El Núcleo y la Estructura de la Cromatina: funciones y organización

EL NÚCLEO Y LA ESTRUCTURA DE LA CROMATINA

EL NÚCLEO

El núcleo en las células eucariotas es una estructura sumamente importante ya que es el centro de control genético. En él tenemos el ADN en forma de cromatina y se condensa durante la división celular y hay que protegerlo con una estructura llamada envoltura nuclear. Debido a la diferenciación celular existen: células anucleadas (glóbulos rojos), bi o plurinucleadas (músculo esquelético.

La envoltura nuclear mantiene el compartimento nuclear (integridad del genoma) libre de organelos citoplasmáticos y además regula la expresión génica. Separa totalmente esta parte del retículo de la célula. Esta envoltura nuclear está formada por dos unidades:

• Una membrana que hace como una vuelta
• Polo nuclear

Cada una es una bicapa lipídica entonces es discontinua separada por una estructura llamada poro nuclear. Hay unas proteínas que me van a permitir el pasaje de proteínas. Aísla el ADN de la actividad del citoplasma.

La envoltura nuclear es una doble capa que está unida a unos filamentos intermedios y se continúa con la membrana del RE.

Por otra parte, en la cara interna tenemos la lámina nuclear, está formada por laminina de tipos ABC y me permite sostener la membrana nuclear y permitir que el ADN asociado a proteínas histonas, llamado cromatina este anclado a la membrana. Dentro tiene una estructura que es el nucleolo, este no está separado por membranas sino que es una zona donde el ADN se estructura de una manera determinada.

Síntesis de proteínas en eucariotas

Síntesis de proteínas en eucariotas: En las células eucariotas se produce la síntesis de proteínas en el núcleo, donde se produce la transcripción. Cuando el ARNm sale por el poro nuclear y es leído por los ribosomas, se llama traducción a proteínas, esto se produce en el citoplasma. A partir de aquí, esta proteína se puede sintetizar en el citosol o puede ser transportada al RER (si es una glicoproteína), o puede volver al núcleo (si es una proteína nuclear), o del aparato de Golgi salir a la membrana plasmática y terminar de sintetizarse.

DNA and associated proteins (chromatin) endoplasmic reticulum nucleolus centrosome microtubule intermediate filaments nuclear lamina nuclear pore 1 pm outer nuclear membrane nuclear inner nuclear membrane envelope 22 envoltura nuclear membrana plasmática NÚCLEO DNA |TRANSCRIP CIÓN DEL DNA RNA MADURACIÓN POR CORTE Y EMPALME DEL RNA TRANSPORTE DEL RNA ribosomas TRADUCCIÓN DEL RNA MENSAJERO proteina CITOSOL

Funciones del núcleo

Entre las funciones que tiene el núcleo nos encontramos con;

• Replicación y transcripción
• Diferenciación celular- Duplicación: formación de células idénticas
• Formación de las subunidades ribosómicas (nucleolo)
• Coordina actividades de la célula: crecimiento, metabolismo, síntesis de proteínas y reproducción (división celular)

Importancia biológica del núcleo

1. Indispensable para la vida de la célula
2. Estabilidad génica
3. Permite la regulación de la expresión génica por el traspaso de factores de transcripción
4. Separa la transcripción de la traducción
5. Control de calidad (paso controlado)

ENVOLTURA NUCLEAR

POROS NUCLEARES

Los poros son muy abundantes en células embrionarias, en células inmaduras, y en general, en células muy activas, que necesitan un alto grado de transferencia entre núcleo y citoplasma.

CITOPLASMA Fibrillas en jaula Componente columnar Componente anular Envoltura nuclear Componente adluminal Cisterna perinuclear Fibrillas en jaula Lámina nuclear Fuente: Ricardo Paniagua, Manual Nistal, Pilar Sesma, Manuel Álvarez-Uria, Benito Fraile, Ramón Anadón, Francisco José Sada: Biologia celular y molecular, 4e. Derechos @ McGraw-Hil Education, Derechos Reservados. Es una estructura formada por un conjunto proteico como si tuviera 2 compuertas. Este complejo proteico tiene una NÚCLEO zona que no tiene proteínas donde solo pasan las moléculas pequeñas que tienen menos de 60 KD y difunden y pasan por esta pequeña CYTOSOL compuerta pero lo demás no pasa. Para que todo lo demás pase necesitan NUCLEUS size of proteins that enter nucleus 50 nm by free diffusion energía ATP o GTP. Todas las proteínas que van al núcleo tienen una secuencia de aminoácidos o un péptido señal que me va a indicar que esta proteína es del núcleo (NSL: size of proteins that enter nucleus by active transport pro,lys,lys,arg,lys,val). Péptido señal que cuando se termina de sintetizar esa proteína en el citosol me indica que esa proteína va a ir al núcleo pasando por el poro nuclear necesitando consumo de energía como ATP o GTP (si es mayor a 60 kD).b. TRANSPORTE ENTRE EL NÚCLEO Y CITOPLASMA

COMPLEJO DEL PORO

El conjunto de las proteínas del complejo del poro nuclear recibe el nombre de nucleoproteínas, y van a atravesar las compuertas, Citoplasma estas tienen aminoácidos Filamentos Dominios de Anillo citoplásmico repetición FG de nucleoporinas citoplasmicos Membrana nuclear externa que permiten que se unan la FG Anile transmembrana proteína a transportar desde Membrana nuclear Andamiaje central interna Conducto central el citosol al núcleo porque Anillo nuclear Nucleoplasma Canasta nuclear estas proteínas que se Proteina de membrana transportan necesitan NE Envoltura nuclear Anillo de nucleoporinas transmembrana ONM NE Modelo de un complejo de poro nuclear (NPC) de vertebrado. (a) Representación tridimensional de un NPC de vertebrado tal como se sitúa en la envoltura nuclear. Esta elaborada estructura consiste en varias partes, que incluyen un andamiaje que fija al complejo a la envoltura nuclear, un anillo citoplásmico y uno nuclear, una canasta nuclear y ocho filamentos citoplásmicos. Las nucleoporinas recubren el conducto, con sus dominios con FG desordenados extendidos hacia la abertura formando una malla hidrófoba. (b) Reconstrucción tridimensional de parte de un complejo de un poro nuclear en que se advierte el sitio que ocupan moléculas individuales de nucleoporinas dentro de la estructura. Las nucleoporinas FG se señalan en verde. Muchas nuclgoporinas, transmembrana atraviesan la membrana del poro, y, forman un anillo exterior, que,ancla al NPC a la cubierta nuclear. (b: imagen transportadores INM específicos que me van a Nucleoporinas FG (b) Fuente: Gerald Karp: Biologia celular y molecular. Conceptos y experimentos, 7e: www.accessmedicina.com Derechos @ McGraw-Hill Education. Derechos Reservados. reconocer esa secuencia. Tiene la forma de una cesta de baloncesto, aro formado por proteínas, que tiene una parte lobular llamada espolón radiado. Tiene ocho espolones que forman el agujero (la canasta), unido al otro de la parte de abajo, y se unen directamente a las láminas A, B y C. Las nucleoporinas atraviesan el complejo del poro y permiten la entrada o salida de la proteína entre el núcleo.

ENTRADA Y SALIDA DE PROTEÍNAS AL NÚCLEO

El complejo del poro se une directamente a las láminas ABC que forman parte de la lámina basal. La mayoría de las proteínas necesitan ATP o GTP para transportarse y van del núcleo hacia afuera o viceversa utilizando las nucleoporinas con el transportador NLS. Las nucleoproteínas filamentosas de phe-gly del canal del poro nuclear central contienen sitios de anclaje para el factor de transporte nuclear con la mercancía de transporte que pasan a través del canal desde el citoplasma o el núcleo.

La Ran-GTP va a reconocer a otra proteína llamada exportina, que va a exportar proteínas desde el núcleo al citoplasma que tienen otro péptido señal NES. Y cuando la Ran-GTP reconoce a la exportina pasa a través del complejo del poro y en el citoplasma el GTP pierde un fosfato y esa energía liberada la utiliza para separar la exportina del péptido que tiene el NES que va al citoplasma.

Las Ran-GTPasa dirigen el transporte nucleocitoplasmático.Ran aparece en dos formas que pueden unirse a GTP y GDP @ interaccionan de forma diferente con las proteínas. Un gradiente de concentración de Ran- GTP/Ran-GDP a través de la envoltura nuclear controla el transporte direccio- nal de muchas proteinas por los poros nucleares. La conversión entre ambas formas y el ensamblaje/desensamblaje de los complejos proteicos depende de proteínas reguladoras En el citoplasma, Ran GDP se asocia a las importinas B y cx. Esta última reconoce la NLS de las proteínas de importación nuclear. La importina B se une a Ran-GDP. Citoplasma Ran-GDP proteina exportada que contiene NES se separa de Ran GTP al interaccionar con Ran-GBP1, seguida de la hidrólisis del GTP Proteina con secuencia de localización nuclear (NLS) Ran-GDP GDP Pi -Ran-GBP1 Ran-GAP DOP Complejo importina a/s GTP Importina B Envoltura nuclear Importina ce - A Complejo del poro nuclear GTPasa dirigen el transporte nucleo- citoplasmático Protoina-NLS Importina B Ran-GOP GTP Ran-GTP QTP Importina c Proteina con secuencia de exportación nuclear (NES) Ran-GTP RCC1 (intercambiador GDP-GTP) Cromatina GTP 2 3 En el núcleo, Ran-GTP se asocia a exportinas (p. ej., exportina Crm1) necesarias para la exportación al cito- plasma de las proteinas portadoras de NES

LÁMINA NUCLEAR

La lámina nuclear es un material denso que separa la envoltura nuclear de la cromatina densa periférica. Tiene una estructura semejante a una malla fibrosa. Formada por las láminas (láminas A, B Y C) que pertenecen a la familia de los filamentos intermedios.

Las estructuras pueden ser diferentes según la serie de aminoácidos que tengan en el extremo amino o en extremo carboxilo como: queratinas, viteminas, proteínas de los neurofilamentos o láminas nucleares. Estos son proteínas filamentosas que se diferencian entre sí dependiendo de los amino que tengan en el extremo amino y en el extremo carboxilo.

Rotura y formación de la envoltura nuclear en mitosis

Unida al interior de la membrana nuclear se encuentra una capa de proteínas específicas funcionan como esqueleto del núcleo (lámina nuclear) y que tienen un papel importante en la desorganización y reorganización de las membranas nucleares al comienzo y al fin de la división celular, respectivamente. La lámina nuclear es un enrejado de subunidades proteicas, del tipo de los filamentos intermedios que han sido vistos al tratar el citoesqueleto (proteínas fibrilares) y que, como todas las proteínas nucleares lleva una "señal de transporte nuclear" que los dirige desde el citosol, donde son sintetizados, hacia el núcleo.

Cuando el núcleo se desensambla durante la mitosis, la lámina nuclear se despolimeriza por fosforilación. Al mismo tiempo la membrana nuclear se desarma en vesículas membranosas, que van adheridas a las proteínas fosforiladas (fracciones de la lámina nuclear). En la telofase temprana (una de las fases finales de la división celular) se produce la desfosforilación de las proteínas y las vesículas se repolarizan alrededor de cada cromosoma. En la telofase tardía las vesículas se reúnen y reconstituyen la envoltura nuclear de cada célula hija, que activamente reimporta a inducida por Ran-GAP Ran-GDP Ran-GDP libera su mer- cancia y se prepara para la translocación de pro- teinas portadoras de NLS hacia el núcleo, como se muestra en 1 Las Ran- Núcleo Exportina/Crm1 2 En el núcleo, tras la translocación del complejo proteico Ran-GDP. importina- cp/NLS, se libera la importina B de Ran y la importina cz se separa de la proteina con NLS, la cual queda libre. RCC1, una proteina intercambiadora de nucleotidos de guanina unida a la cromatina produce Ran-GTP. 4 En el citoplasma, la