1

CURS 10-11

Nucleul celular. Cromatina

i cromozomii.

CUPRINS

CE ESTE NUCLEUL?

STRUCTURA NUCLEULUI

MEMBRANA NUCLEAR

CROMATINA/CROMOZOMII

NUCLEOLUL

FUNCIILE NUCLEULUI

REPLICAREA ADN-ULUI

TRANSCRIEREA ADN-ULUI

2

CE ESTE NUCLEUL?

Prezena nucleului este principala trstur care

difereniaz celulele eucariote de cele procariote

separ genomul celulei de citoplasm.

Nucleul:

este cel mai mare organit din celul;

conine genomul celulei servind ca depozit al

informaiei genetice (ADN);

funcioneaz ca centru de control al activitii

celulare direcioneaz expresia genelor (ADN

ARN proteine)

n nucleu au loc:

replicarea ADN-ului

(sintez de ADN),

precum i o parte din stadiile

expresiei genelor:

transcrierea (sinteza

ARN-ului) i

procesarea ARN-ului.

Doar stadiul final al expresiei

genelor traducerea (sinteza

proteinelor) are loc n

citoplasm.

3

STRUCTURA NUCLEULUI

n interfaz, nucleul are trei

componente principale:

Membrana nuclear;

Nucleoplasma (cu

cromatina i fluidul sau

matricea nuclear)

Nucleolul.

Imagine de microscopie electronic

structura nucleului.

MEMBRANA NUCLEAR Membrana nuclear (nveliul nuclear) const din

dou membrane intern i extern fuzionate la nivelul porilor nucleari, prin are loc transportul de substane ntre nucleu i citosol.

Particulariti:

membrana extern are ribozomi ataai i se continu cu membrana RE rugos;

spaiul intermembranar se continu cu lumenul RE;

straturile duble lipidice ale membranelor intern i extern se continu unul cu cellalt la nivelul porilor nucleari;

reea de filamente intermediare pe faa intern lamina nuclear

4

Filamentele intermediare confer suport

mecanic pentru nveliul nuclear; cele

nucleare formeaz o structur de

susinere ancorat pe faa intern a

membranei nucleare lamina nuclear.

LAMINA NUCLEAR

Fosforilarea laminelor declaneaz dezasamblarea

laminei nucleare (la nceputul mitozei) ceea ce duce la

fragmentarea membranei nucleare sub form de vezicule.

Defosforilarea laminelor duce la reasamblarea

membranei nucleare.

LAMINA NUCLEAR

5

Complexele porilor nucleari

sunt canale prin care moleculele

polare mici, ionii i macro-

moleculele sunt transportate

ntre nucleu i citoplasm.

o structur extrem de mare i

complex de 30 ori mrimea

unui ribozom.

Moleculele mici traverseaz liber difuziune prin por.

Macromoleculele sunt transportate printr-un mecanism

selectiv, cu consum de energie, prin care:

se import proteinele din citoplasm, i

se export molecule de ARN din nucleu.

PORII NUCLEARI

Complexul porului este un ansamblu de opt

subuniti anulare ancorate n membran i

conectate la dou inele proteice unul pe faa

citoplasmatic i unul pe faa nuclear.

De inelele porului sunt ataate filamente proteice

pe faa nuclear formeaz o structur distinct

asemntoare unui co.

6

Transportul macromoleculelor

prin por:

Ambidirecional pn la 500

macromolecule/sec

Selectiv i, pentru un anumit tip

de substan ntr-un singur sens

import sau export

Importul este mediat de semnale

de localizare nuclear (NLS =

Nuclear Localization Sequence),

Exportul este mediat de semnale

nucleare de export (NES =

Nuclear Export Signal)

NUCLEOPLASMA

Nucleoplasma conine cromatina i

matricea nuclear

Cromatina se prezint sub dou

aspecte:

Heterocromatina cromatina

condensat arii intens

colorate, adesea asociate cu

membrana nuclear

Eucromatina, mai dispersat,

palid colorat cromatina

activ metabolic (implicat n

sinteza de ARN).

7

Celulele conin dou tipuri de heterocromatin:

Heterocromatina constitutiv nu este transcris

niciodat

Heterocromatina facultativ nu este transcris n

celula examinat, dar poate fi transcris n alte celule

Exemplu de heterocromatin facultativ cromatina

sexual:

La sexul feminin doi cromozomi X, unul este inactivat

(heterocromatinizat) caracteristici morfologice specifice

La sexul masculin un singur cromozom X (pereche cu

Y) este dispersat, nu se observ cromatin sexual.

Studiul cromatinei sexuale

util in diagnosticarea sexului genetic la pacienii cu

ambiguitate genital

sindromul Klinefelter - XXY

Cromatina este un complex de ADN i proteine

nucleoprotein reprezint forma desfurat a

cromozomilor.

Fiecare cromozom este o singur molecul de ADN

lung liniar, asociat cu proteine care mpacheteaz

firul subire de ADN ntr-o structur mai compact.

Proteinele care se leag pe ADN pentru a forma

cromozomii la eucariote, sunt de dou tipuri:

histonele cantiti mari masa lor este egal cu a

ADN-ului

proteine nehistonice.

CROMATINA

8

Majoritatea cromatinei se gsete sub forma unei fibre cu diametrul de 30 nm.

Dac aceasta este desfurat apare un aspect de irag de mrgele:

firul este reprezentat de ADN

mrgelele particula miez a nucleozomului ADN nfurat pe histone.

Nucleozomii reprezint primul nivel de mpachetare a ADN-ului.

ORGANIZAREA MOLECULAR A CROMATINEI

Nucleozomul const din:

dou tururi complete ale

ADN-ului n jurul miezului

proteic, plus

ADN-ul linker adiacent.

Miezul histonic octamer

format din cte dou histone

H2A, H2B, H3, i H4

Histona H1 se leag de ADN-ul

linker i stabilizeaz urmtorul

nivel de mpachetare solenoidul

(fibra de 30 nm).

9

CROMOZOMII

Cu excepia gameilor, fiecare

celul uman conine dou copii

ale fiecrui cromozom una

motenit de la mam i una de la

tat.

Cromozomii materni i paterni

dintr-o pereche se numesc

cromozomi omologi.

Singura pereche cu cromozomi

neomologi este perechea

cromozomilor sexuali la sexul

masculin X motenit de la

mam i Y de la tat.

cromozomi omologi

cromozomii sexuali la brbat

neomologi

Fiecare celul uman conine 46 de cromozomi:

22 de perechi comune ambelor sexe (autozomi), plus

perechea cromozomilor sexuali (XX sau XY)

Cei 46 de cromozomi umani, vizualizai n mitoz alctuiesc CARIOTIPUL

10

NUCLEOLUL

Nucleolul este cea mai proeminent structur observat

n nucleul celulelor eucariote observate la MO.

Reprezint locaia biogenezei ribozomilor

procesarea ARNr i asamblarea cu proteine.

Nu este delimitat de membran, ci este un agregat de

macromolecule n principal ARN i proteine.

Mrimea nucleolului reflect numrul de ribozomi

produi variaz larg n diferite tipuri de celule, chiar

n aceeai celul n momente diferite.

n celulele foarte active (procese de sintez proteic)

ocup ~ 25% din volumul nuclear.

Morfologic, se descriu trei regiuni distincte:

Centrul fibrilar (const din cteva bucle de ADN ce conin genele

ARNr)

Componenta fibrilar dens (sinteza i procesarea pre-ARNr), i

Componenta granular (subuniti pre-ribozomale complete).

11

Schema sintezei de ARNr i

asamblrii ribozomilor

Nucleolul conine:

genele pentru ARNr,

precursori ARNr,

ARNr matur,

enzime implicate n

procesarea ARNr,

proteine ribozomale

(importate) i

subuniti ribozomale

parial asamblate.

FUNCIILE NUCLEULUI

n celulele cretere sau care sufer difereniere,

nucleul este activ metabolic.

Procesele care au loc sunt n nucleu:

Replicarea ADN-ului (sinteza unei copii a

ntregului ADN)

Transcrierea ADN-ului sinteza i procesarea

ARNr, ARNt i ARNm.

Transcrierea genelor ce codific proteine

ARNm care este apoi tradus n proteine, n

citoplasm.

12

Replicarea ADN-ului const n crearea unei copii a

ntregii informaii genetice a celulei.

Asigur transmiterea informaiei genetice la

descendeni (celulele fiice) n timpul diviziunii

celulare.

13

Deoarece cele dou catene de

ADN sunt antiparalele:

o caten nou este sintetizat

continuu catena

cornductoare;

cealalt este sintetizat prin

alipirea a mici fragmente de

ADN (fragmente Okazaki)

sintetizate n sensul opus

direciei de replicare catena

ntrziat.

Cauza particularitate a

ADN-polimerazei

Catenele parentale de ADN sunt separate de o alt enzim, numit

helicaz i servesc ca matri pentru sinteza a dou noi catene

complementare la nivelul furculiei de replicare.

Polimerizarea rolul ADN-polimerazei sintetizeaz ADN

numai n direcia 5-3 prin ataarea de dNTP (dezoxiribo-

nucleotide trifosfat) pe o caten primer preformat din ARN.

14

Transcrierea ADN-ului este prima etap a

procesului prin care celula exprim informaia

genetic.

Transcrierea reprezint sinteza de ARN ADN-ul

din genom nu determin direct sinteza proteinelor,

ci folosete ca intermediar o molecul de ARN

ARN mesager.

n alte cazuri produsul

final al expresiei genelor

nu este o protein, ci

chiar ARN ARNt i

ARNr.

Celulele eucariote conin trei ARN-polimeraze nucleare

care transcriu genele pentru:

ARNm polimeraza II (n nucleu),

ARNr polimeraza I (n nucleol) i III (molecula 5S

n nucleu)

ARNt polimeraza III (n nucleu).

ARN polimerazele la eucariote nu se leag direct pe

ADN necesit proteine numite factori de

transcriere, pentru iniierea transcrierii.

Factorii de transcriere se leag de o regiune a genei

numit promotor apoi recruteaz ARN polimeraza

pe promotor pentru iniierea transcrierii.

15

Procesarea ARN-ului

mesager

La eucariote, n timpul

elongrii catenei de ARNm,

aceasta sufer trei tipuri de

procesare:

nlturarea intronilor

cel mai important;

Adugarea unui cap 5 i a

cozii poli-A n regiunea 3.

Procesele care se desfoar n nucleu sunt replicarea i

traducerea. (Adevrat/Fals)

R: Fals replicarea i transcrierea

Numii componentele nucleului.

R: Membrana nuclear, nucleoplasma i nucleolul

Lamina nuclear este o reea de filamente intermediare pe faa

extern a membranei. (Adevrat/Fals)

R: Fals pe faa intern

Numii elementele structurale ale nveliului nuclear. R: membrana extern, membrana intern, pori nucleari,

lamina nuclear

RECAPITULARE:

16

Prin porii nucleari se importa n nucleu proteine i se

export ARN. (Adevrat/Fals) R: Adevrat

Transportul moleculelor mici prin porii nucleari se face

cu consum de energie. (Adevrat/Fals)

R: Fals difuziune pasiv

Numii tipuri de cromatin. R: eucromatina, heterocromatina constitutiv i

facultativ

Cromatina conine ADN i proteine, iar cromozomii doar ADN.

(Adevrat/Fals)

R: Fals i cromatina i cromozomii conin aceeai

nucleoprotein (ADN + proteine) difer gradul de condensare

Cum se numesc proteinele pe care se nfoar molecula de

ADN?

R: histone

Forma cea mai slab condensata (mpachetat) a cromatinei este

reprezentat de nucleozom. (Adevrat/Fals)

R: Adevrat

Funcia nucleolului este sinteza subunitilor ribozomale.

(Adevrat/Fals)

R: Adevrat

Care este enzima care sintetizeaz ARN mesager?

R: ARN-polimeraza II

Care este enzima care sintetizeaz ADN?

R: ADN-polimeraza