curs nr. 6 nucleul celular

NUCLEUL CELULAR

CELULA EUCARIOTĂ ŞI PROCARIOTĂ

NUCLEUL

• Caractere generale

• ADN-ul nuclear

• ARN-ul celular

• Cromatina

• Spaţiul intercromatinian

• Matricea nucleară

• Învelişul nuclear

• Nucleolul

NUCLEUL - ASPECT GENERAL

NUCLEUL

• Nucleoplasma• Eucromatina şi heterocromatina • Spaţiile intercromatiniene • Nucleolul• Înveliş nuclear - două membrane (cisterne

specializate de reticul endoplasmic), separate de un spaţiu perinuclear

• Membrana prezintă pori - asigură comunicarea între nucleoplasmă şi citoplasmă

CARACTERE GENERALE I

• Majoritatea celulelor - uninucleate• Hepatocitele - binucleate (15% din total)• Masele protoplasmatice multinucleate - plasmodiile şi

sinciţiile• Plasmodiile - multiplicarea nucleară fără citodiereză• Sinciţiile - fuzionarea mai multor celule într-o masă comună

– FMS• Osteoclastele (remodelarea osului) conţin în medie 10 nuclei• Celulele gigante multinucleate de corp străin• Celule anucleate - eritrocite mamiferelor şi a keratinocitelor

stratului cornos

CARACTERE GENERALE II

• Forma nucleului diferă în funcţie de morfologia şi activitatea celulei

• Sferică în celulele epiteliale cubice sau poliedrice• Alungită în celulele fuziforme (celule musculare

netede)• Discoidală în celulele pavimentoase• Lobulată sau segmentată în granulocite şi în

celulele tumorale• Neregulată în megacariocite (nucleu poliploid)

CARACTERE GENERALE III

• Volumul nuclear diferă de la un tip celular la altul• Celulele glandelor salivare - nucleu mic• Neuronii multipolari CA al MS - nucleu

voluminos• Raportul nucleo-citoplasmatic - raportul dintre

vol. nuclear şi vol. citoplasmatic• Din stadiul de blastulă, vol. embrionului creşte

prin multiplicarea celulară• Rap. nucleo-citoplasmatic rămâne acelaşi pentru

fiecare dintre celulele noi • Variază în funcţie de capitalul cromozomial şi

activitatea funcţională

CARACTERE GENERALE IV

• Poziţia nucleului depinde de diferenţierea celulară

• Nucleul ocupă, de obiciei, centrul celulei• Este periferic în macrofagele active şi adipocite• Bazal în celulele glandulare cu secreţie exocrină• Se dispune aproape de membrana bazală în

celulele mucoase• În celulele seroase se găseşte la între polul bazal şi

centrul celulei• În celulele pancreatice exocrine în treimea bazală

ADN-UL NUCLEAR• Conţine patrimoniul genetic • Moleculă foarte lungă - un polimer de nucleotide,

constituită din două lanţuri helicoidale antiparalele• Mononucleotidele - monomeri ai ADN-ului• Dezoxiribonucleotide • Fosfat• Pentoză (2-dezoxi-D-riboză) • Baze azotate cu nucleu ciclic purinic (adenină - A,

guanină - G) sau pirimidinic (citozină - C, timină - T)

• Nucleozidele - combinarea pentozei cu o bază purinică sau pirimidinică: adenozina, timidina, citidina, guanozina

ADN – ASPECT 3D

STRUCTURA PRIMARĂ A MOLECULEI DE ADN

• Molecula de ADN este bicatenară - două lanţuri legate prin legături de hidrogen între bazele purinice şi pirimidinice

• Fiecare lanţ de ADN (sau moleculă monocatenară), se formează prin legarea dezoxiribonucleotidelor prin legături formate între fosfatul şi dezoxiriboza fiecăreia dintre cele două nucleotide vecine

• Această legătură fosfat uneşte carbonul 3΄ al unei dezoxiriboze de carbonul 5΄al altei dezoxiriboze adiacente

• O bază purinică sau pirimidinică se fixează lateral pe carbonul 1 al fiecărei dezoxiriboze

STRUCTURA PRIMARĂ A ADN-ULUI

STRUCTURA TRIDIMENSIONALĂ A ADN-ULUI

• Molecula de ADN este formată din două braţe helicoidale antiparalele, înfăşurate în jurul unui ax comun şi formând o elice dublă

• Termenul de antiparalelism se explică în felul următor secvenţa componentelor unui braţ fiind următoarea:

• - fosfat-carbon 3΄al dezoxiribozei, carbon 5΄ al dezoxiribozei fosfat, etc

• Secvenţele celuilalt braţ se dispun în ordine inversă şi anume:

• - fosfat-carbon 5' al dezoxiribozei, carbon 3΄al dezoxiribozei fosfat, etc

DIFERITELE FORME DE ADN

• - ADN A cu dublă elice dreaptă - baze foarte înclinate - cu elice mai scurtă şi mai groasă decât ADN-ul B

• - ADN B format dintr-o dublă elice dreaptă - formă foarte stabilă (8 perechi de baze pentru fiecare tur de spiră)

• - ADN C asemănător ADN-ului B, ( 9 baze azotate pentru fiecare tur de spiră)

• - ADN D obţinut prin sinteză şi care nu conţine guanină, (8 perechi de baze azotate pentru un tur de spiră)

• - ADN P ( 3,62 de baze azotate /tur de spiră)• - ADN Z cu dublă elice stângă - configuraţie în zigzag când

bazele purinice şi pririmidinice alternează pe acelaşi braţ

TIPURI DE ADN

PROTEINE ASOCIATE ADN-ULUI

• ADN-ul se leagă permanent de histone - fibrele nucleozomice

• Proteine nonhistonice - proteine reglatoare ale transcripţiei, proteinele enzimatice

• Lamininele nucleare (filamnete intermediare ale citoscheletului – tip V)

REPLICAREA ADN-ului

• Dublarea materialului genetic celular• În timpul fazei S a ciclului celular • Rezultă molecule de ADN superpozabile

moleculelor de ADN preexistente• Fiecare braţ serveşte drept matrice pentru a

forma un braţ nou• Se realizează datorită complementarităţii

bazelor nucleotdice• Fiecare dintre cele două molecule formate prin

replicare conţine un lanţ al moleculei ADN de origine

REPLICAREA ADN-ULUI

REPLICAREA ADN-ului• Replicarea se efectuează pornind de la un punct iniţial• Fiecare braţ parental se separă de celălalt în zona

numită ochi de replicare• Puncte de creştere - de o parte şi de alta a ochiului de

replicare• Replicarea este bidirecţională faţă de punctul de

iniţiere • La celulele eucariote, replicarea se face simultan în mai

multe locuri - unităţi de replicare sau repliconi • ADN polimerazele • - ADN polimeraza α sau I - sinteza lanţului precoce• - ADN polimeraza δ sau IV - sinteza lanţului tardiv• - ADN polimeraza β sau II - enzimă reparatoare• - ADN polimeraza γ sau III - replicarea ADN-ului în

mitocondrie.

GENELE I

• O genă - o parte din molecula de ADN transcrisă în ARN• Gena - o succesiune de exoni şi introni• Exonii - în molecula de ARN matură, intronii sunt

eliminaţi• Exonii - regiuni codante ale genei.• O genă începe printr-un loc de iniţiere al transcripţiei şi se

termină la capătul ultimului exon• Transcripţia depinde de o regiune care cuprinde un

promotor şi secvenţe reglatoare• În amonte de locul unde începe lectura - o regiune care

conţine promotorul (secvenţă de ADN specifică ce controlează modul de transcripţie al genei)

GENELE II

• Promotorul :• Miezul - secvenţa TATA (timina, adenină, timină, adenină) • Secvenţa CAAT (citozină, adenină, adenină, timină)

localizate în amonte de locul de iniţiere al transcripţiei. • Miezul promotor permite fixarea ADN-polimerazei,

deschiderea dublei elice şi debutul sintezei de ARN-m • Anumite regiuni reglatoare (amplificatoare şi represoare)

controlează activitatea promotorului• Ele se localizează în amonte sau în aval de genă• Aceste regiuni ale ADN-ului conţin secvenţe nucleotidice

care sunt recunoscute de către factorii de transcripţie

CROMOZOMII

ARN-UL CELULAR

• ARN-ul este monocatenar• Dezoxi-riboza înlocuită de riboză şi timina

înlocuită de uracil • ARN-m (mesager), ARN-t (transport), ARN-r

(ribozomal)

ARN-m

• Ansamblu de exoni ai genei transcrişi de la nivelul ADN-ului

• Cadru de lectură pentru ribozomi• Codonul (secvenţă de trei baze) de debut al

lecturii sau codonul iniţiator sau START (AUG)

• Codonul de sfârşit de lectură sau STOP (UAA, UAG sau UGA)

ARN-m - TRANSCRIPŢIA ŞI TRANSLAŢIA

ARN-t

• Formă de trifoi• Secvenţe auto-complementare• Buclă D (sau 1)• Duclă anticodon (sau 2) • Buclă T (sau 3) • 4 ramuri: una acceptoare (leagă acidul aminat de

transportat), o ramură D, una T şi ramura anticodonului

• Ramura acceptoare sau pericodonul are o extremitate 3΄, a cărei secvenţă terminală este întotdeauna CCA şi o extremitate 5΄ vecină, legată de o moleculă de fosfat

TRANSCRIPŢIA ADN -ului

• Moleculele de ARN-m, ARN-t, ARN-r provin prin transcripţia ADN-ului

• ARN-polimerazele - enzime capabile de a citi unul dintre cele două lanţuri de ADN (matricea) şi de a-l transcrie în diverse tipuri de ARN (ARN-m, ARN-t, ARN-r)

• ARN polimeraza I – ARN-r• ARN polimeraza II - ARNm şi sn-RNA (small

nuclear RNA – ribonucleoproteine) • ARN polimeraza III – ARN-r 5 S (în afara

nucleolului) şi ARN-t

TRANSCRIPŢIA

CROMATINA NUCLEARĂ I

• Cromatina - molecule de ADN organizate în fibre nucleozomice

• În MO nucleii fixaţi şi coloraţi cu coloranţi bazici substanţă colorată - heterocromatină

• Spaţiile mai puţin dense dintre masele cromatice (spaţii intercromatiniene) - eucromatina

• Cromatina - în nucleoplasmă la periferia nucleului în grămezi juxta sau paranucleolare

CROMATINA NUCLEARĂ II

• În nucleii aparţinând aceluiaşi tip celular este aceeaşi, dar variază mult de la un tip celular la altul

• Mai multe forme:• - de grămezi neregulate, uneori de dimensiuni mici• - de granulaţii fine• - sub forma unei reţele fine• Aspectul variază în funcţie de celulă şi de activitatea

celulară• În nucleul celulelor somatice, la femei - masă de

cromatină cu un diametru de 1μ, biconvexă, aflată în apropierea nucleolului sau a membranei nucleare (cromatină sexuală - corpuscul Barr) – porţiunea inactivată a cromozomului X

FIBRELE NUCLEOZOMICE I

• Fibrele nucleozomice la nucleul interfazic - o structură în „colier de perle”.

• Fiecare perlă - nucleozom (sub formă de disc, sferă sau cilindru) - 10 nm.

• Centru proteic (core) - histone H2A, H2B, H3, H4, organizate sub formă de octameri (4 perechi, o pereche/tip de histonă)

• Histona H1 extranucleozomică - gradul de rulare sau de condensare al cromatinei

• Fibra cromatiniană are un diametru de 10 nm. • ADN-ul dintre doi nucleozomi, cu o lungime de 14 nm şi

un diametru de 3 nm, conţine în medie 40 perechi de baze

FIBRELE NUCLEOZOMICE II

• ADN-ul se înfăşoară sub formă de elice în jurul centrului proteinei: lungimea ADN-ului înfăşurat - 140 de baze complementare

• Nucleozomii ocupă pe fiecare moleculă de ADN, în aceleaşi condiţii fiziologice, acelaşi loc

• Histona H1 poate determina o condensare a fibrei nucleozomice care va avea în acest caz un diametru de 30 nm

• Prin spiralizeze – solenoide, diametrul 100 nm• Acest nucleofilament se poate înfăşura chiar în jurul lui,

diametrul 300 nm • O supraspiralizare a acestor filamente va da naştere unui

nucleofilament de 600 nm diametru

• Există şi regiuni fără nucleozomi sensibile la acţiunea dezoxiribonucleazei (prin hidroliză rupe fibra nucleozomică în numeroase fragmente - apoptoză)

• La specia umană - 23 perechi de cromozomi, 22 perechi autozomi şi o pereche de gonosomi (cromozomi sexuali: XX sexul feminin, XY sexul masculin)

• Fiecare dintre aceşti cromozomi au aceleaşi regiuni specializate care corespund:

• - mai multor regiuni de replicare• - centromerului• - celor două telomere

FIBRELE NUCLEOZOMICE III

• CENTROMERUL• Asigură asocierea a două cromatide fiice (două

fibre nucleozomice) de la începutul duplicării până la debutul anafazei, când se separă cromatidele surori

• În timpul mitozei centromerul se ataşează fusului prin intermediul unui proces proteic - kinetocor

• DOUĂ TELOMERE• Regiuni specializate ale fiecărei extremităţi ale

unui cromozom care conţin secvenţe specifice • Extremitatea fibrei nucleozomice este

monocatenară.

FIBRELE NUCLEOZOMICE IV

TELOMERUL

HETEROCROMATINA I

• Constituie ansamblul de segmente cromozomice care rămân condensate în timpul interfazei (fracţiuni de ADN inactive)

• Are o suprastructură solenoidă şi este foarte bogată în histone H1

• Reprezintă 80-90% din ADN-ul nuclear

• Se găseşte sub două forme: constitutivă şi facultativă

HETEROCROMATINA II

• HETEROCROMATINA CONSTITUTIVĂ• Este formată din secvenţe de ADN care nu sunt niciodată

transcrise • Se găseşte în jurul centromerului. • Secvenţe identice de cromozomi omologi cu aspect

condensat pe tot parcursul ciclului celular (braţul lung al cromozomului Y)

• HETEROCROMATINA FACULTATIVĂ• Inactivarea completă a unui segment cromozomic nu este

însoţită de o alterare a structurii genice • Genele reprimate diferă de la un tip celular la altul: un

astfel de mecanism explică diferenţierea celulară • Genele citokeratinei sunt reprimate în fibroblaşti, cele de

vimentină în keratinocite

EUCROMATINA

• Nu poate fi vizualizată la microscopul optic - fibre nespiralizate sau despiralizate

• Aceste fibre sunt genetic active (moleculele de ADN în curs de replicare şi transcripţie)

• Sub acţiunea ARN-polimerazei, care permite sinteza ARN plecând de la ADN, ADN-ul se debobinează parţial

• 1-5% din ARN-ul sintetizat va da naştere la ARN-m, 15% din ARN-t şi 80% din ARN-r

• Spaţiile intercromatiniene sunt locul de pasaj al diferitelor forme de ARN spre membrana nucleară

• Aici se găsesc şi corpii nucleari (NB: nuclear bodies)

EU- ŞI HETEROCROMATINĂ

MATRICEA NUCLEARĂ• Lamina nucleară - nucleofilamente

(filamentelor intermediare)• Există lamina A, C (celulele diferenţiate),

lamina B (celule nediferenţiate)• Intervin în dezagregarea şi în reconstrucţia

nucleului• Proteine fibrilare dispuse în reţea

submembranară legate de porii nucleari• Reţea fibroasă cu rol în formarea fusului

mitotic• Centromerii se plasează în contact cu nucleolul • Telomerele vin în contact cu periferia nucleului

şi se inseră în lamina nucleară.

Lamininele nucleare

ÎNVELIŞUL NUCLEAR• Cisternă a RE caracteristică eucariote

• Delimitează un conţinut diferit fundamental de citoplasmă

• Schimburile nucleo-citoplasmatice,

• Organizarea conţinutului nuclear,

• Menţinerea formei nucleului,

• Replicarea ADN -ului

• Creşterea nucleului,

• Transportul ARN -ului

ÎNVELIŞUL NUCLEAR• Grosimea totală a învelişului nuclear - 35 nm• Membrana externă• 7,5 nm, trilamelară (o foiţă osmiofobă cuprinsă între două

foiţe osmiofile). • De faţa externă se ataşează ribozomii, se continuă cu RE • Conţine 70% proteine şi 30% lipide.• Spaţiul perinuclear• Între cele două membrane, 10-20 nm - locul de stocare al

ionilor de calciu. • Această zonă comunică cu lumenul RE• Membrana internă• Conţine molecule proteice intramembranare (locuri de

fixare ale moleculelor de laminine şi ale histonelor fibrelor nucleozomice)

• Prezintă canale ionice transmembranare pentru calciu

ÎNVELIŞUL NUCLEAR

PORII NUCLEARI

• Structură complexă - zonă de întrerupere a membranei nucleare

• Porii reglarea schimburilor dintre nucleu şi citoplasmă• Conţine NPC (nuclear por complex) format din proteine

încărcate electric pozitiv• NPC - ansamblu format din trei părţi şi conţine un complex

„strălucitor” plasat între un inel citoplasmatic şi un nucleu nucleo-plasmatic

• Complexul “strălucitor” înconjură porul central în care se află transportorul denumit şi „complexul central al porului”

• Acest transportor este traversat de un canal de 9 nm diametru

• Porii controlează transportul nucleo-citoplasmatic, în sensul citoplasmă→nucleu şi invers

PORII NUCLEARI

NUCLEOLUL I

• Nucleolul - organit nuclear nedelimitat de o membrană

• Sinteza ARN-r, prezent în fazele G1, S, G2 (dispare în mitoză)

• Conţine bucle mari de ADN, aparţinând la cinci perechi de cromozomi

• Fiecare dintre aceste bucle conţine un grup de gene ARN-r

• Fiecare grup constituie un centru organizator nucleolar sau NOR (nucleolar organizing center)

• Organizatorii nucleolari sunt localizaţi pe constricţiile secundare ale braţelor scurte ale cromozomilor acrocentrici 13, 14, 15, 21, 22

NUCLEOLUL II

• Nucleolul este cea mai densă structură corpusculară intranucleară

• Apare în toate celulele eucaryote numai în interfază. • Transmiterea sistemelor de “transcripţie” şi

“translaţie” a informaţiei genetice, codificate în cele cinci perechi de ADN ai organizatorilor nucleari.

• Rolul fundamental în biogeneza ribozomilor• Dimensiunile între 1-2 μm şi aproximativ 5-30% din

volumul nuclear• Volumul creşte proporţional cu activitatea

metabolică a celulei

STRUCTURA NUCLEOLULUI

• Dimensiunile mari ale nucleolilor fac posibilă observarea acestora şi în celule proaspete, nefixate, folosind contrastul de fază

• După fixare şi colorare cu coloranţi bazici, nucleolul se evidenţiază ca un corpuscul intens cromatic

• Metoda Brachet (verde de metil pironină) vizualizează nucleolul în roşu, la fel ca şi ribozomii din citoplasmă

ULTRASTRUCTURA NUCLEOLULUI

• Partea granulară – componenta dominantă a nucleolului (granulaţii de 15-20 nm, apropiate ca formă de ribozomii citoplasmatici)

• Partea cromozomală –fibre de ADN, de 10 nm, (cromatina asociată nucleolului, cu rol de NOR - cromozomii metafazici la nivelul constricţiei secundare - perechile 13, 14, 15, 21, 22)

• Partea amorfă – reprezintă matricea nucleolului (în ME are o densitate medie la fluxul de electroni)

• Partea fibrilară –filamentele de 55 nm lungime, grupate şi organizate într-o reţea

ULTRASTRUCTURA NUCLEOLULUI

COMPOZIŢIA CHIMICA A NUCLEOLULUI

• 1. ADN-ul nucleolar - cele 5 perechi de cromozomi nucleolari (pătrund în interiorul nucleolului sub forma de bucle)

• 2. ARN-ul nucleolar -ARN-r aflat în faze diferite de maturizare (organitul la nivelul căruia se sintetizează ARN-r şi se formează ribozomii)

• 3. Proteinele nucleolare - trei categorii de proteine: proteine bazice, proteine solubile la pH neutru şi proteine reziduale

• Proteinele bazice sunt de tip histonic (în medie 35% din totalul proteinelor nucleolare)

FUNCŢIILE NUCLEOLULUI

• Biogeneza ribozomilor şi sintetizează ARN-r• Staţie intermediară obligatorie în tranzitul

ARN-m şi ARN-t din nucleu în citosol• Prezenţa nucleolului - condiţia de bază

necesară derulării unei mitoze normale • Distrugerea nucleolului în interfază, blochează

celula în faza G2 a ciclului celular

DOGMA CENTRALĂ A BM

RIBOZOMII ŞI BIOSINTEZA PROTEINELOR

DIVIZIUNEA CELULARĂ

MORFOLOGIA NUCLEOLULUI ÎN CELULELE CANCEROASE

• Modificări de număr, de formă şi volum• Transformări nucleolare, nucleare şi citoplasmatice

- gradul de transformare a unei categorii de celule normale, în celule canceroase

• Modificările de formă – apar în paralel cu evoluţia gradului de malignitate (burjonări, escavaţii, denivelări – nucleol cu aspect neregulat)

• Hipertrofia nucleolară are loc paralel cu hipertrofia nucleară şi proporţional cu gradul de malignizare

• Numărul nucleolilor în nucleii transformaţi malign

NUCLEUL CELULAR

curs nr. 6 nucleul celular

Documents