Núcleo celular y expresión genética

SUBCOMPETENCIAS

2. Identifica cada una de las partes del núcleo celular de una célula eucariotas.

2.1 Explica cada uno de los procesos que tienen que realizarse para que un gen pueda expresarse en un tiempo determinado.

CONTENIDOS

NÚCLEO INTERFASICO DE UNA CÉLULA EUCARIOTA.

PROCESOS BÁSICOS: TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN.

CONTROL DE LA EXPRESIÓN DE GENES PROCARIOTAS: VIAS METABOLICAS.

CONTROL DE LA EXPRESIÓN DE GENES EUCARIOTAS.

Es la estructura más característica de las células eucariotas.

Se rodea de una cubierta propia, llamada Envoltura Nuclear y contiene el material hereditario, que es la base del repertorio de instrucciones en que se basa el desarrollo y el funcionamiento de cada organismo, y cuya composición se basa en el ácido desoxirribonucleico (ADN).

En el núcleo se realizan los procesos de replicación del genoma y transcripción del ARN, que ocurren dentro, y la biosíntesis de proteínas (traducción), que se produce fuera.

El núcleo es casi siempre una estructura esferoidal relativamente grande, cuando se la compara con los orgánulos citoplasmáticos comunes. Puede medir menos desde 1 µm hasta más de 20 µm. Su volumen guarda cierta proporcionalidad con el del citoplasma.

El núcleo tiende a ocupar una posición central, pero en las células adultas de las plantas se ve desplazado a la periferia por el importante volumen del vacuoma (conjunto de vacuolas).

• Envoltura Nuclear;

Es el sistema de membrana que rodea al núcleo de la célula. Esta compuesta por una membrana interna y otra externa que están separadas por un espacio (cisterna perinuclear) y perforadas por los poros nucleares por donde atraviesan las proteínas sintetizadas en el núcleo. Actúa como una barrera permiable selectiva entre el compartimiento nuclear y el citoplasma, encierra la cromatina.

• Cromatina;

Material nuclear organizado en eucromatina y heterocromatina. Contiene ADN asociados a proteínas nucleares conocidas como histonas, que son necesarias para la función del ADN.

• Nucleóplasma;

Es el medio interno del núcleo, es viscoso e incoloro. En él se encuentra inmerso el ADN, el ARN, agua, sales y muchas proteínas, especialmente enzimas relacionadas con el metabolismo de los ácidos nucleicos.

• Nucléolo;

Una región pequeña dentro del núcleo que contiene ADN en forma de genes de ARN ribosómico (ARNr) activos desde el punto de vista transcripcional, ARN y proteínas. Es el sitio donde ocurre la síntesis de ARN y contiene proteínas reguladoras del ciclo celular.

H2A, H2B, H3 y H4

NUCLEOSOMA: formados por ADN más proteínas Histonas (8 subunidades), cada proteínas rodeado por 200 pares de nucleótidos (fosfato-ribosa-bases nitrogenada.

El tamaño oscila, aproximadamente, entre 0,2μ a 50μ de longitud por 0,2μ a 2μ de diámetro. En la especie humana entre 4μ y 6μ.

Son estructuras idénticas en morfología e información ya que contienen ADN más proteínas.

Extremo de cada brazo del cromosoma

Los cromosomas se clasifican en cuatro tipos de acuerdo con la morfología que presentan durante la metafase y la anafase media.

TELOCENTRICOS: Centrómero ubicado en el extremo proximal, lo que da aspecto bastoniforme, el cromosoma tiene solo un brazo.

ACROCENTRICOS:Centrómero ubicado en posición subterminal lo que da lugar a la formación de un brazo muy corto.

SUBMETACENTRICOS: Brazos desiguales en forma de J.

METACENTRICO: Brazos iguales o casi iguales en forma de V.

2.- Es la sede de la Replicación (duplicación del ADN) y la Transcripción (Síntesis de ARN), mientras que la Traducción ocurre en el citoplasma. En las células procariotas todos esos procesos coinciden en el mismo compartimento celular.

1.- Dirige la actividad celular, ya que contiene el programa genético, que dirige el desarrollo y funcionamiento de la célula.

b) En Eucariotas, la transcripción ocurre en el núcleo y el RNA, luego de sufrir un procesamiento, se dirige al citoplasma donde se produce la síntesis de proteínas.

a) En Procariotas, el RNA se transcribe a partir de una molécula de DNA circular y, a medida que ocurre la transcripción, se produce la traducción en el mismo compartimiento.

En las bacterias, los genes que contienen la información para ensamblar las enzimas de una vía metabólica se agrupan en el cromosoma en un complejo funcional denominado operón.

1.- Genes Estructurales.

2.- Una Región Promotora.

3.- Una Región Operadora.

4.- Un Gen Regulador.

Lactosa (molécula inductora), se une a la proteína represora inactivándola; entonces el complejo inductor-represor se separa del operador, permitiendo el funcionamiento del operón.

Como en el caso del operón triptófano (molécula represora), se une a la proteína represora activa; uniéndose al operador evitando la transcripción del operón.

Trp

Trp

Se realiza a través de tres niveles:

NIVEL TRANSCRIPCIONAL; operan para regular cuáles genes se transcriben y con que frecuencia.

NIVEL DE PROCESAMIENTO; operan para determinar que parte de los transcritos primarios formaran parte de la reserva de ARNm celular.

NIVEL TRADUCCIONAL; regulan si un ARNm particular será traducido o no.

La síntesis de ARN incluye la separación de las cadenas del ADN y la síntesis de una molécula de ARN en la dirección 5' a 3' por la ARN polimerasa, usando una de las cadenas del ADN como molde.

La complementación en el apareamiento de las bases, A, T, G, y C en el molde del ADN determinan específicamente al U, A, C, y G, respectivamente, en la cadena de ARN que es sintetizada.

Una cadena de ARN se une por apareamiento de bases a la cadena de ADN, y para que se formen correctamente los enlaces de hidrógeno que determina el siguiente nucleótido del molde de ADN, el centro activo de la ARN polimerasa II reconoce a los ribonucleótidos trifosfato entrantes.

Cuando el nucleótido entrante forma los enlaces de hidrógeno idóneos, entonces la ARN polimerasa II cataliza la formación del enlace fosfodiéster (un grupo hidroxilo (OH-) en el carbono 3' y un grupo fosfato (PO4

3− ) en el carbono 5‘).

Al finalizar la síntesis de ARNm, esta molécula ya se ha separado completamente del ADN (que recupera su forma original) y también de la ARN polimerasa II, terminando la transcripción.

El ARN polimerasa II se detiene al transcribir algunas secuencias especiales del ADN (son ricas en guanina, citosina y timina formando secuencia palindrómicas situados en los extremos de cada uno de los genes).

Cuando se transcriben el ARN recién sintetizado adopta una estructura en horquilla que desestabiliza el complejo ARN-ADN, obligando a separarse de la ARN polimerasa II, renaturalizándose la burbuja de transcripción (también participa la proteína reguladoras como el rho).

1. El factor de transcripción reconoce el inicio (el promotor) de un gen que necesita ser transcrito.2. La enzima que hace el ARN (la ARN polimerasa II) se une con el factor de transcripción y reconoce la región del inicio.3. La enzima procede a lo largo del ADN, haciendo una copia hasta que llega al final del gen.4. La enzima se cae y el ARN es liberado. Este proceso de copia puede ser repetido varias veces.5. Si el ARN codifica para una proteína, éste será exportado del núcleo y llevado al citosol.

El proceso de la transcripción está dividido en varias etapas:

La ARN polimerasa II, ensambla un trascrito primario complementario al ADN de toda la unidad de Transcripción.

A continuación este Transcrito se procesa en el núcleo para formar un ARNm maduro. Las secuencias no codificantes (INTRONES) se eliminan por medio de un proceso llamado CORTE y EMPALME del ARN (SPLICING), para luego ser transportado al Citoplasma.

Empalme alternativo permite obtener a partir de un transcrito primario de mRNA o pre-ARNm distintas moléculas de mRNA maduras. Este proceso ocurre principalmente en eucariotas, aunque también puede observarse en virus.

Ejemplo: Fibronectina de la membrana extracelular y del plasma sanguíneos.

SPLICING ALTERNATIVO

Empalme alternativo de genes que codifican anticuerpos.

Empalme alternativo de la fibronectina RNAm.

La clave de la traducción reside en el CÓDIGO GENÉTICO, compuesto por combinaciones de tres nucleótidos consecutivos -tripletes- en el ARNm. Los distintos tripletes se relacionan específicamente con los 20 tipos de aminoácidos usados en la síntesis de proteínas.

Cada triplete constituye un CODON; existen en total 64 codones, 61 de los cuales sirven para cifrar aminoácidos y 3 para marcar la terminación de la traducción.

Los ribosomas que llevan a cabo el proceso de síntesis de polipéptidos.

Las moléculas del RNAt que alinean a los aminoácidos en el orden correcto a lo largo del molde de mRNA.

Las aminoacil-tRNA transferasa que unen a los aminoácidos a sus moléculas de tRNA correspondientes.

Las moléculas de mRNA que llevan codificada la información de la secuencia de aminoácidos para que se sinteticen los polipéptidos y los factores proteicos que facilitan varios pasos del proceso de traducción.

Son partículas de mRNA y proteínas que se encuentran en el citoplasma, tanto en eucariotas como procariotas, matriz mitocondrial y en el estroma de cloroplasto.

Desempeña un papel fundamental orientando adecuadamente el mRNA con respecto a los tRNAs que portan los aminoácidos de tal manera que el código genético se lea adecuadamente catalizando la formación de los enlaces peptídicos que unen los aminoácidos a la cadena polipeptídica

La propuesta de la existencia de una molécula que transfiere el mensaje genético desde el núcleo al citoplasma se debe a francois jacob y jacques monod (premio nobel 1965). Es el tipo de ARN de estructura mas sencilla, con una cadena lineal formada exclusivamente por los nucleótidos A U G C.

Este contiene los codones; determina el orden en el que los aminoácidos se unen durante la síntesis de proteínas. Este contiene secuencia no traducida en el extremo 5’ que precede al codón de iniciación, que es el primer codón en ser transcrito (AUG que codifica a la metionina) y el extremo 3’ que contiene codón de stop, que es el ultimo codón que se traduce y que puede ser UGA, UAA o UAG.

(PRODUCTO FINAL DEL PROCESO DE TRANSCRIPCIÓN)

1. Casquete de Metil guanosina; Evita que sean digeridos por nucleasas, transporta al ARNm fuera del núcleo.

2. Regiones Codificantes; EXONES

3. Regiones no Codificantes; INTRONES

4. Cola poli (A); Participa en la estabilización del ARNm en el Citoplasma protegiéndolo del desdoblamiento prematuro

ACCAUGG (denominada también secuencia Kozac) es una secuencia de iniciación común, en la que el triplete subrayado es el codón de iniciación.

Actúan como un papel intermediario entre el ARNt y los aminoácidos (descubiertas por Hougland);

Presentan dos tipos de especificidad: 1.- Cada tRNA se une a un aminoácido en específico.2.- Cada tRNA reconoce uno o más codones de los mRNAs que especifican el aminoácido particular según las correspondencias indicadas en el código genético.

Antes de que la molécula de tRNA pueda llevar su aminoácido especifico al ribosoma, ese aminoácido debe de estar unido covalentemente al tRNA. Las enzimas responsables de la unión de los aminoácidos a sus respectivas moléculas de tARN se denominan aminoacil-tRNA transferasa.

Proceso en el cual se pasa del lenguaje de 4 letras (Bases Nitrogenadas) a otro con 20 letras (Aminoácidos). Para pasar de un lenguaje a otro se necesita de un código al que se conoce como CÓDIGO GENÉTICO. Se realizan en tres etapas:

* Iniciación.

* Alargamiento.

* Terminación

Incluye el enlace de la subunidad menor del ribosoma y el ARNm al codón de inicio AUG. A continuación entra un primer amino-acil ARNt, que es un anticodón UAC complementario del codón inicial, este lleva el aminoácido METIONINA.

La SÍNTESIS PROTEICA es regulada por proteínas citológicas denominadas FACTORES DE INICIACIÓN (IF):

IF1: Facilita la unión de la subunidad menor el ARNm, previene que el aminoacil-ARNt se una a un sitio erróneo.

IF2: Tiene unido una molécula de GTP requerida para la unión del primer aminoacil-ARNt.

IF3: Previene que la subunidad mayor del ribosoma se una de forma prematura una vez que el amonoacil-ARNt se une al AUG. El IF3 se desplaza y la subunidad mayor se une al complejo.

IF4: reconoce al casquete metil guanocina (CAP) y a una secuencia aledaña al codón de iniciación del ARNm.

IF5: Permite la unión de las dos subunidades ribosómicas, que actúa cuando se desprenden los factores IF2 e IF3.

A la cadena polipeptídica en crecimiento se agregan aminoácidos uno a uno por medio de enlaces peptídico.

El alargamiento procede en el sentido 5’ 3’ a lo largo de la cadena del ARNm.

La cadena polipeptídica crece desde su extremo amino (NH2) hasta su extremo carboxilo terminal (COOH).

La fase final de la traducción, ocurre cuando el ribosoma llega a uno de los tres codones especiales llamados codones de terminación o de alto UAA, UAG, UGA.

Es regulada por factores de terminación o liberación: (eRF);

eRF1: Es capaz de reconocer a los tres codones de terminación (UAA, UAG y UGA) que llegan al sitio A del ribosoma.

eRF3: Permite el desprendimiento del polipéptido recién formado.

Pasos en la activación de un gen por una hormona esteroide, como el glucocorticoide cortisol.

RESUMEN DEL CAMINO DE ALGUNAS DE LAS PROTEÍNAS QUE SE SINTETIZAN EN EL RETÍCULO ENDOPLÁSMICO RUGOSO O EN RIBOSOMAS LIBRES.

TAC TGA TCT TTA ACC CTA GGA TGC ACT

Secuencia del ADN normal3’

AUG ACU AGA AAU UGG GAU CCU ACG UGA

Secuencia del ARN normal

5’

Secuencia proteínica normal

met Thr Arg Asn Trp Asp Pro ThrH2N C=O

O-

Terminación

Consiste en 64 combinaciones de tripletes (codones) y sus aminoácidos correspondientes. 61 codifican para aminoácidos y 3 son señales de detención.

Aminoácidos ácidos y básicos.

Aminoácidos Hidrófobos.

Aminoácidos polares