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Núcleo celular
El núcleo celular es una estructura característica de las células eucariotas. Contiene
la mayor parte del material genético celular, organizado en cromosomas, basados
cada uno en una hebra de ADN con acompañamiento de una gran variedad de
proteínas, como las histonas. Los genes que se localizan en estos cromosomas
constituyen el genoma nuclear de la célula eucariótica, donde se encuentran otros
genomas, propio de algunos orgánulos de origen endosimbiótico. La función del
núcleo es mantener la integridad de estos genes y controlar las actividades
celulares a través de la expresión génica.
Los principales elementos estructurales son la envoltura nuclear, que
corresponde a una doble membrana que lo encierra y separa del citoplasma
celular, y la lámina nuclear, que es una red de filamentos intermedios que se
encuentra por el interior de la envoltura nuclear la cual da soporte mecánico al
igual que lo hace el citoesqueleto en toda la célula. Ya que la membrana nuclear es
impermeable a la mayoría de las moléculas, son necesarios poros nucleares para
permitir el movimiento de moléculas a través de la envoltura. Estos poros cruzan
ambas membranas de la envoltura nuclear, proporcionando un canal que permite
el movimiento libre de pequeñas moléculas e iones, mediante difusión simple. El
movimiento de las moléculas más grandes como las proteínas es controlado
cuidadosamente, y requiere transporte activo facilitado por proteínas
transportadoras..
El transporte nuclear es de fundamental importancia para la función celular, ya que
el movimiento a través de los poros es necesario tanto para la expresión genética
como el mantenimiento cromosomal
Aunque el interior del núcleo no contiene límites delimitados por membranas, sus
contenidos no son uniformes, y existe un número de cuerpos subnucleares,
constituídos por proteínas, moléculas de ARN y conglomerados de ADN únicos.
El mejor conocido de estos es el nucléolo, el cual está principalmente relacionado
en el ensamblaje de ribosomas. Luego de ser producidos en el nucléolo, los
ribosomas son exportados al citoplasma en donde traducen ARNm.
El núcleo es una estructura dinámica, que en los organismos con mitosis abierta, se
deshace durante el reparto cromosómico.
Se llama núcleo interfásico al que se observa antes de la mitosis y después de ésta,
ya duplicado; es decir, durante los momentos del ciclo celular que no corresponden
a la mitosis. Cuando no se especifique otra cosa, las explicaciones siguientes se
refieren al núcleo interfásico.
El núcleo interfásico presenta al menos las siguientes partes diferenciadas:
Envoltura nuclear. Se basa en una doble membrana (2 bicapas lipídicas) reforzada
por el citoesqueleto.
Está perforada por poros nucleares, a través de los cuales el interior del núcleo se
comunica con el citosol. La envoltura presenta ribosomas adheridos externamente
y es la continuación del retículo endoplasmático rugoso. La envoltura nuclear se
halla reforzada por dos armazones de filamentos intermedios, uno adosado a su
superficie interna: la lámina nuclear. Y otro situado sobre la cara citosólica de la
membrana externa.
Cromatina. Es la forma que toma el material hereditario durante la interfase del
ciclo celular. Consiste en ADN asociado a proteínas.
Nucleoplasma, también llamado carioplasma o cariolinfa. Se trata del medio
interno indiferenciado que llena el núcleo, semejante al citosol o hialoplasma,
bañando a sus componentes.
Nucléolo(s). Una o más estructuras esferoidales, relacionadas con la síntesis de las
principales piezas de los ribosomas y con su ensamblaje parcial. Éste está
conformado por ARN y proteínas básicas. Se distinguen dos porciones del nucléolo,
la región granular, formada por granulos de ARN, y la región fibrilar formada por
filamentos de ARN. Una tercera región, muy difícil de observar es la denominada
porción cromosómica del nucléolo, en ésta se encuentran filamentos de DNA
Figura del núcleo y el retículo endoplásmico: (1) Envoltura nuclear. (2)
Ribosomas. (3) Poros Nucleares . (4) Nucléolo. (5) Cromatina. (6) Núcleo. (7)
Retículo endoplasmático. (8) Nucleoplasma.
Funciones
• Dirige la actividad celular, ya que contiene el
programa genético que dirige el desarrollo y
funcionamiento de la célula.
• 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.
• Las bacterias no tienen membranas que delimiten un
núcleo. El material genético está organizado en un
solo cromosoma circular situado en el citoplasma
dentro de un cuerpo irregular denominado
nucleoide, es la región que contiene el ADN en el
citoplasma de las células procariota.
En las células procariotas, el ADN es una molécula
única, generalmente circular, que se encuentra
ubicada en un sector de la célula que se conoce con
el nombre de nucleoide, que no implica la presencia
de membrana nuclear.
El nucleoide contiene el cromosoma junto con las
proteínas asociadas y ARN
• El ADN procariota se organiza en paquetes coherentes denominados
OPERONES, en los cuales se encuentran los genes para funciones
interrelacionadas. El modelo operón de la regulación de los genes procariotas
fue propuesto en 1961 por Francois Jacob y Jacques Monod. El fenómeno que
inspiró la idea fue el de la inducción enzimática. La transcripción se detiene
colocando un obstáculo entre el promotor y los genes estructurales; ese
obstáculo es el operador (una secuencia corta de ADN).
Un operón consiste en:
• un operador: controla el acceso de la ARN polimerasa al promotor
• un promotor: donde la ARN polimerasa reconoce el sitio de inicio de la
transcripción
• un gen regulador: controla el tiempo y velocidad de transcripción de otros
genes
• un gen estructural: codifican las enzimas relacionadas o las proteínas
estructurales
• El gen regulador codifica para una proteína que se pega al operador,
obstruyendo al promotor (y por lo tanto a la transcripción), del gen estructural.
El regulador no tiene que estar adyacente a los otros genes en el operón.
Cuando se remueve la proteína represora, puede producirse la transcripción. El
operador y el promotor son sitios de unión sobre el ADN y no se trasncriben.
• Los operones son inducibles o reprimibles, de acuerdo al mecanismo de
control. En Escherichia coli se identificaron setenta y cinco operones diferentes
que controlan 250 genes estructurales. Tanto la represión como la inducción
son ejemplos de control negativo, dado que la proteína represora detiene ("
turn off ") la transcripción.
• La lactosa, el azúcar de la leche, es hidrolizada por la enzima betagalactosidasa. Esta enzima es inducible: solo se produce en grandes cantidades
cuando la lactosa, el sustrato sobre el cual opera, esta presente. En cambio, las
enzimas para la síntesis del aminoácido triptófano se producen continuamente
a menos que el triptófano este presente en el medio de cultivo, se dice en este
caso que las enzimas sintetizadoras de triptófano están reprimidas.
• Operones inducibles:
• Cuando no hay lactosa en el medio, la proteína represora se encuentra unida al
operador impidiendo la transcripción de los genes para las enzimas que
metabolizan la lactosa. el mCuando hay lactosa en edio, ésta funciona como
inductor, se une al represor cambiando su forma lo que evita que se pueda
unir al operador, de este modo la polimerasa puede transcribir los genes
correspondientes.
Este operón lac solo se activa cuando hay lactosa en el medio.
Operones reprimibles:
Cuando un producto del metabolismo, el triptofano por ejemplo, está en cantidades
suficientes la bacteria puede dejar de fabricar las enzimas que los sintetizan. En este
sistema, el producto funciona como correpresor uniéndose al represor y de este modo
detiene la síntesis proteica.