Reticulo Endoplasmico Liso

En entregas pasadas hablamos acerca del retículo endoplásmico rugoso y el proceso de traducción, pero dejamos de lado a su contraparte lisa la cual estudiaremos ahora.

El Retículo Endoplásmico Liso (REL) está constituido por una sistema de tubulos anastomosados y vesículas planas ocasionales de unión a membrana. Su principal diferencia ante su contraparte rugosa es la ausencia de ribosomas, por lo que por obvias razones no participa en el proceso de síntesis de proteínas y mucho menos en las modificaciones postraduccionales, pero realiza otras funciones importantes para la célula de las que hablaremos a continuación

Metabolismo de Lípidos

La síntesis de los lípidos estructurales como los fosfolípidos, esfingolípidos y el colesterol suceden aquí, Cabe mencionar que no todos los procesos mencionados anteriormente no son realizados al 100% dentro del REL, sino una parte es llevada a cabo en citoplasma y el resto en el REL, razón por la que aquí solo daremos un pequeño resumen de dichos procesos. Si deseas conocer estos procesos más a fondo puedes consultar cualquier libro o sitio de Bioquímica.

Síntesis de Fosfolípidos

Como ya analizamos en el apartado de membrana plasmática los fosfolípidos son componentes estructurales de la misma. La fosfatidiletanolamina y la fosfatidilcolina son dos de los principales fosfolípidos El primero está compuesta por un glicerol esterificado en los hidroxilos 1 y 2 por dos ácidos grasos, y en el hidroxilo 3 con un grupo fosfato que, a su vez, se esterifica con el aminoalcohol etanolamina, un derivado del etanol, mientras que el segundo tiene una estructura similar pero su alcohol que se esterifica es la colina, razón por la cual su proceso de síntesis es similar.

Durante la síntesis de fosfatidiletanolamina en el citoplasma se fosforila la etanolamina para formar fosfoetanolamina, reacción catalizada por la enzima etanolamina cinasa. Luego la fosfoetanolamina se convierte en CDP-Etanolamina por la enzima Citidiltransferasa de CTP-fosfoetanolamina, reacción en la que la fosfoetanolamina debe reaccionar con un CTP (Trifosfato de Citidina). La CDP-Etanolamina se convierte en el REL en Fosfatidiletanolamina por la enzima Transferasa de CDP-etanolamina1,2 diacilglicerol fosfoetanolamina al reaccionar con el DAG.

Por otra parte, la síntesis de fosfatidilcolina también inicia en el citoplasma cuando la colina por acción de la enzima colina cinasa se vuelve fosfocolina. Luego la fosfocolina se vuelve CDP-colina por la enzima Citidiltransferasa de CTP-fosfocolina, y al igual que en el caso de la fosfoetanolamina también interactúa con un CTP. La CDP-colina se vuelve fosfatidilcolina cuando reacciona con DAG por la enzima Transferasa de CDP-colina 1,2 diacilglicerol fosfoetanolamina. Todo esto en el REL.

El DAG necesario en la ultima reacción de la fosfatidiletanolamina y de la fosfatidilcolina se puede obtener del TAG, o del Acido Fosfatídico.

Otros fosfolípidos sintetizados son el fosfatidilinositol y el fosfatidilglicerol que tienen como precursor al CDP-Diacilglicerol, que también se obtiene a partir del Acido Fosfatídico.

Visión general de la sintesis de fosfolipidos

Síntesis de Colesterol

Este proceso se da cuando las aportaciones de la dieta del individuo no sean las suficientes. La síntesis se lleva a cabo en el citoplasma y la mayor parte en el REL. El proceso se divide en tres fases: formación de HMG-CoA, Formación de Escualeno y Formación de Colesterol.

En la primer fase se va a formar Hidroximetiglutaril coenzima A (HMG-CoA) por las siguientes reacciones que ocurren en el citoplasma.

·         Se condensan (juntan) 2 moléculas de Acetil coenzima A (Acetil CoA) (que se produce en la mitocondria a partir de piruvato o ácidos grasos como veremos en nuestra entrega de mitocondria próximamente) para formar β-cetobutiril-CoA, gracias a la enzima tiolasa

·         Luego al β-cetobutiril-CoA se le une otra Acetil CoA para formar HMG-CoA, por la enzima HMG-CoA Sintasa

En la segunda fase el HMG-CoA será convertido en Escualeno por las siguientes reacciones que ocurren en el citoplasma:

·         El HMG-CoA es transformado en Mevalonato por la HMG-CoA Reductasa

Correlación Clínica: Fármacos como la levostatina inhiben a la HMG-CoA Reductasa, por lo que bloquean la síntesis de colesterol, por lo que son usados en el tratamiento de aterosclerosis

·         El Mevalonato será transformado en Fosfomevalonato por la enzima Mevalonato Cinasa

·    El Fosfomevalonato es convertido en 5-Pirofosfomevalonato por la enzima Fosfomevalonato Cinasa

·         El 5-Pirofosfomevalonato pasa a ser Isopentenilpirofosfato luego de una deshidratación y descarboxilación.

·          El Isopentenilpirofosfato es vuelto Dimetilalilpirofosfato por la enzima Isomerasa

·  Isopentenilpirofosfato y Dimetilalilpirofosfato se condensan para formar Geranilpirofosfato por la enzima Transferasa de Dimetilalilo

·  Geranilpirofosfato se condensa con otro Isopentenilpirofosfato y forma Farnesilpirofosfato por la enzima Transferasa de Geranilo.

·         Finalmente, el Farnesilpirofosfato se vuelve a condensar (si adivinaste otra vez) con Isopentenilpirofosfato para formar el Escualeno por la enzima Escualeno Sintasa

La ultima fase del proceso lleva ahora si a la formación de colesterol y consta de las siguientes reacciones que ocurren en el citoplasma y REL:

·         El Escualeno primero se une a la proteína transportadora de esteroles y es convertido en Escualeno-2,3-epoxido por la enzima Monooxigenasa

·   El Escualeno-2,3-epoxido se vuelve Lanosterol por la enzima Ciclasa de 2,3 Oxidoescualeno Lanosterol

·         El Lanosterol será convertido 7-Deshidrocolesterol dentro del REL en un proceso que dura 20 reacciones químicas cuyas enzimas se encuentran en el mismo, pero dichas reacciones al ser varias imprecisas, y al haber atormentado al lector con suficientes reacciones por el día de hoy procederemos a saltárnoslas.

·         Finalmente, el 7-Deshidrocolesterol se vuelve Colesterol al reducirse por el NADPH

Detoxificación

El REL participa en reacciones de detoxificación llevadas a cabo por las enzimas del grupo P450, función que es llevada a cabo principalmente por los hepatocitos.

Almacén de Calcio

Tiene una importante función como almacén de Ca₂+, principalmente en las células musculares ya que este ion es fundamental para que se lleve a cabo la contracción. En estas células, al REL se le llama Retículo Sarcoplásmico.

En resumen, a pesar de que el REL no está implicado en la traducción cumple otras funciones importante para el mantenimiento de las células sobre todo aquellas especializadas en el metabolismo de Lípidos. En nuestra siguiente entrega hablaremos de los Endosomas y los Lisosomas  


Fuentes 

Gartner, Leslie P. Texto De Histología Atlas A Color. 4th ed., Elsevier, 2017

McKee, Trudy et al. Bioquímica. Las Bases Moleculares De La Vida. 5th ed., Mcgraw-Hill Interamericana, 2014.

Aparato de Golgi

Las proteínas fabricadas, modificadas y empaquetadas en el RER se dirigen hacia el Aparato de Golgi para su modificación y empaquetamiento postraduccional. Fue identificado por Camilo Golgi al usar impregnaciones metálicas en cortes de tejido nervioso visto en tonos de color café junto al citoplasma en amarillo ocre

Aparato de Golgi Evidenciado con la Tecnica de Dafano en neuronas ganglionares, el nucleo no se tiñe pero su posición queda evidenciada al quedar en blanco el espacio que ocupa a lo que se le llama imagen negativa (esto lo trataremos en nuestra entrega de tecnica histologica e histoquimica proximamente)

 El Aparato de Golgi es un organelo membranoso compuesto por series de cisternas unidas a una membrana planas y ligeramente curvas conocidas como caras. La periferia de cada cisterna está dilatada y la rodean vesículas en proceso de fusionarse en dicho compartimiento. Las membranas de las cisternas tienen proteínas transmembrana denominadas Fosfatidilinositol-4-fosfato (PtdIns4P) que se unen a la proteína de Golgi H3 (GOLPH3) la cual a su ves forma uniones con la miosina MYO18A la cual interacciona con filamentos de Actina F del citoesqueleto (del que hablaremos en otro momento). De está manera cuando se forman vesículas en la periferia de las cisternas, estas migran a lo largo de GOLPH3 hasta MYO18A, y de allí a los filamentos de actina los cuales a su vez llevan las vesículas a los microtúbulos de la célula en un sistema parecido a una “carretera para las vesículas”.

El aparato de Golgi tiene tres apilamientos de cisternas: La Cara Cis, La Cara Media y La Cara Trans. La cara Cis es la más próxima al RER, tiene forma convexa y se le considera como la cara de entrada ya que las proteínas que vienen del RER penetran aquí antes de que puedan acceder a las demás. Por otra parte, la Cara Trans es de forma cóncava y es considerada de salida, ya que la proteína que sale por qui está lista para su empaquetamiento y de allí es enviada hacia su destino.

Existen dos compartimientos más, uno asociado a la cara cis y el otro a la cara trans. El primero se encuentra entre el RER y la cara cis se encuentra un compartimiento intermedio de vesículas denominado estructuras tubulovesiculares (VTC) o Retículo Endoplasmático/Compartimiento Intermedio de Golgi (ERGIC). El segundo compartimiento denominado red trans del Golgi (TGN) está situado cerca de la cara trans, que constituyen vesículas y tubulos formados a partir de la fusión de vesículas de transporte procedentes del RER, estás vesículas de transferencia se originan en el RER y contienen proteínas sintetizadas y modificadas en el RER. Las vesículas generadas a partir de la TGN entran en la cara cis desde la cual inician su camino para suministrar la proteína a este compartimiento, luego pasan a la cara media y de allí a la trans. A medida que las proteínas avanzan por el aparato de Golgi sufren modificaciones, en la cara cis se añade y eliminan manosa, en la cara media también se elimina manosa y se da la glucosilación terminal y en la cara trans se da la adición acido siálico y galactosa, así como la sulfatación y fosforilación de aminoácidos.

Esquema del Aparato de Golgi y su funcionamiento

Vesículas

Las vesículas que transportan proteínas (también denominadas cargo), requieren ser cubiertas por proteínas que les ayudan a llegar a su destino. Son utilizados diferentes recubrimientos proteicos dependiendo el destino de la proteína, algunos de los recubrimientos son por Coatomero I (COP I), Coatomero II (COP II) y Clatrina.

Las vesículas que salen del RER están cubiertas por COP II, hasta llegar al VCT (transporte anterógrado) se desprenden de su recubrimiento el cual se recicla, las vesículas que van del VCT al RER (Transporte Retrogrado), las vesículas que salen de la TGN hacia su destino están cubiertas con Clatrina. El transporte retrogrado de vuelta al RER se da por fallas o errores en la proteína, pero por errores únicamente nos referimos a si la proteína se salta las modificaciones postraduccionales, pero no por falta de aminoácidos.

Las proteínas destinadas a salir del RER en comparación a las que deben quedarse en él, están ausentes de una secuencia denominada secuencia de KDEL (compuesta por Glicina, Asparagina, Glutamina y Leucina). Mientras que las proteínas que si lo poseen deben quedarse en el RER, en caso de que lleguen al a VCT serán devueltas al RER por transporte retrogrado

Ordenación en la TGN

El cargo que sale de la TGN puede tener alguno de los siguientes destinos

·         Insertarse en la membrana plasmática como proteínas de membrana

·         Salir por exocitosis de la célula

·        Congregarse en el citoplasma como granulos secretores para que después de una señal dada sean liberados de la célula

·         Fusionarse con endosomas tardíos para liberar su contenido en dicho organelo que luego se convierte en un lisosoma

 Los primeros dos destinos son parte de la vía denominada constitutiva o por defecto, mientras los otros dos son parte de la vía regulada.

Proteínas Lisosomales

La ordenación de proteínas lisosomales comienza con la fosforilación de residuos de manosa en la cara cis, cuando las proteínas llegan a la TGN su manosa 6 fosfato interacciona con los receptores de manosa 6 fosfato de la misma. Luego se forma una pequeña cavidad con ayuda de trisqueliones de clatrina que recubren la cara citoplasmática de la TGN, luego la cavidad perfora la TGN y forma una vesícula cubierta de clatrina formada por 36 trisqueliones. Luego la vesícula pierde el recubrimiento y llega al endosoma tardío, se fusiona con el y libera su contenido.

Fuentes

Gartner, Leslie P. Texto De Histología Atlas A Color. 4th ed., Elsevier, 2017

Ribosomas y Reticulo Endoplasmico Rugoso

En la entrega pasada estudiamos el núcleo y con el los procesos de replicación y transcripción, por lo que ahora terminaremos de ver el ultimo paso del procesamiento de la información genética, La Traducción o Síntesis de Proteínas, por lo que para ello estudiaremos al Ribosoma y al Retículo Endoplásmico Rugoso donde se lleva a cabo dicho proceso.

Ribosomas

Los ribosomas son organelos no membranosos compuestos por proteínas y ARNr cuya función es la síntesis de proteínas. Los ribosomas se pueden encontrar libres en el citoplasma o adosados al retículo endoplásmico rugoso (RER), o como vimos en la entrega pasada adosados a la membrana nuclear. Cual fuese su ubicación, su función es la misma, lo único que cambia es el destino de las proteínas producidas. Las proteínas producidas por los ribosomas libres serán utilizadas dentro de la misma célula, mientras las proteínas producidas por los ribosomas del RER serán exportadas fuera de la célula.

Cada ribosoma consta de una subunidad grande y de una subunidad pequeña. La subunidad pequeña tiene un sitio de unión para ARNm, un sitio P (Peptidilo) para la unión al ARNt, un sitio A (Aminoacilo) para la unión de ARNt aminoacilo, y un sitio E (Exit) en el que el ARNt que produjo su aminoácido. Algunos ARNr funcionan como ribozimas que catalizan la formación de uniones peptídicas.

Las subunidades grandes y pequeñas son empaquetadas juntas en el nucleolo, pero en el citoplasma están separadas hasta que inicia la traducción.

Retículo Endoplásmico Rugoso (RER)

No podemos hablar de ribosomas sin tampoco hablar del RER, el RER es un organelo conformado por sacos aplanados denominados cisternas, separadas por un espacio citosólico al cual se asocian los ribosomas. En el RER se sintetizan las proteínas que serán exportadas fuera de la célula y también se realizan las primeras modificaciones postraduccionales como la sulfatación y glucosilación.

Con tinciones como la hematoxilina-eosina queda evidenciado por la tinción de grumos basófilos cercanos al núcleo, un ejemplo claro de esto son los corpúsculos de Nissl de las neuronas, células que por sus obvias funciones requieren una abundante cantidad de RER. Por otra parte, al microscopio electrónico de transmisión se ve como sacos aplanados con puntos en su superficie que son los ribosomas.

Corpusculos de Nissl en una neurona

RER visto con microscopio electronico de transmisión

Generalidades del Proceso de Traducción

El Código Genético y Los Codones

EI código genético es como un “diccionario” que identifica la relación entre una secuencia de bases de nucleótidos y una secuencia de aminoácidos. Cada palabra individual en el código está compuesta por tres bases de nucleótidos. Estas “palabras genéticas” se denominan codones.

Los codones representan el lenguaje del ARN mensajero (ARNm), que consta de adenina (A), guanina (G), citosina (G) y uracilo (U). Las cuatro bases de nucleótidos se usan para producir los codones de tres bases. Por consiguiente, existen 64 combinaciones distintas de bases tomadas de tres en tres. El codón en el ribosoma se asocia a un ARNt que lo asocia a un aminoácido. La secuencia AUG es un codón que codifica al aminoácido metionina y que también al ser reconocido en el ribosoma por su ARNt da inicio a la traducción, por otra parte, los codones UAG, UGA y UAA al ser reconocidos por sus ARNt dan fin al proceso.

Codigo Génetico

 

Algunas características del código genético son:

·       Especificidad: Es decir un codón especifico siempre codificara el mismo aminoácido, ejemplo el codón UCU siempre codificara al aminoácido serina

·    Degeneración o Redundancia: Quiere decir que un mismo aminoácido puede ser codificado por varios codones, ejemplo el aminoácido serina puede ser codificado por los codones UCU, UCC, UCA, y UCG

Componentes Necesarios Para la Traducción

·   Aminoácidos: todos los aminoácidos necesarios para formar la proteína deberán estar presentes al momento

·      ARNt: se necesita al menos un tipo específico para cada aminoácido, el cual tiene un sitio de unión al aminoácido al cual se une por el grupo carboxilo al grupo hidroxilo del ARNt por un enlace éster, y un anticodón, una secuencia de tres bases nitrogenadas complementarias al codón, el cual especifica la inserción en la cadena peptídica en crecimiento del aminoácido transportado por el ARNt

ARNt

·  Aminoacil ARNt Sintetasas: Enzimas que unen un aminoácido a su ARNt correspondiente

·         ARNm

·         Ribosomas Ensamblados

Proceso de Traducción

Al igual que en la replicación y la transcripción este tema es tocado más a fondo por la biología molecular y a su vez existen diferencias en el proceso de eucariotas y procariotas, de los cuales únicamente nos centraremos en los eucariotas ya que este es un blog centrado en tejidos humanos. Si estas interesado en el proceso procariota puedes checar cualquier libro o dedicado a la biología molecular o bioquímica.

Síntesis de Proteínas en Ribosomas Libres

En la primer fase denominada iniciación se ensambla el ribosoma, la subunidad grande se une a la caperuza, con ayuda de proteínas de la familia elF-4, y avanza por el ARNm hasta hallar el codón de inicio AUG. El reconocimiento del codón de inicio es facilitado por elF-2. El ARNt iniciador entra en el sitio P de la subunidad pequeña el cual lleva consigo al aminoácido metionina, el ARNt iniciador es reconocido por elF-2. Después la subunidad grande se une a la pequeña y el ribosoma queda ensamblado

En la siguiente fase denominada Elongación se van añadiendo aminoácidos al extremo carboxilo de la cadena en desarrollo, en el proceso el ribosoma se desplaza del extremo 5´ al 3´ hasta llegar al codón siguiente. Luego entra un ARNt aminoacil cuyo codón esta en el sitio A, dicho proceso es facilitado por factores de elongación como de elongación el EF-1α-GTP y el EF-1βγ, La peptidiltransferasa de la subunidad grande cataliza un enlace peptídico entre los aminoácidos del codón de inicio (que se encuentra en el sitio P) y el codón que le sigue (que se encuentra en el sitio A), posteriormente el ARNt de inicio desaminado pasa del Sitio P al Sitio E para luego salir del ribosoma, y el ARNt que se encuentra en el sitio A se recorre al sitio P. Este paso continua hasta que al sitio A arribe uno de los tres codones de terminación

En la ultima fase llamada Terminación la proteína es liberada. Inicia cuando uno de los codones de terminación llega al Sitio A, cuando esto pasa factores de liberación eRF1 se unen al sitio A, luego el ultimo ARNt que queda se mueve del sitio P al E y el eRF3 ayuda a eRF1 a liberar el péptido del ribosoma

Resumen de la Transcripción

Síntesis de Proteínas en Ribosomas del RER

Las proteínas que deben salir de la célula, insertarse en la membrana, mantenerse en el RER o simplemente aislarse del citoplasma deben identificarse y suministrarse de forma cotraduccional durante la síntesis en la cisterna del RER. El modo de identificación reside en el ARNm situado justo después del codón de inicio que codifica la secuencia de aminoácidos conocida como péptido señal

Con el mismo mecanismo de síntesis de proteínas de los ribosomas libres, es sintetizado el péptido señal en los mismos, el cual es reconocido por la partícula de reconocimiento de señal (SRP) una proteína del citoplasma que al unirse al péptido señal y ocupar el sitio P pone fin a la traducción, para luego poner al ribosoma con rumbo RER. En el RER la proteína receptora de SRP se pone en contacto con SRP, y la proteína receptora de ribosoma se pone en contacto con la subunidad grande del ribosoma, con lo que este se fija a la superficie del RER. Después de esto los traslocadores proteínicos forman un poro en la membrana del RER, luego el péptido señal entra en contacto con las proteínas del poro e inicia su traslocación, para que luego la SRP sea desalojada y devuelta al citoplasma y así libere al sitio P, con lo que se reanuda la traducción con el mismo proceso descrito anteriormente, solo que en está ocasión la proteína que se va formando es canalizada a la cisterna del RER. La peptidasa de señal una enzima de la cara luminal del RER, separa al péptido señal de la proteína y lo degrada, la síntesis de proteínas continua normalmente hasta la terminación y el ribosoma regresa al citoplasma, Las proteínas recién formadas se sulfatan, se pliegan y se glucosilan y sufren modificaciones postraduccionales en las demás cisternas del RER. Las proteínas modificadas salen del RER en vesículas de transporte revestidas con COP II con rumbo al aparato de Golgi para sufrir modificaciones postraduccionales.

Transcripción en el RER

En resumen, el último paso del procesamiento de la información genética se aloja en los ribosomas, ya sea libres en el citoplasma o adosados al RER, para luego estas proteínas sean procesadas en el aparato de Golgi a quien dedicaremos nuestra siguiente entrega.

Fuentes

Gartner, L., 2017. Texto De Histología Atlas A Color. 4th ed. Barcelona: Elsevier, 

Harvey, R., Ferrier, D. and Palacios Martínez, R., 2011. Bioquímica. 5th ed. Philadelphia: Wolters Kluwer /Lippincot Williams & Wilkins.

Núcleo

El núcleo es el organelo más grande de la célula, en el se encuentra casi todo el acido desoxirribonucleico (ADN), los componentes para la síntesis de ácido ribonucleico (ARN), y en su nucleolo se ensamblan las subunidades ribosómicas. A grandes rasgos el núcleo alberga

·         La cromatina: Ósea el material genético de la célula

·         El nucleolo: Donde se forma el ARN ribosómico

·         El nucleoplasma: que contiene macromoléculas y partículas nucleares que participan en el mantenimiento de la célula

Estructura General del nucleo

En la mayoría de las veces el núcleo suele tener una forma esférica, y estar ubicado en el centro de la célula, pero en ocasiones su ubicación y forma suele ser distinta por lo que se han ideado las siguientes clasificaciones para el mismo:

·         Por su posición: En esta clasificación se divide en Polarizada o No Polarizada dependiendo si la célula se encuentra sobre una lamina basal o no. (cuando hablemos de epitelio trataremos más a detalle sobre la lámina basal)

Ø  Polarizada: Los núcleos que entran en está clasificación son aquellos cuyas células se encuentran fijas a una lámina basal, por lo que los núcleos pueden ser: Centrales si se ubican en el centro de la célula, Parabasales si se ubican fuera del centro, o Basales si se encuentran cercanos (casi pegados) a la lámina basal.

Ø  No Polarizada: Los núcleos que entran en esta clasificación son aquellos cuyas células no están fijas a una lámina basal, por lo que los núcleos pueden ser: Centrales si se ubican en el centro de la misma, Excéntrico si se encuentra fuera del centro o Periférico si se encuentra en la periferia de la célula cercano (casi pegado) a la membrana plasmática

·         Por la Forma del Núcleo: Este puede ser: Esférico como en la mayoría de las células, Ahusado (Aplastado), o Lobulado (Deforme)

Nucleos por su forma: 1 Defforme, 2 y4 Esferico, 3 Aplastado

·         Por el numero de núcleos: En este caso las células pueden ser Anucleada (Sin núcleo), Uninucleada (1 núcleo), Binucleada (2 núcleos), Multinucleada (Más de 2 núcleos)

Nucleos por numero: 1 Anucleadas, 2 Uninucleadas, 3 Binucleadas, 4 Multinucleadas

Envoltura Nuclear

El núcleo esta rodeado por la envoltura nuclear que está formada por dos membranas, la membrana nuclear interna y la membrana nuclear externa, ambas son paralelas concéntricas separadas entre si por un espacio denominado cisterna perinuclear. La envoltura nuclear está perforada por los poros nucleares que permiten la comunicación entre el citoplasma y el núcleo. En estos poros ambas membranas son continuas entre sí.

Membrana Nuclear Interna

Se encuentra en contacto directo con el contenido nuclear y con las laminas nucleares, que son una malla entrelazada de filamentos intermedios formada por laminas A, B_1, B_2, y C, las cuales están situadas en la periferia del nucleoplasma. Estas laminas ayudan a mantener el revestimiento de la membrana nuclear interna gracias a su unión a proteínas integrales de la membrana como los polipéptidos asociados a la lamina y la emerina. Ayudan en la organización y soporte de la bicapa lipídica de la membrana y la cromatina perinuclear, participan en la formación de complejos de poro nuclear y en el ensamblaje de vesículas para volver a formar la envoltura nuclear al finalizar la división celular (Proceso que dejaremos para otro momento).

Membrana Nuclear Externa

Contacta con el citoplasma y continua con el Retículo Endoplásmico Rugoso (del que se hablara en la siguiente entrada de este blog), Su superficie esta cubierta por una malla de filamentos intermedios, la vimetina, y ribosomas que producen proteínas destinadas a las membranas interna y externa.

Poros Nucleares

Los poros son interrupciones de la envoltura nuclear donde la membrana interna y externa se fusionan dando lugar a sitios donde el núcleo y el citoplasma se comunican. Gracias al microscopio electrónico se ha visto que el poro está rodeado por estructuras no membranosas que están incrustadas en su borde, las cuales forman el complejo de poro nuclear que regula de forma selectiva el paso a través del poro.

Poros Nucleares vistos con Microscopio Electrónico 

Complejos de Poro Nuclear

Están formados por proteínas conocidas como nucleoporinas acomodadas en tres estructuras en forma de anillo octagonal (anillo citoplasmático, anillo radial luminal y anillo nuclear) apilados uno encima de otro unidos entre sí por proteínas denominadas radiales, también el complejo tiene fibras citoplasmáticos, tapón central y cresta nuclear.

El Anillo Citoplasmático está compuesto por ocho subunidades que bordean la cara citoplasmática del poro, cada subunidad tiene un filamento citoplasmático, una proteína que se une a Ran (una proteína que se une al guanosin trifosfato (GTP)), La función de los filamentos citoplasmáticos es la de regular la entrada al núcleo moviendo sustratos a lo largo de su longitud hacia el centro del poro.

El Anillo Radial Luminal está formado por ocho subunidades que se proyectan hacia la luz del poro y la cisterna perinuclear, estas proteínas se unen a las glicoproteínas del complejo del poro nuclear. En el centro del anillo se encuentra el tapón central o transportador que se acopla a las proteínas radiales, no se conoce su función ya que no se sabe si es un tapón verdadero que limita la difusión a través del poro o si es solo una carga atrapada durante el tránsito en el poro.

El anillo nuclear es análogo al anillo citoplasmático, colabora con la exportación de varios tipos de ARN. En el anillo se encuentra la cresta nuclear que está suspendida del anillo y sobresale hacia el nucleoplasma y se deforma durante la exportación nuclear, unido a la cresta nuclear se encuentra el anillo distal.

Los poros nucleares tienen un tamaño lo suficientemente grande como para permitir el paso de cualquier sustancia por difusión simple, sin embargo, ese espacio en su mayoría es ocupado por los componentes del complejo de poro nuclear, quedando espacio únicamente para el paso para iones o moléculas pequeñas, por lo que las moléculas grandes se transportan por un proceso de transporte mediado por receptor. Algunos lugares de unión del complejo de poro nuclear deben reconocer secuencias señal de las moléculas que den ser transportadas.

El trafico bidireccional entre el núcleo y el citoplasma es mediado por un grupo de proteínas que contienen señales de localización nuclear (NLS) conocidas como importinas, y señales de exportación nuclear conocidas como exportinas (o PTAC por transportinas y proteínas fijadoras de Ran).

Las exportinas transportan moléculas del núcleo al citoplasma (ejemplo ARN), y las importinas hacen lo contrario al introducir moléculas del citoplasma al núcleo (ejemplo subunidades ribosómicas). El transporte de exportina y la Importina depende de un grupo de proteínas fijadoras de GTP llamadas Ran que junto a otras nucleoporinas facilitan la importación y exportación mediada por señales.

Funciones de RAN

Cromatina

El ADN representa el material genético de la célula se encuentra en el núcleo en forma de cromosomas, los cuales se encuentran desenrollados en forma de cromatina.  La cromatina es el complejo formado por ADN y proteínas que representa a los cromosomas sin enrollar, De acuerdo con la actividad transcripcional de la célula se puede encontrar condensada como heterocromatina o extendida como eucromatina. La Heterocromatina es una forma inactiva y condensada de la cromatina, mientras que la Eucromatina representa una forma activa cuando las moléculas del ADN se Transcriben a ARN.

Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos ADN y ARN son polinucleótidos que codifican la información genética usada para construir y mantener a los organismos vivos. El ADN bicatenario es usado para dirigir los procesos celulares. Las células convierten las instrucciones operativas del ADN en la secuencia de nucleótidos de las moléculas de ARN monocatenario. Las moléculas de ARN tienen múltiples funciones que incluyen la: síntesis de proteínas, regulación de la expresión genética (control de si se sintetiza un polipéptido específico y cuándo sucede) y protección contra los ácidos nucleicos introducidos en las infecciones virales.

ADN

EI ADN es un polímero de nucleótidos (un nucleótido es un compuesto químico por una base nitrogenada (Timina, Adenina, Guanina o Citosina), un azúcar y una molécula de ácido fosfórico) unidos covalentemente por medio de enlaces fosfodiéster 3'~ 5'. Los enlaces fosfodiéster unen el grupo 3'-hidroxilo de la desoxipentosa de un nucleótido al grupo 5'-hidroxilo de la desoxipentosa de un nucleótido adyacente a través de un grupo fosfato. La larga cadena, no ramificada, resultante tiene polaridad, con un extremo 5' (el extremo con el fosfato libre) y un extremo 3' (el extrema con el hidroxilo libre) que no están unidos a otros nucleótidos. El ADN puede ser monocatenario (es decir de una sola hebra como en los virus) o bicatenario formando dobles hélices (como en la mayoría de eucariotas) o estructuras lineales y circulares (Como en las bacterias).

Enlaces fosfodiester

La Doble Hélice y el Emparejamiento de Bases

En la doble hélice, las dos cadenas se enrollan alrededor de un eje común Llamado eje de simetría. Las cadenas están emparejadas de una manera antiparalela, es decir, el extremo 5' de una hebra esta emparejado con el extremo 3' de la otra hebra. En la hélice de ADN, el esqueleto hidrófilo de desoxirribosa-fosfato de cada cadena está en la parte externa de la molécula mientras que las bases hidrófobas están apiladas en la parte interna. Este acomodo es muy parecido a una escalera de caracol y crea dos surcos uno mayor y otro menor Estos surcos proporcionan acceso y posibilitan la unión de las proteínas reguladoras a sus secuencias de reconocimiento específicas a lo largo de la cadena del ADN.

Doble Helice

Correlación Clínica Ciertos antineoplásicos, como la dactinomicina (actinomicina D), ejercen su efecto citotóxico intercalándose en el surco estrecho de la doble hélice del ADN e interfiriendo así en la síntesis del ADN y del ARN

Las bases de una Hebra de ADN se emparejan con las de la otra a través de puentes de hidrogeno quedando siempre unida adenina con una timidina por 2 puentes de hidrogeno y una citosina con una guanina por 3 puentes de hidrogeno. De esta forma una hebra es complementaria con la otra siguiendo la ley de Chargaff que dice que la cantidad de adenina en las 2 hebras es proporcional a la de timidina.

Puentes de Hidrogeno y Emparejamiento de Bases

Replicación del ADN

Aunque este tema es abordado de forma más detallada por la biología molecular, aquí daremos un breve resumen para que el lector tenga una pequeña noción del proceso y comprenda mejor los siguientes temas, así mismo cabe aclarar que a pesar de que el proceso se rige por los mismos principios en eucariotas y procariotas, existen diferencias notables en cuanto a enzimas y ciertos pasos en el proceso. Dado que este blog está enfocado a tejidos humanos únicamente nos centraremos en el proceso de los eucariotas. Si el lector desea conocer el proceso en procariotas puede consultar cualquier libro o sitio dedicado a la biología molecular o la bioquímica.

El proceso comienza con el ensamblaje del complejo de replicación de preiniciación (preRC). El ensamblaje del preRC comienza cuando el complejo de origen de replicación (ORC) recluta a MCM una enzima con función de helicasa, es decir que rompe los puentes de hidrogeno separando ambas hebras de ADN las cuales luego son estabilizadas por proteínas de replicación A (RPA) que evitan que las hebras se vuelvan a unir, de esta manera se forma la horquilla de replicación. Posteriormente la enzima ADN Pol α (O ADN Primasa para los cuates) inicia la formación de un ARN cebador y un pequeño fragmento de ADN de 10 a 20 nucleótidos de longitud que es complementario al de la cadena principal, después las enzimas ADN Pol δ y ADN Pol ε Continúan copiando la hebra. La replicación de una hebra se da en sentido 3'~ 5', y la otra en 5'~ 3'. Pero sin embargo las polimerasas solo pueden trabajar en sentido 3'~ 5', por lo que una de las hebras se forma de manera continua, por lo que es denominada cadena adelantada, en la que una sola ADN Pol ε copia toda la cadena de la horquilla, y otra de manera discontinua denominada cadena retrasada ya que varias ADN Pol δ copian la cadena en sentido 3'~ 5' dejando espacios denominados fragmentos de Okazaki. Finalmente, las Enzimas FEN1 Dna2 retiran los cebadores para que luego estos huecos sean llenados por enzimas ADN Ligasas dando como resultado 2 ADN bicatenarios de doble hebra.

Alginas cosas que se deben tomar en cuenta es que la replicación es semiconservativa, eso quiere decir que cada nuevo ADN resultado de la replicación tiene una hebra de la molécula original de ADN, y que el proceso se realiza en varias horquillas de replicación a lo largo de la doble hélice que después se juntan.

Organización del ADN Eucariota

La longitud del ADN de una sola célula humana seria mas de 1 metro por lo que este tiene que compactarse demasiado para poder entrar en un núcleo celular para ello el ADN se une a una serie de proteínas llamadas histonas que son proteínas que a un pH fisiológico tienen carga positiva debido a su contenido de lisina y arginina que se unen bien al ADN con carga negativa. Existen varios tipos de histonas que son H1, H2A, H2B, H3 y H4. Las histonas y el ADN se unen entre si para formar una estructura llamada nucleosoma, compuesta por un núcleo de 2 histonas de cada tipo excepto de H1, y ADN, a su vez los nucleosomas están unidos entre si por ADN conector unido a la histona H1. Varios nucleosomas forman polinucleosomas que adopta una forma en espiral denominada fibra. La fibra se encuentra en bucles anclados por varias proteínas que en conjunto darán lugar a los cromosomas el nivel de compactación máximo del ADN.

Nucleosoma

Organización del genoma eucariota

El numero de cromosomas de cada célula depende de la especie, en el ser humano por ejemplo son 46 o 23 pares de los cuales un miembro de cada par deriva de la madre y el otro del padre. 22 de los 23 pare son denominados autosomas y el par restante es denominado sexual ya que define el sexo del individuo desde la concepción. Las mujeres poseen 2 cromosomas X mientras que el hombre 1 X y 1 Y.

ARN

Al igual que el ADN el ARN es un polímero de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster, pero con diferencias en su estructura y su función. En primer lugar, el ARN es mas pequeño que el ADN, sus nucleótidos tienen ribosa en lugar de desoxirribosa, el ARN en comparación con el ADN solo es monocatenario, capaz de plegarse y formar estructuras, y su diferencia más notoria es su carencia de timina, que es remplazada en su lugar por uracilo como base nitrogenada. Existen 3 tipos distintos de ARN que son:

·         ARN Ribosómico (ARNr): El cual se asocia con varias proteínas para formar los ribosomas (De los que hablaremos en la siguiente entrada de este blog). Para las células eucariotas existen cuatro tipos 28S, 5.8S y 5S que forman la subunidad grande y 18S que forma la subunidad pequeña. (S por coeficiente de sedimentación de Svedberg)

·         ARN de Transferencia (ARNt): son los responsables de aportar los aminoácidos durante la síntesis de proteínas, por lo que existe uno especifico para cada uno de los aminoácidos.

·         ARN Mensajero (ARNm): Transporta la información genética del ADN nuclear al ribosoma donde sirve como un molde para la síntesis de proteínas. Además de las regiones codificantes posee en el extremo 5´ una caperuza de metil guanosina y en el 3´ una cola de Poliadenilato o Poli A que evita la degradación del mismo por nucleasas al salir al citoplasma.

Síntesis de ARN o Transcripción

El proceso en el cual se produce una hebra de ARN a partir de una de las hebras del ADN de doble hélice se le conoce como transcripción. El producto es enviado al ribosoma para ser codificado en una proteína. Al igual que en la Replicación del ADN este tema es tratado a detalle por la biología molecular por lo que aquí solo se hará una breve explicación, al ser diferente el proceso en eucariotas y procariotas y al ser este un blog enfocado a tejidos humanos nos centraremos en el proceso de los eucariotas. Si el lector desea conocer más detalles o el proceso en procariotas puede hacerlo en cualquier libro de biología molecular o bioquímica.

El ADN que será transcrito se encuentra en la eucromatina y los que no serán transcritos son parte de la heterocromatina, el cambio de la heterocromatina a la eucromatina es la remodelación de la cromatina. Para ello el ADN debe separarse de las histonas a través de la acetilación de sus lisinas por la enzima histona acetiltransferasa (HAT) y la vuelta a la normalidad se da al retirar el acetilo por la histona desacetilasa (HDAC).

La primer fase es denominada INICIACIÖN. La enzima ARN Pol II es la enzima clave para la síntesis del ARNm a partir de una hebra de ADN, pero para ello requiere la intervención de factores de transcripción para acercar a la ADN Pol II a una secuencia promotora denominada Caja TATA. Dichos factores de transcripción son TFIID que reconoce a la caja TATA y se une a ella, TFIIF que acerca a la ADN Pol II a la caja TATA y el TFIIH que cumple una función de helicasa para desenrollar el ADN. Además de la ARN Pol II, otras polimerasas son la ARN Pol I que sintetiza el ARNr, y la ARN Pol III que sintetiza el ARNt.

La siguiente fase la denomina ELONGACIÖN.  En está fase la ARN Pol II lleva a cabo su trabajo copiando una hebra de ADN en ARN, En el caso de los ARNm las ribonucleasas lo parten en varios ARN de varios tamaños y luego modificados por exonucleasas, para los ARNt se eliminan secuencias de ambos extremos, y se añade una CCA por la nucleotidiltransferasa, y para el ARNm se añade la cola de poli A y la Caperuza CAP.

En el ultimo paso MADURACIÖN, El ARN es eliminado de intrones, es decir regiones transcritas de ADN que no codificaran proteínas, conservando únicamente los exones, que son los transcritos que si codificaran proteínas y estos son empalmados entre si por corte y empalme.

Nucleoplasma

El nucleoplasma es una sustancia que rodea a los cromosomas y el nucleolo compuesta por gránulos de intercromatina, pericromatina, ribonucleoproteínas (RNP) y la matriz nuclear.

Los granos de intercromatina tienen RNP y varias enzimas como ATPasas, GTPasas, NAD pirofosfatasas entre otras, aunque su función aun no es clara. Los granulos de pericromatina tienen particulas de ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP), de las cuales aun no se sabe su función. La matriz por otra parte posee la mayor parte del ADN y ARN y RNP residuales.

Nucléolo

Es una estructura nuclear no delimitada por membrana alguna, se encarga de la síntesis del ARNr y el ensamblaje de las subunidades ribosómicas. Se le han descrito 4 regiones que son.

·         Centro Fibrilar: Que contienen ADN inactivo

·         Parte Fibrilar: Donde se transcribe ADN en ARNr

·         Parte Granulosa: Donde se ensamblan los ribosomas

·         Matriz Nucleolar: Una red de fibras que mantienen al nucléolo

          

En conclusión, el núcleo es una estructura importante para la célula, ya que además de almacenar la información genética lleva acabo los primeros pasos en el procesamiento y trasmisión de la misma como lo es la replicación y transcripción, pero está historia aún no acaba ya que falta la ultima parte del proceso llamada traducción, pero por hoy ya fue demasiado así que lo dejaremos para otro día. Así que no te pierdas nuestra próxima entrada donde hablaremos de los Ribosomas y El Retículo Endoplásmico Rugoso y por supuesto la traducción.


Fuentes

Gartner, L., 2017. Texto De Histología Atlas A Color. 4th ed. Barcelona: Elsevier

Harvey, R., Ferrier, D. Palacios Martínez, R., 2011. Bioquímica. 5th ed. Philadelphia: Wolters Kluwer /Lippincot Williams & Wilkins.

McKee, T., McKee, J., Araiza Martínez, M. and Hurtado Chong, A., 2014. Bioquímica. Las Bases Moleculares De La Vida. 5th ed. México ; Madrid: McGraw-Hill Interamericana.