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• Lynnda Kristal

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Guía de Ayudantía Nº6 Núcleo

1. ¿Qué ventaja evolutiva brinda a la célula la aparición de un núcleo? Existen células más primitivas que no tienen núcleo (células "procarióticas"), que son propias de los seres unicelulares, como son las bacterias. Las células de los organismos multicelulares, en cambio, tienen núcleo (salvo los glóbulos rojos), y se han llamado células "eucarióticas". El núcleo de estas últimas tiene una envoltura, que no sólo la limita del citoplasma, sino que además controla el flujo de sustancias que entran y salen de él. Su envoltura al mismo tiempo, impide que el DNA se enrede en las fibras proteicas que contiene el citoplasma. Las células procariotas en la Tierra son mucho más comunes que las eucariotas y pueden colonizar ambientes que son imposibles para las frágiles células eucariticas. Por otra parte, las células procariotas también se reproducen más rápidamente que las eucariotas, adaptándose en poco tiempo a exigentes cambios ambientales. Las células eucariotas pueden asumir roles complejos y especializados, lo que las procariotas no pueden, como por ejemplo transmitir estímulos nerviosos, o agruparse para formar un animal multicelular, que puede explorar el ambiente, cosa que no le es posible a una célula simple sin núcleo. Incluso, aun cuando no se puedan desplazar, como en el caso de un árbol, sus células se pueden especializar.

2. ¿Cuáles son los componentes estructurales del núcleo?

3. ¿Es cierto que el genoma es más grande en la medida que los organismos son más complejos? ¿Y que mientras más grande el genoma hay mayor número de genes? En algunos casos, no parece haber una correlación clara entre número de genes y complejidad del organismo. El gusano nematodo C. elegans, tiene 18.000 genes (tabla 1), unos 5.000 más que Drosophila, un organismo más complejo. El hombre sólo tiene el doble de genes que C. elegans (las estimaciones indicaban unos 100.000). También estos datos se empiezan a entender. Existen mecanismos en eucariotas superiores que son capaces de “expandir el proteoma”. Es decir, a partir de una misma secuencia de DNA obtener más de una proteína. Los grandes intrones encontrados en mamíferos pueden, en muchos casos, “esconder” información que no se puede deducir sólo con la secuencia del DNA. Aún tiene que pasar tiempo hasta que se pueda conocer el número de proteínas que un organismo es capaz de sintetizar. Pero esto sería motivo de otro trabajo. En cualquier caso, sí que se puede afirmar que “organismos más complejos tienen más funciones génicas”. Mencione y describa todos los niveles de compactación del DNA ¿Qué utilidad tiene el empaquetamiento del DNA en organismos

pluricelulares? Importancia del empaquetamiento del material genético dentro del núcleo: es fundamental empaquetar las moléculas de ADN en el núcleo ordenadamente, porque la forma exacta de cómo un genoma se pliega en una célula particular determina la actividad de los genes en esa región. Si los genes no están ubicados correctamente, se pueden presentar anomalías, mutaciones, etc. 4. Describa la estructura del nucleosoma Nucleosomas: unidad fundamental de empaquetamiento de la cromatina, que le da a la cromatina la apariencia de un collar o cuentas de rosario. En otras palabras, los nucleosomas con la unidad estructural primaria de la cromatina. En el genoma haploide del ser humano existen 1,5x107 nucleosomas. Son el primer nivel de empaquetamiento: Histonas nucleosomales + ADN

5. ¿Cómo pueden ocurrir los procesos de replicación y transcripción si el DNA se encuentra empaquetado?

La cromatina es una estructura dinámica que adapta su estado de compactación y empaquetamiento para optimizar los procesos de replicación, transcripción y reparación del ADN, juega un rol regulatorio fundamental en la expresión génica. Los distintos estados de compactación pueden asociarse (aunque no unívocamente) al grado de transcripción que exhiben los genes que se encuentran en esas zonas. La cromatina es, en principio, fuertemente represiva para la transcripción, ya que la asociación del ADN con las distintas proteínas dificulta la procesión de las distintas ARN polimerasas. Por lo tanto, existe una variada cantidad de máquinas remodeladoras de la cromatina y modificadoras de histonas. Existe actualmente lo que se conoce como "código de histonas". Las distintas histonas pueden sufrir modificaciones posttraduccionales, como ser la metilación, acetilación, fosforilación, generalmente dada en residuos lisina o arginina. La acetilación está asociada con activación de la trascripción, ya que al acetilarse una lisina, disminuye la carga positiva global de la histona por lo cual tiene una menor afinidad por el ADN (que está cargado negativamente). En consecuencia, el ADN se encuentra unido menos fuertemente lo que permite el acceso de la maquinaria transcripcional. Por el contrario, la metilación está asociada con la represión transcripcional y una unión ADN-histona más fuerte (si bien no siempre esto se cumple). Por ejemplo, en la levadura S.

pombe, la metilación en el residuo de lisina 9 de la histona 3 está asociado con represión de la transcripción en la heterocromatina, mientras que la metilación en el residuo de lisina 4 promueve la expresión de genes. En general la metilación del ADN y de la cromatina son procesos sinérgicos, ya que, por ejemplo, al metilarse el ADN, existen enzimas metiladoras de histonas que pueden reconocer citosinas metiladas, y metilan histonas próximas y viceversa. Todas estas modificaciones forman parte de la familia de las modificaciones epigenéticas.

6. ¿Cuál es la función del nucléolo? La función principal del nucléolo es la transcripción del ARN ribosomal por la polimerasa I, y el posterior procesamiento y ensamblaje de los pre-componentes que formarán los ribosomas. Además, el nucléolo tiene roles en otras funciones celulares tales como la regulación del ciclo celular, las respuestas de estrés celular, la actividad de la telomerasa y el envejecimiento.

7. ¿Cómo pueden ingresar o salir estructuras de gran tamaño como

proteínas hacia dentro o fuera del núcleo? Descríba el mecanismo. Ingresan a través de poro nucleares.

8. ¿Qué tipo de señal existe dentro de la célula para saber que una proteína debe ingresar al núcleo? ¿Cómo es reconocida esta señal? Péptido señal: La proteína contiene una secuencia señal de exportación nuclear (NES) o una secuencia de localización nuclear (NLS). Las proteínas restringidas al núcleo poseen solo una NLS. Las que van y vienen del núcleo al citosol o viceversa poseen las dos señales.

Citoesqueleto 1. ¿Cuáles son las funciones generales del citoesqueleto en una célula eucarionte? Provee el soporte interno para las células, ancla las estructuras internas de la misma e interviene en los fenómenos de movimiento celular y en su división. En las células eucariotas, consta de microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos. 2. Mencione al menos tres funciones que tengan los filamentos de actina. - Movilidad celular - Forma celular - Forman microvellosidades 3. Explique cómo se estructura y organiza el citoesqueleto de microtúbulos ¿Cuál es el rol del centrosoma en este fenómeno?

Los microtubulos son tubos cilíndricos de 20-25 nm en diámetro. Están compuestos de subunidades de la proteína tubulina, estas subunidades se llaman alfa y beta. Los microtubulos actúan como un andamio para determinar la forma celular, y proveen un conjunto de pistas para que se muevan las organelas y vesículas. Los microtubulos también forman las fibras del huso para separar los cromosomas durante la mitosis. Cuando se disponen en forma geométrica dentro de flagelos y cilias, son usados para la locomoción.

4. ¿Cuál es el rol de las proteínas accesorias en filamentos de actina? Mencione 3 ejemplos. Proteínas reguladoras: regulan los procesos de alargamiento (polimerización) y acortamiento (despolimerización) de los filamentos principales.

Proteínas ligadoras: conectan los filamentos entre si y con distintas estructuras celulares Proteínas motoras: sirven para la motilidad, contracción y cambios de forma celulares. También trasladan macromoléculas y organelas de un punto a otro del citoplasma.

5. De acuerdo a la siguiente figura responda:

a. ¿Qué representa la figura? Polimerización de tubulina pura b. Explique cada segmento de esta curva Una mezcla de tubulina, tampón y GTP se coloca a 37°C. La cantidad de microtubulo polimerizado, medida mediante dispersión de luz, sigue una curva sigmoidal. Durante la fase inicial las moléculas individuales de tubulina se asocian formando agregados metaestables, algunos de los cuales continúan y nuclean microtúbulos. Esta fase reglaja una barrera cinética para el proceso de nucleación. Durante la fase rápida de alargamiento, las subunidades se añaden a los extraños libres de los microtubulos existentes. Durante la fase rápida de alargamiento, las subunidades se añaden a los extremos de los microtubulos existentes durante la fase de meseta, la polimerización y la despolimerización están ene equilibrio ya que la cantidad de tubulina libre ha llegado al punto en que se ha conseguido la concentración critica. Para simplificar, las subunidades que se añaden y que se pierden de un microtubulo se muestran siempre en el mismo extremo c. A qué filamento corresponde esta curva Microtúbulos 6. El citoesqueleto se compone de distintos tipos de filamentos. Complete el siguiente cuadro con respecto a los filamentos:

Monómero

Filamento actina Actina G

de

Filamento intermedio Cabeza globular, cola globular, dominio central alargado

Microtúbulos Tubulina alfa y beta

Tamaño

10 mn diámetro

Finos, globulares, 3-6 nm diámetro

Polimerización

Muy Dinámica, depende de iones

Polaridad

Polar

Dímero interaccionan antiparalelamente Polares, al agruparse pierden la polaridad No

Presencia ramificaciones Resistencia a tensión

de Sí la Involucradas en la contracción muscular

Sí

Cilíndricos, largos y rígidos, 25 nm diámetro Por adición en uno o ambos extremos Polar No No

7. Si al medio de cultivo de amebas, agrego un análogo de ATP que

no es hidrolizable en ADP+Pi. ¿Qué tipo de filamento ve afectada su polimerización? ¿Qué ocurre con el desplazamiento de las amebas? Afecta a los filamentos que están encargados de la contracción muscular, o sea, del desplazamiento, por lo tanto, no podría desplazarse o se vería dificultada esta función. 8. Al observar una neurona, Ud. se da cuenta que una vesícula se

mueve al extremo (+) de los microtúbulos. Explique la maquinaria molecular encargada de realizar este proceso.