleo en interfase

En esta etapa, el núcleo está organizado y funcional, no está experimentando divisiones. Se divide en tres fases:

• G1. El núcleo está activamente involucrado en la transcripción y la síntesis de proteínas. Se prepara para la replicación del ADN en la siguiente fase.
• S. El núcleo contiene la cromatina, que es la forma relajada y desenrollada del ADN que permite la replicación.
• G2. El núcleo continúa su preparación para la división celular. Aquí, ocurre la síntesis de proteínas y la preparación general para la mitosis o la meiosis, dependiendo del tipo de célula.
• – Durante la interfase, el núcleo se mantiene estructuralmente intacto y funcional, con sus componentes, como la cromatina, los nucleolos y la membrana nuclear, desempeñando roles activos en la regulación y el funcionamiento celular.

*MODELO 1. Modelo del territorio cromosómico

Este modelo sugiere que cada cromosoma ocupa un territorio específico y no superpuesto dentro del núcleo. Propone que los cromosomas se organizan en regiones o territorios distintos, manteniendo su integridad espacial durante la interfase. Este modelo implica que regiones genómicas específicas interactúan entre sí preferentemente dentro de sus respectivos territorios. Dentro del modelo del Territorio Cromosómico, los TADs representan regiones localizadas y relativamente independientes dentro de los cromosomas donde las interacciones entre elementos genómicos son más frecuentes internamente, facilitando procesos específicos de regulación génica mientras mantienen un cierto grado de separación espacial de los TADs vecinos.

*MODELO 2. Modelo de organización aleatoria

En contraste, este modelo propone una disposición menos estructurada de los cromosomas dentro del núcleo. Según esta teoría, los cromosomas no tienen territorios predefinidos y se disponen de forma más aleatoria dentro del núcleo. Sugiere que las interacciones entre regiones genómicas no dependen únicamente de la organización territorial, sino que se producen de forma aleatoria en todo el núcleo.

Compartimentos morfológicos no membranosos

• – Nucleolo
• ● Espacio intercromatina
• Dominios ribonucleoproteicos (- Cuerpos de cajal, Telómeros, Motas nucleares (nuclear speckles)).

Los organelos

Estructura subcelular membranosa con funciones específicas. NO todas las células eucariotas tienen núcleo (el eritrocito lo eyecta)

Nucleolo

Estructura nuclear NO membranosa más evidente al microscopio óptico. Sitio de síntesis de rRNA, formación de subunidades. Agregado de diversas macromoléculas. Su tamaño refleja el número de subunidades ribosomas ensamblados.

• – Disociación nucleolar en la mitosis

Cuerpos de Cajal

(Modificación post-transcripcional del RNA). Motas nucleares (Almacén de spliceosome). fibras precromatininanas (Síntesis de pre-mRNA).

Nucleosomas

Nivel más básico de compactación del DNA, descubierto en 1974.

El DNA da 1.7 vueltas alrededor del octámero

• ● Unión mediada por puentes de hidrógeno
• ● Hidrofobicidad
• ● Puentes salinos
• ● ⅕ de los aa de las histonas son K o R. En promedio hay un nucleosoma cada 200 ntds. Existen complejos remodeladores de cromatina (dependientes de ATP).

Fibra de cromatina

Modelo de zigzag. Los nucleosomas se empaquetan en fibras de 30 nm

• ● Se necesita otra subunidad de histonas: H1
• ● Proporción 1:1 en los nucleosomas.

Las histonas pueden ser modificadas de manera covalente

• ● Mono, di y tri- Metilación de las K
• ● Heterocromatina es comúnmente encontrada en centrómeros y telómeros así como en muchas otras posiciones en los cromosomas
• ● la acetilación remueve la carga positiva de las K
• ● Una histona acetilada no puede ser metilada y viceversa.

HISTORIA

-Miescher(1869) -> Kossel y Levene(1895) -> Griffith(1928) ->Avery McCarty MacLeod(1943) -> Chargaff(1949) -> Rosalind Franklin (1949) Logra la cristalización del DNA denotando una estructura helicoidal -> Wattson y Crick (1951).

• ● Purinas tienen dos anillos unidos de 5 y 6 C
• ● Pirimidinas tienen un anillo de 6 C

Dimensiones del DNA

• ● (Rosalind Franklin), Dos hebras por cada fibra
• ● (Chargaff) Estabilizada por puentes de hidrógeno entre AT y CG
• ● (Watson y Crick) Para ello, cada hebra debe correr en forma antiparalela
• ● 10 pb por vuelta, patrón de difracción 3.4 nm/10 pb por vuelta=0.34 nm de elevación
• ● Hélice a la derecha. Cadena polinucleotídica: Polímero lineal ○ Unión por enlaces fosfodiéster ( Se produce entre los C3’ y 5’) ○ Sobresalen las bases en la molécula.

DNA – desnaturalización

• ● Desnaturalización ( 90oC)
• ● Melting temperature (T° de fusión) ™. La ™ aumenta de forma directamente proporcional al contenido de G+C
• ●Hibridización (Annealing. DNA/RNA).

CARACTERÍSTICAS DE LA REPLICACIÓN

1. – La replicación es semiconservativa (1958 Meselson y Stahl ○ Gradiente de densidad).

2. – La replicación es bidireccional (La síntesis de la nueva hebra SIEMPRE se da en dirección 5’-3’○ 3’ OH libre).
3. – La replicación es semidiscontinua (Leading strand (de derecha a izquierda)● Lagging strand(fragmentos de okazaki)).

¿Qué enzimas cortan y cuáles “prolongan” el dna?¿Donde inicia la replicación?

El DNA es degradado por nucleasas.Nucleasas.- Degradan el DNA. ○ DNAsasExonucleasas degradan el DNA de un extremo de la molécula (5’/3’) Endonucleasas.- Degradan en sitios específicos internos de la molécula reduciendo los fragmentos. El DNA es sintetizado por polimerasas:

• ● Transferencia de un grupo fosforilo
• ● Ataque nucleofílico al grupo hidroxilo en 3’
• ● Dependientes de Mg2+
• ● Procesividad y fidelidad (30-50 ntds/s)
• ● Las polimerasas requieren un primer (confiere el 3’-OH libre)
• ● Oligonucleótidos de RNA
• ● Sólo añaden dNTPs a hebras preexistentes.

Polimerasas en eucariontes

Pol alfa (1)(Actividades: polimerasa, fidelidad: 10^-3 – 10^-4, actividad de desplazamiento de hebras:n.d , procesividad: baja, simulación PCNA de procesividad: – , Interacciones: Mcm10,pol deltaa, Ctf4). Pol delta (3) (Actividades: polimerasa 3´-exonucleasa, fidelidad: 10^-4 – 10^-6, actividad de desplazamiento de hebras: si, procesividad: baja, simulación PCNA de procesividad: +++ , Interacciones: PCNA,pol alfa). Pol epsilon (2) (Actividades: polimerasa 3´-exonucleasa, fidelidad: 10^-5 – 10^-6, actividad de desplazamiento de hebras: no, procesividad: alta, simulación PCNA de procesividad: + , Interacciones: Cdc45,GINS,PCNA,Ctf4)

Inicio de la replicación

• ● La replicación inicia en un sitio específico del genoma (En eucariontes hay múltiples sitios, Secuencias ricas en AT)

• ● En eucariontes la replicación sólo se lleva a cabo en la Fase S (Todo el DNA es replicado una vez por ciclo).
• ● La replicación de DNA ocurre en horquillas de replicación.

Inicio de la replicación: EUCARIONTES: preRC

• ● Complejo de pre-replicación
• ● Se ÿorma en la G1

¿Qué otras proteínas están involucradas en la replicación de dna?

Proteínas involucradas

Primero tiene que haber separación de las dos hebras:

Helicasa

• ● Rompe puentes de hidrógeno.
• ● Single Strand DNA Binding proteins: SSB
• ● Previene el entrecruzamiento de las cadenas parentales
• ● Topoisomerasas
• ● Liberan tensión de la doble hélice La helicasa no podría seguir funcionando, por tanto se perdería la horquilla
• ● DNA primasa/DNA α
• ● Incorpora el primer de RNA.
• ● PCNA
• ● Abrazadera de la DNA pol (delta y epsilon) – preRC
• ● Complejo de prereplicación

• ● Se forma en la G1. ORC, MCM 2-7 helicasa (dependientes de ATP), CDC6 ATPasa

Replisoma: Complejo de replicación: REPLISOMA

Fragmentos de Okasaki

• ● Semidiscontinua (fragmentos de Okazaki)
• ● La hebra rezagada (o antisentido) 3’-5’ se sintetiza en fragmentos (de cientos a miles de ntds)

¿Y SI SE EQUIVOCA LA POL?

Corrección de bases mal apareadas

Las polimerasas tienen actividad exonucleasa que le permite quitar bases mal apareadas

• ● Fidelidad: Mantenida por la selección de ntd de la pol, por la exonucleasa 3-5, sistemas de reparación de bases mal apareadas.

Polimerasa alpha

(función: sintetiza el primer RNA, inicia la síntesis de DNA y la cadena retrasada)/

Polimerasa beta

(función: replicación DNA)/

Polimerasa gamma

(función: replicación mitocondrial DNA. actividad exonucleasa: 3´a 5´)

Polimerasa delta

(función:sintetiza la cadena principal, llenando los gaps del DNA después de la eliminación del primer. actividad exonucleasa: 3´a 5´)

Polimerasa epsilon

(función: repara DNA. actividad exonucleasa: 3´a 5´)

• -El grado de metilación del DNA distingue entre el DNA parental y el DNA recién sintetizado. Una metiltransferasa de mantenimiento se encarga de metilar al DNA después de la replicación.
• –Telómeros Regiones al final de los cromosomas eucariontes con secuencias TG-CA, impiden que el cromosoma se rompa o se dañe. La telomerasa alarga los extremos en dirección 5-3.

Expresión genética – regulación transcripcional

La regulación comienza en la región promotora.

Promotor

Sitio de unión de la RNA Polimerasa, secuencias regulatorias de unión a proteínas, elementos en CIS.

Factores de transcripción

Proteínas reguladoras de la transcripción, elementos en TRANS.

Promotores: Operones

• – Policistrónicos
• – Operon lac: involucrado en el metabolismo de la lactosa

Beta-galactosidasa

cataliza la hidrólisis de galactósidos a monosacáridos

Permeasa

Sistema de transporte membranal

Transacetilasa

transferir un grupo acetilo

-Genes Housekeeping

Gen que codifica para una proteína indispensable para la función celular.

-Genes expresados de forma específica

Elementos regulatorios

• – Elementos Enhancer: región corta del ADN (366 pb) eucariota que se une con los factores de transcripción para aumentar los niveles de transcripción de genes en un grupo de genes

RNA polimerasas

ARN polimerasa I

síntesis, reparación y revisión. Sintetiza precursores de ARN ribosómico.

ARN polimerasa II

reparación, sintetiza precursores de ARN mensajero, microARNs y otros tipos de ácido ribonucleico.

ARN polimerasa III

sintetiza ARN de transferencia, ARN ribosómico de 5S y otros pequeños ARN.

Tipos de RNA

• –snRNA: moléculas de ARN no codificante que se encuentra constituyendo la maquinaria del espliceosoma o en los cuerpos de Cajal
• -miRNAs: son una clase de RNA pequeños de entre 19 y 25 nucleótidos de longitud, los micro-ARN es complementario de una parte de uno o más ARN mensajeros
• -lncRNAs:

RNA polimerasa II – Factores generales de la transcripción

• – TFIIH:iniciación de la transcripción de genes codificantes, actúa para reclutador de la ARN polimerasa II hacia los promotores de los genes.Funciona como una helicasa que desenrolla el ADN.

• – NELF (Factor de alargamiento negativo): NELF trabaja con DSIF para inhibir la velocidad de Pol II durante la fase de elongación en la transcripción.
• – DSIF: Puede interactuar con el factor de alargamiento negativo (NELF) para promover el estancamiento de Pol II en algunos genes
• – CDK9-cyclin T: promueve la elongación transcripcional del ARNm mediante la fosforilación de represores de elongación y la ARN polimerasa II
• – P-TEFb: fosforila el factor de elongación negativo (NELF), así como el dominio carboxilo terminal de la subunidad grande de Pol II y esto provoca la transición a un alargamiento productivo que conduce a la síntesis de ARNm.
• – HAT: acetilan residuos conservados de lisina en las histonas
• – HDAC: implicadas en la eliminación de los grupos acetilo de los residuos de lisina en las histonas.

microRNA (miRNA) vs small interfering RNA (siRNA)

Splicing – empalme Al inicio del transcrito de RNA se añade un cap 5′ y al final, una cola de poli-A en 3′. Algunas secciones del transcrito de RNA (intrones) se eliminan y las secciones restantes (exones) se vuelven a unir. Splicing alternativo: conduce a la producción de diferentes mARN maduros a partir del mismo transcrito inicial.tRNA – RNA de transferencia 32 tRNA necesarios para los 61 codones. Transfiere las moléculas de aminoácidos a los ribosomas, para posteriormente ordenarlos a lo largo de la molécula de ARN mensajero. Ribosomas: Decodifica la secuencia de aminoácidos. (Subunidad pequeña)-Cataliza la formación del enlace peptídico. (Subunidad grande)-Se mueve a lo largo del mRNA y pasan los tRNAs elongando la cadena polipeptídica (Ambas subunidades)