NÚCLEO

ORGANIZACIÓN ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL DEL NÚCLEO 1.- Fenómenos regulados por el núcleo en la célula eucariota 2.- Relación entre el núcleo y el citoplasma 3.- Tipos de enzimas en el núcleo 4.- Tipos de ácidos nucleicos y sus funciones Ácido desoxirribonucleico (ADN) Ácido ribonucleico (ARN) Tipos de ARN y sus funciones 5.- Estructura del cromosoma 6.- Naturaleza química del gen y sus funciones 7.- Organización del código genético 8.- Síntesis de proteínas

NÚCLEO Es la estructura más

conocida en casi todas las células animales; está rodeado de forma característica por una membrana, es esférica y mide unos 5 µm de diámetro.

Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos.

El ADN del interior de cada cromosoma es una molécula única muy larga y enrollada que contiene secuencias lineales de genes. Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula.

Introducción

NÚCLEO El núcleo dirige las

actividades de la célula y en él tienen lugar procesos tan importantes como la autoduplicación del ADN o replicación, antes de comenzar la división celular, y la transcripción o producción de los distintos tipos de ARN, que servirán para la síntesis de proteínas.

El ARN mensajero (ARNm) por ejemplo, se sintetiza de acuerdo con las instrucciones contenidas en el ADN y abandona el núcleo a través de los poros.

El núcleo cambia de aspecto durante el ciclo celular y llega a desaparecer como tal.

Fenómenos regulados por el núcleo en la célula eucariota

NÚCLEO

Envoltura nuclear: formada por dos membranas (una externa y otra interna) concéntricas perforadas por poros nucleares A través de éstos se produce el transporte de moléculas entre el núcleo y el citoplasma.

La membrana interna contiene proteínas específicas que actúan como lugares de unión de la lámina nuclear que la soporta.

Relación entre el núcleo y el citoplasma

La membrana externa , la cual se parece mucho a la membrana del retículo endoplásmico rugoso, y que muchas veces se dispone en forma continuada con este; se encuentra en algunas secciones tapizadas por ribosomas que se hallan sintetizando proteínas, que son transportadas al espacio perinuclear o al lumen del RE.

NÚCLEO

El nucleoplasma, que es el medio interno del núcleo donde se encuentran el resto de los componentes nucleares.

Nucléolo, o nucléolos que son masas densas y esféricas sin membrana propia, formado por dos zonas: una fibrilar y otra granular. La fibrilar es interna y contiene ADN, la granular rodea a la anterior y contiene ARN y proteínas. El nucléolo es una región especial en la que se sintetizan partículas que contienen ARN y proteína que migran al citoplasma a través de los poros nucleares y a continuación se modifican para transformarse en ribosomas.

La cromatina, constituida por ADN y proteinas, aparece durante la interfase; pero cuando la célula entra en división la cromatina se organiza en estructuras individuales que son los cromosomas.

Relación entre el núcleo y el citoplasma

NÚCLEO

Son en general proteínas y se trata de sustancias catalizadoras que se unen temporalmente a una o más sustancias reaccionantes, produciendo la disminución de la cantidad de energía de activación requerida para la reacción.

En la mayor parte de los casos las enzimas se unen a sustancias reaccionantes, llamándose entonces sustrato. La unión se realiza por enlaces de hidrógeno, iónicos o entre zonas hidrofóbicas, raramente mediante enlaces covalentes.

Las superficies deben quedar cercanas, deben ser a su vez complementarias, para que exista un número importante de este tipo de enlaces débiles. Las enzimas se caracterizan por dos fenómenos:

- La especificidad. - La inhibición competitiva.

Enzimas nucleares

NÚCLEO

La especificidad: Se refiere a que en general una enzima cataliza un tipo de reacción química, o en todo caso varias reacciones en las que los sustratos tengan la misma estructuración básica.

La inhibición competitiva: Consiste en que si se añade al medio de reacción, una enzima igual al sustrato, la enzima se une a ella impidiéndose la reacción.

- Por ejemplo, la deshidrogenasa succínica, cataliza y produce la oxidación del ac. sulfúrico para dar ácido fumárico, si se añade al medio ácido malónico, la enzima se une a él, inhibiéndose la reacción, por lo tanto, el ácido malónico y el succínico son muy semejantes.

Enzimas nucleares

NÚCLEO

-

Enzimas nucleares

ADN Función ARN Función

ADN Polimerasa

Replicación

ARN Polimerasa

Transcripción

ADN helicasa Replicación

desenrrolla

ADN Ligasa Reparación

ARN primasa

Replicación

ADN topoisomerasa I y II

Transcripción

Replicación

Produce cortes para disminuir la tensión del superenrrollamiento

Hexonucleasa 3’, 5’Desoxirribonucleasa

Síntesis de ADN(E. fosfodiéster)

Hexonucleasa3’, 5’Ribonucleasa

Síntesis de ARN

NÚCLEO

-

Enzimas nucleares

CLASIFICACION Y FUNCIONES DE LAS ENZIMAS:

CLASES DEENZIMAS

FUNCION

-Oxidorreductasas. Transferencia de electrones, casi siempre en forma de iones hidruro o átomos de hidrógeno.

-Transferasas. Transferencia de grupos funcionales de una molécula a otra

-Hidrolasas. Ruptura de enlaces por hidrólisis.

-Liasas. Formación de dobles enlaces por eliminación de grupos o adición de grupos a un doble enlace

-Isomerasas. Transferencias de grupos dentro de una molécula, para dar formas isoméricas.

-Ligasas. Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N por condensación acoplada en la ruptura del ATP.

ADN polimerasa

- (I) - (III) -(II) - (beta)

- (gamma)

Localización

nuclear

nuclear

nuclear

nuclear

mitocondrial

Función en síntesis de ADN

cebar síntesis ADN

reparación

reparación

replicación

Otras funciones

3´-5´ exonucleasa

3´-5´ exonucleasa

3´-5´ exonucleasa

NÚCLEO Enzimas nucleares

ARN polimerasa I: Sintetiza precursores de ARN ribosómico.

ARN polimerasa II: Sintetiza precursores de ARN mensajero. Esta polimerasa es el tipo más estudiado, y se requieren factores de transcripción para que se una a los promotores del ADN.

ARN polimerasa III: Sintetiza ARN de transferencia, ARN ribosómico de 5S y otros pequeños ARN encontrados en el núcleo celular y en el citoplasma.

Otros tipos de ARN polimerasa se encuentran en la mitocondria y en el núcleo del ribosoma.

NÚCLEO Enzimas nucleares

NÚCLEO

DNA 1953 Jim Watson,

Francis Crick,Rosalind Franklin

Organización del código genético

NÚCLEO

Doble hélice

Reglas simples… Adenina – Timina Guanina – Citosina

Regla A-T / G-C

Organización del código genético

NÚCLEO

Las cadenas se separan

Cada lado actúa como una plantilla para el lado opuesto, usando la base complementaria emparejándose para pegar el nucleótido correcto.

Organización del código

genético

NÚCLEO

DNA Gran molécula de ácido nucleico

que se encuentra principalmente en el núcleo celular; es portadora de la información genética. La información genética está codificada en una secuencia de subunidades moleculares nitrogenadas de esa molécula. Genes Nucleótidos

4 Pares de bases nitrogenadas (pirimídicas CT y púricas AG)

Timina, adenina, citocina, guanina

Desoxirribosa Fosfato

Organización del código genético

NÚCLEO

DNA Gran molécula de ácido nucleico

que se encuentra principalmente en el núcleo celular; es portadora de la información genética. La información genética está codificada en una secuencia de subunidades moleculares nitrogenadas de esa molécula. Genes Nucleótidos

4 Pares de bases nitrogenadas (pirimídicas TC y púricas GA)

Timina, adenina, citocina, guanina

Desoxirribosa Fosfato

Estructura del cromosoma

Aminoácidos

ATG CTA GAT CGCTAC GAT CTA GCGAUG CUA GAU CGC

CADENA DE ADN

CADENA COMPLEMENTARIA

CADENA DE ARN

Aminoácidos

SEGUNDA LETRAU C A G

PRIMERA LETRA

U

UUU fenilalanina

UUC fenilalanina

UUA leucina

UUG leucina

UCU serina

UCC serina

UCA serina

UCG serina

UAU tirosina

UAC tirosina

UAA stop

UAG stop

UGU cisteína

UGC cisteína

UGA stop

UGG triptófano

U

C

A

G

TERCERA LETRA

C

CUU leucina

CUC leucina

CUA leucina

CUG leucina

CCU prolina

CCC prolina

CCA prolina

CCG prolina

CAU histidina

CAC histidina

CAA glutamina

CAG glutamina

CGU arginina

CGC arginina

CGA arginina

CGG arginina

U

C

A

G

A

AUU isoleucina

AUC isoleucina

AUA isoleucina

AUG metionina

ACU treonina

ACC treonina

ACA treonina

ACG treonina

AAU asparagina

AAC asparagina

AAA lisina

AAG lisina

AGU serina

AGC serina

AGA arginina

AGG arginina

U

C

A

G

G

GUU valina

GUC valina

GUA valina

GUG valina

GCU alanina

GCC alanina

GCA alanina

GCG alanina

GAU aspartato

GAC aspartato

GAA glutamato

GAG glutamato

GGU glicina

GGC glicina

GGA glicina

GGG glicina

U

C

A

G

AUG CUA GAU CGC

NÚCLEO

Cada parte del DNA aparece enrollado a complejos de las proteínas histonas, formando partículas denominadas nucleosomas.

NÚCLEO

Química de los ácidos nucleicos

NÚCLEO Replicación

La replicación del ADN es el proceso por el cual se obtienen copias o réplicas idénticas de una molécula de ADN. La replicación es fundamental para la transferencia de la información genética de una generación a la siguiente y, por ende, es la base de la herencia.El modelo de la doble hélice de Watson y Crick permitió explicar cómo las moléculas de ADN pueden copiarse, es decir, replicarse y dar una molécula idéntica al molde o patrón.

NÚCLEO Replicación

NÚCLEO Replicación

NÚCLEO Replicación

NÚCLEO Replicación

NÚCLEO Replicación

Hipótesis de la duplicación del ADN Hipótesis conservativa: Tras la duplicación quedan dos hebras antiguas y dos hebras nuevas formando una doble hélice. Hipótesis dispersa: Se propone que las hebras están formadas por fragmentos indistintos de ADN antiguo y ADN recién sintetizado.

NÚCLEO Replicación

Hipótesis de la duplicación del ADN Hipótesis semiconservativa: formulada por Watson y Crick. En una doble hélice cada hebra servirá de molde y, mediante la complementariedad de bases, se formará una hebra copia de cada hebra molde, quedando al final dos dobles hélices formadas por una hebra antigua (molde) y una hebra nueva (copia). En 1957, experimentos realizados por Meselson y Stahl confirmaron esta hipótesis.

NÚCLEO Replicación

El crecimiento de las nuevas hebrasEl estudio in vitro de la duplicación del ADN fue posible gracias al aislamiento de la enzima ADN-polimerasa por Kornberg. Esta enzima es incapaz de iniciar una cadena de novo; requiere la presencia de un extremo libre del carbono 3' de un nucleótido, para poder ir añadiendo los nucleótidos nuevos. Este extremo 3' libre lo aporta el cebador o «primer», que es una porción pequeña de nucleótidos complementaria al extremo de la cadena patrón. Por tanto, la cadena naciente siempre crecerá en el sentido 5’a3'. El primer nucleótido de la cadena nueva tiene un extremo 5' libre; se irán añadiendo nucleótidos a los extremos 3' libre y se irán formando los enlaces fosfodiester 3’a3', de forma que el último nucleótido tendrá libre el carbono 3'.

NÚCLEO Replicación

•La duplicación del ADN in vivo: Estudios realizados con bacterias comprobaron que el cromosoma bacteriano tenía un origen de replicación, un punto en el ADN circular donde se iniciaba la síntesis de las hebras nuevas. Este punto se encontraba en una burbuja de replicación, donde se abría la doble hélice, y formaba lo que se denominaron las horquillas de replicación.En el mecanismo de duplicación in vivo surgían dos dilemas: ¿cómo podía la ADN-polimerasa iniciar la polimerización sin cebador? Y si la ADN-polimerasa sólo añadía nucleótidos en la dirección 5'®3', ¿cómo se explicaba el crecimiento, en sentido 3'®5', de una de las hebras de la horquilla de replicación?La solución la dio Okazaki: encontró fragmentos de mil a dos mil nucleótidos de ADN y unos cincuenta nucleótidos de ARN, que se añadían discontinuamente sobre la hebra patrón. A medida que se abría la horquilla de replicación se iniciaba la síntesis de un nuevo fragmento de Okazaki. Una hebra de la horquilla se copiaba de forma continua en dirección 5‘-3' y la otra lo hacía de forma discontinua, mediante los fragmentos de Okazaki, también dirección 5‘-3'. Los nucleótidos de ARN eran añadidos por la ARNpolimerasa, enzima que no precisa cebador, y luego la ADN-polimerasa iba incorporando los desoxinucleótidos, sobre la hebra patrón.

NÚCLEO Replicación

Mecanismos de duplicación del ADN Aunque existen algunas diferencias el proceso es básicamente igual en bacterias y en eucariotas: La secuencia de nucleótidos en el origen de replicación del ADN actúa como señal de iniciación. La enzima helicasa separa las dos hebras de la doble hélice para que sirvan de molde. El desenrollamiento de la hélice da lugar al superenrollamiento en los extremos de la horquilla de replicación, actuando entonces las enzimas topoisomerasas que liberan esta tensión. La topoisomerasa I corta una hebra y la topoisomerasa II (denominada girasa en E. coli) las dos. Una vez liberada la tensión vuelven a sellar la doble hélice.

NÚCLEO Replicación

Mientras se separan las dos hebras se van uniendo las proteínas estabilizadoras (SSB), de forma que se mantengan separadas ambas hebras y se estabilice la horquilla de replicación. El proceso de duplicación es bidireccional; hay dos horquillas de replicación por cada burbuja de replicación. La primasa (una ARN-polimerasa) sintetiza los fragmentos de ARN que sirven de cebador (primer) para la ADN-polimerasa. La ADN-polimerasa III incorpora en dirección 5‘-3' los nucleótidos, formando una nueva hebra de crecimiento continuo denominada hebra conductora.

NÚCLEO Replicación

Sobre la otra hebra antiparalela, primero, a unos mil nucleótidos del origen de replicación, se sintetizarán unos cincuenta nucleótidos de ARN que servirán para que la ADN-polimerasa III incorpore los desoxinucleótidos, formándose los fragmentos de Okazaki a medida que se va abriendo la horquilla. Una vez formados, la ADN-polimerasa I, gracias a su función exonucleasa, irá eliminando los tramos de ARN y los irá rellenando con ADN, sintetizados gracias a su actividad polimerasa. Finalmente interviene la ADN-ligasa, que empalma entre sí los distintos fragmentos de la hebra de crecimiento discontinuo, denominada hebra retardada.

NÚCLEO Replicación

NÚCLEO Replicación

NÚCLEO Replicación

NÚCLEO Replicación

NÚCLEO Replicación

NÚCLEO Replicación

NÚCLEO

Tanscripción:

1. Es la copia de secuencias de tripletes de bases de ADN en una secuencia complementaria de codones en un filamento de ARN.

2. Hay tres clases de ARN formadas a partir de secuencias de ADN: ARNm, el cual dirige la síntesis de una proteína, ARNr, que se une a proteínas ribosómicas para producir ribosomas y ARNt, que se enlaza a un aminoácido y lo mantiene sobre un ribosoma hasta que es incorporado a una proteína durante el traslado.

Síntesis protéica

NÚCLEO

Transcripción:

3. La enzima ARN polimerasa cataliza la transcripción de ARN, pero debe recibir instrucciones para “saber” en que sitio iniciar la transcripción.

4. El segmento en el cual se inicia la transcripción recibe el nombre de Unidad Promotora, que se localiza cerca del origen de un gen. Sólo uno de los filamentos sirve como plantilla para la síntesis de ARN, y se le conoce como secuencia con sentido y a la opuesta secuencia en contrasentido

Síntesis protéica

ATGCAT

UACGUA

Molde de secuencia de bases en el ADN

Secuencia de bases complementarias en el ARN

Aminoácidos

SEGUNDA LETRAU C A G

PRIMERA LETRA

U

UUU fenilalanina

UUC fenilalanina

UUA leucina

UUG leucina

UCU serina

UCC serina

UCA serina

UCG serina

UAU tirosina

UAC tirosina

UAA stop

UAG stop

UGU cisteína

UGC cisteína

UGA stop

UGG triptófano

U

C

A

G

TERCERA LETRA

C

CUU leucina

CUC leucina

CUA leucina

CUG leucina

CCU prolina

CCC prolina

CCA prolina

CCG prolina

CAU histidina

CAC histidina

CAA glutamina

CAG glutamina

CGU arginina

CGC arginina

CGA arginina

CGG arginina

U

C

A

G

A

AUU isoleucina

AUC isoleucina

AUA isoleucina

AUG metionina

ACU treonina

ACC treonina

ACA treonina

ACG treonina

AAU asparagina

AAC asparagina

AAA lisina

AAG lisina

AGU serina

AGC serina

AGA arginina

AGG arginina

U

C

A

G

G

GUU valina

GUC valina

GUA valina

GUG valina

GCU alanina

GCC alanina

GCA alanina

GCG alanina

GAU aspartato

GAC aspartato

GAA glutamato

GAG glutamato

GGU glicina

GGC glicina

GGA glicina

GGG glicina

U

C

A

G

NÚCLEO Transcripción

NÚCLEOSíntesis protéica

NÚCLEO

1. Se transcribe (copia) la información codificada en una región del ADN con el fin de producir una molécula específica de ARN.

2. Después la información contenida en esta copia se traduce en la secuencia de aminoácidos que forman una molécula de proteínas

Síntesis protéica

NÚCLEO

Transcripción:

5. La transcripción del filamento con sentido termina en otra secuencia nucleótida especial llamada de terminación, la cual especifica el fin de un gen.

6. Dentro del gen hay regiones llamadas intrones, que no codifican ciertos puntos de las proteínas, localizados entre regiones llamada extrones, que codifican segmentos de una proteína, dando lugar a una molécula de ARNm funcional que pasa a través de los poros nucleares.

Síntesis protéica

NÚCLEO

Transcripción:

NÚCLEO

Traducción: Es el proceso mediante

el cual la secuencia nucleótida de una molécula de ARNm determina el órden de los aminoácidos de una proteína. Y se realiza en la siguiente secuencia:

1. Una molécula de ARNm se enlaza a una pequeña subunidad ribosómica. Un ARNt especial, denominado iniciador, se une al codón de inicio (AUG) en el ARNm donde empieza el transporte.

Síntesis protéica

NÚCLEO

Traducción:

2. La unidad ribosomal grande se adhiere a la unidad ribosomal pequeña, con lo que da origen a un ribosoma funcional. El ARNt iniciador se une al sitio P del ribosoma. Un extremo del ARNt tiene un aminoácido específico, y el extremo opuesto consta de un triplete de nucleótidos llamado anticodón. Este se aparea al codón complementario

Síntesis protéica

NÚCLEO

Traducción:

3. El anticodón de otro ARNt con su aminoácido se une al codón ARNm complementario en el sitio A del ribosoma.

Síntesis protéica

NÚCLEO

Traducción:

4. El polipéptido en crecimiento se separa del ARNt en el sitio P y forma un enlace peptídico con el aminoácido transportado por el ARNt en el sitio A. Por medio de la catálisis de una enzima para la formación del enlace peptídico.

Síntesis protéica

NÚCLEO

Traducción:

5. Luego de la formación del enlace pept., el ARNt del sitioP se separa del ribosoma, y éste cambia el filamento ARNm por un codón. El ARNt en el sitio A, que lleva la nueva proteína se desplaza al sitio P y permite que otro ARNt con un su aminoácido se una a un codón recién expuesto en el sitio A. Repitiéndose este paso.

Síntesis protéica

NÚCLEO

Traducción: 6. La síntesis de las proteínas

se detiene cuando el ribosoma alcanza un codón de alto (stop) en el sitio A en el momento en que la proteína completa se separa del ARNt final. Entonces el ARNt deja vacante es sitio A y el ribosoma se divide en sus unidades constitutivas.La síntesis de proteinas se lleva a una velocidad de 15 aminoácidos por segundo. Pudiendo llevarse a cabo por la unión de varios ribosomas para dar lugar a varias fibras de la misma proteína en poco tiempo.

Síntesis protéica

NÚCLEOSíntesis protéica

Traducción

NÚCLEOSíntesis protéica

Organización del código genético

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