IIa Organizacion Celular

Características comunes de todas las células
II
•Todas tienen una membrana celular que separa el caos fuera de la célula con
el alto grado de organización interno celular.
Una célula sin membrana no es una célula.
Núcleo y división celular.
•Toda vida celular contiene DNA como material genético. Todas las células
contienen variedades de moléculas de RNA y Proteínas (la mayoría enzimas).
Objetivo: Reconocer la ubicación del
material genético dentro de la célula y
entender el proceso de división celular.
•Todas las células están compuestas de los mismos químicos básicos:
carbohidratos, proteínas, ácidos nucleicos, grasas y vitaminas.
•Todas las células regulan el flujo de nutrientes y desechos que entran y salen.
•Todas las células se reproducen y son el resultado de la reproducción.
a. Núcleo y Envoltura nuclear.
•Todas las células requieren una fuente de energía.
•Todas las células están altamente reguladas mediante sistemas elaborados de
detección que les permite estar alertas de cualquier reacción que ocurre a su
interior y de las condiciones del ambiente que las rodea. Esta información es
continuamente procesada para tomar decisiones metabólicas.
Células PROCARIOTAS,
células primitivas
Son menos complejas
Anabaena azolla
Cianobacteria, 2.8 billones de años
Bacterias
Células EUCARIOTAS son mas complejas estructural y bioquímicamente
Formas libres
Representan un estadio mas avanzado de la evolución al
fusionar en una sola célula diversas células procariotas
interdependientes
Tienen un nivel de organización mas elevado ya que
contienen organelos o estructuras separadas por
membranas de otros componentes citoplasmáticos
Rickettsia infectando una célula hemolinfatica
Células eucariotas
Formas intracelulares
1
Virus:
- No célula!
- Infectan toda clase de organismos vivos.
- Contienen sus propios elementos genéticos
(DNA o RNA)
- Utiliza sistema de traducción del hospedero
para sintetizar sus proteínas.
Tejido de la cebolla
T4 Infecta E. coli
Prion "proteinaceous infectious particle"
La idea central de la
evolución biológica es
que todos los seres
vivientes sobre la
Tierra comparten un
ancestro común
Son variantes patogénicos de
proteínas producidas en el
sistema nervioso.
Los seres humanos no
evolucionaron de los
chimpancés. Humanos y
chimpancés son primos
evolutivos y comparten un
ancestro común reciente
que no fue ni chimpancé ni
humano.
Es una proteína anormal
sintetizada en exceso (PrPSc)
Y produce un cambio
conformacional en proteínas
similares (PrPc)
(Science 3 March 2006.311(5765):1283 – 1287)
Dos tipos de células:
Núcleo (membrana nuclear)
Nucleoide (sin membrana)
Organelos abundantes y con membrana
Organelos escasos y sin membrana
DNA linear, sin DNA extracromosomal
DNA circular, con DNA extracromosomal
Ribosomas grandes (80 S)
Ribosomas pequeños (70 S)
2
Principales organelos (célula Eucariota)
MITOCONDRIAS, En la célula animal son estructuras productoras de ATP =
Energía.
Funciones:
– Respiración
– Biosíntesis de esteroides y algunos ac. Grasos
– Síntesis de ATP
Contienen DNA y maquinaria para la síntesis de proteínas similar a la de
procariotas (Ribosomas 70S).
Tienen doble membrana como gram División por fisión binaria.
El humano las hereda completamente de la madre de modo que mutaciones
en el DNA mitocondrial dan indicios únicamente del linaje materno.
Genoma pequeño sin intrones.
Diversas copias del genoma por mitocondria. No tiene histonas asociadas.
Una célula con muchas mitocondrias.
CLOROPLASTOS, En la célula vegetal
convierte la luz solar en energía y permite la
fotosíntesis fijando dióxido de carbono en
forma de azúcar.
APARATO DE GOLGI, secreta substancias (glycosilación de proteínas,
selección, destinación, glycosilación de lípidos, almacenamiento y
distribución de lisosomas y síntesis de polisacáridos de la matriz
extracelular).
Aparato de golgi, Regula el trafico vehicular
División por fisión binaria.
mediante vesículas, modificaciones posttraduccionales (O-Glycosilacion, Sulfatación
y Fosforilación).
REG
Tienen su propio DNA, circular, enrollado, sin
histonas y con múltiples copias (similar al de
cianobacterias).
Golgi
Poseen sus propios RNA´s (t y r)
Genomas y pliegues membranales similar al
de eubacterias.
REL
RE Retículo endoplasmatico, no es
organelo
REG (3), sitio de la traducción y transporte
de proteínas.
REL (4), síntesis de lípidos, metabolismo de
glucidos (N-Glycosilacion) o almacén de
calcio.
1 Núcleo (envoltura nuclear).
2 Poro nuclear.
5 Ribosoma sobre el REG.
6 Proteínas transportadas.
7 Vesícula golgiana.
8 Aparato de Golgi.
9 Cara cis del aparato de Golgi.
10 Cara trans del aparato de Golgi.
11 Sacos membranales de un dictiosoma.
12 Vesícula secretora
13 Membrana celular
Polyribosomas y Retículo Endoplasmatico
3
La aparición de la envoltura nuclear permitió que los eucariontes aislaran los procesos
genéticos principales, como la autoduplicación del ADN o la síntesis de ARN. Además
esto posibilitó que el ARNm se modifique dentro del núcleo antes de ser traducido en los
ribosomas. Estas modificaciones no ocurren en los procariontes, ya que a medida que la
ARN polimerasa sintetiza el ARN, simultáneamente el extremo 5’ se une al ribosoma y
comienza la traducción.
• Proteína es una cadena de aminoácidos (aa).
• Hay 20 aa, cada uno con diferente comportamiento
químico.
• Esta cadena no permanece linear sino que se pliega
según las propiedades de cada aa.
• La conformación de una proteína determina su función.
• La secuencia de los diferentes aa produce proteínas
con diferentes conformaciones y funciones.
• Los genes determinan la secuencia de aa en una
proteína.
• Cambios en el gen (mutaciones) pueden cambiar la
secuencia de aa de la proteína y alterar su conformación
y su función.
Ribosomas y proteínas
Rutas de secreción proteica
NUCLEO
™ Es el organelo más grande de la célula eucariota.
™ Contiene los cromosomas, DNA y enzimas
necesarias para sintetizarlo y transcribirlo.
™ Dirige el desarrollo y funcionamiento de la célula controlando las
reacciones químicas del citoplasma y almacena la información necesaria
para la división celular.
™ Los eritrocitos (glóbulos rojos) maduros de casi todos los mamíferos
carecen de núcleo.
™ Existen algunas células eucariotas con 2 o mas núcleos (hongos y ciliados).
4
NUCLEO…
Rodeado por una envoltura nuclear (6)
de doble membrana que se fusiona a
intervalos regulares y forma los poros
nucleares
(3)
que
permiten
intercambios
nucelo-citoplasmaticos
como la salida de mRNA. Separa las
reacciones químicas de aquellas del
citoplasma.
La membrana externa es continua con
el Retículo Endoplasmatico Granuloso
(REG, 7) y presenta ribosomas sobre
su lado citoplasmático (2).
El espacio perinuclear entre las dos
membranas (1) es continuo al REG.
La membrana interna esta cubierta
por una red de proteínas (lamina o
nucleoesqueleto) que participan en la
organización de los movimientos de
la cromatina durante las diferentes
fases del ciclo celular.
NUCLEO…
En su interior se encuentran uno o varios
nucleolos (4) cubiertos por una matriz fibrosa
llamada nuceloplasma (liquido de consistencia
gelatinosa donde se disuelven sustancias como
nucleótidos trifosfatos, enzimas, proteínas y
factores de trascripción) y sitentiza el rRNA.
El ADN (5) se encuentra en forma de cromatina
(complejo ADN-proteínas o cromosomas).
Eucromatina es la forma menos compacta,
genes que son frecuentemente exprimidos.
Heterocromatina facultativa es la forma
compacta, genes que no son exprimidos.
Heterocromatina constitutiva es la forma que
fabrica los telomeros, centromeros de los
cromosomas.
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.
Plasmidos: DNA
extracomosomal de
pequeño tamaño en
forma circular
Nucleoide (n)
Cromosoma bacteriano
altamente condensado y ordenado
("supercoiled" o superenrrollado), y
que se encuentra anclado parcialmente
a la membrana bacteriana
empaquetado con ciertas
proteínas, poliaminas
y iones de magnesio
(Cromosoma de E. coli extendido por shock osmótico)
ADN girasa provoca
enrollamientos negativos.
Topoisomerasa I es capaz de
desenrollarlo y relajarlo para
permitir la replicación.
(Neisseria gonorrhoeae )
Núcleo
Almacena de forma organizada
los genes en los cromosomas.
Trasporta factores de regulación
y productos génicos a través de
los poros nucleares.
Produce los mensajes que se
traducirán en proteínas
Produce los ribosomas en la
región nucleolar o nucleolo
Organiza el desenrollamiento
del DNA durante la replicación y
la transcripción
5
DNA
Empaquetamiento de la
cromatina
de 1400 nm
Nucleosoide
Solenoide
Bucles o asas superenrolladas
o Bucle de 700 nm
Cuentas de collar o Solenoide:
Nucleosoma y las histonas H1
*
Dominio funcional o unidad de
replicación.
Nucleosoma (10nm):
DNA y complejo de histonas (H2A,
H2B, H3 y H4) con dos copias c/u.
(4nm)
Cromosoma totalmente
condensado (metafase)
Macroestructura del DNA
*Cada
bucle de cromatina representa un dominio funcional o unidad de
replicación.
Estos dominios contienen alrededor de 100,000 pares de bases, extensión
de ADN suficiente para acomodar varios genes de tamaño promedio.
Algunos genes, sin embargo, pueden abarcar varios dominios adyacentes de
un cromosoma. Cada cromosoma puede tener cien o más dominios.
SAR o MAR (scaffold
associated regions/ matrix
attachment regions) son
zonas altamente
conservadas.
SAR son regiones de
varios cientos de pares de
bases ricas en residuos de
adenina y timina,
abundantes en la
heterocromatina.
Las perlas son los nucleosomas
(Empaquetamiento de la fibra de 30 nm)
Lamina nuclear
Provee soporte interno
espacio o
cisterna
perinuclear
(REG)
(MET Hepatocito. A, Eucromatina; b, RER; c, Mitoncndria).
Heterocromatina:
Condensada y transcripcionalmente inactiva (constitutiva y facultativa).
Localización nuclear periférica. Representa ~10%.
Membrana nuclear
Eucromatina:
No condensada y trascripcionalmente activa o en replicación. Localización
nuclear central.
6
Complejos de poro nuclear (CPN)
En el núcleo, los genes transcripcionalmente activos tienden a estar
separados de los inactivos. Los activos se encuentran ubicados
centralmente, mientras que los silentes están confinados próximos a
la envoltura nuclear.
La fosforilación de las laminas provoca el desensamble de la lámina
nuclear causando la ruptura de la envoltura al inicio de la división
celular.
El número de CPN es variable, incrementándose a
medida que aumenta la actividad celular. En una célula
de mamífero hay entre 3000 a 4000 complejos de poro.
CPN constituido por un gran número de proteínas de
disposición octamérica.
Está formado por:
· Ocho columnas proteicas, que forman las paredes
laterales del poro.
· Un anillo externo, formado por ocho unidades proteicas.
· Un anillo interno, también con estructura octamérica.
· Proteínas de anclaje que fijan cada columna al espacio
perinuclear.
· Proteínas radiales que se proyectan desde las
columnas hacia la luz del poro, a manera de diafragma
· Proteínas fibrilares fijas al anillo interno y externo. En
la cara nuclear convergen para formar una canastilla o
cesta. A lo largo de estas fibrillas se ubican
nucleoporinas que intervienen en el transporte de
sustancias a través del poro.
15 – 20 nm
· Un poro central o abertura.
Poro nuclear
Complejos de poro nuclear (CPN)
(Nup)
La luz de los CPN suele presentarse obturada por las proteínas que circulan a través del
poro, como por las carioportinas (Kap) que actúan como eficientes transportadores en el
tráfico núcleo/citoplasma.
Los CPN presentan uno o varios canales acuosos a través de los cuales las pequeñas
moléculas solubles en agua difunden (transporte no regulado). Las moléculas de mayor
peso molecular son transportadas en forma activa, por lo que requieren energía y
moléculas transportadoras.
Se importan dentro del núcleo:
• Las proteínas sintetizadas en el citoplasma necesarias para ensamblar los
ribosomas.
• Los factores de transcripción requeridos en la activación o inactivación de los
genes.
• Los factores de empalme necesarios en el proceso de maduración de los
ribosomas. L
Para poder ingresar en el nucleo, las proteínas sintetizadas en el citoplasma
deben contener la señal de localización nuclear (nuclear signal localization,
NSL).
Las moléculas y macromoléculas ensambladas y
exportadas desde el núcleo al citoplasma incluyen:
• Las subunidades ribosomales
• ARNm. Ellos salen a través del complejo de poro con una proteína especial
que posee una señal nuclear de exportación (nuclear export signal, NES).
Las moléculas de mayor tamaño requieren de una proteína “transbordadora” o
carioportina.
La superfamilia de carioportinas esta integrada por:
-importinas (proteínas)
-exportinas (proteínas)
-transportinas
(ARN maduros)
(Nup)
Las importinas son
heterodímeros,
formados por dos
subunidades (α y ß)
El poro se
dilata y la
proteína es
traslocada
activamente
ARN de transferencia
• Factores de transcripción que son devueltos al citoplasma para ser
reutilizados.
7
Exportación de ARN
Los ARN maduros se asocian a
proteínas llamadas transportinas, las
cuales actúan como transbordadores
permitiendo el pasaje de ARN al
citoplasma.
Actividad en el poro nuclear
(CRBP)
El ARNm es llevado fuera del núcleo.
Los ARNm maduros que presentan la
poli A se asocian con varias
proteínas, formando una partícula de
ribonucleoproteína (RNP).
Estas
partículas
se
mueven
linealmente a través de la canasta
nuclear. Al igual que las importinas,
las RNP son recicladas hacia el
núcleo.
En el citoplasma, las CRBP
(cytoplasmic RNA-binding proteins)
reemplazan a las RNP para guiar a
los ARNs a sus destinos citosólicos
correctos.
FIN
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“Stumbling Upon Active Transport”
(The Na+/K+ ATPase discovery)
Jens Skou 1950s
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