martes, 18 de noviembre de 2014

¿Cómo las células decodificar la información genética en proteínas funcionales? biblioteca de la Unesco

 ADN se compacta extensivamente con proteínas cromosomas

Las células empaquetan su ADN no sólo para proteger, pero también para regular genes que se accede y cuándo. Genes celulares son, por tanto, similares a los archivos importantes almacenados en un archivero - pero en este caso, los cajones del gabinete están en constante apertura y cierre; varios archivos continuamente se encuentran, tirados, y copiar;y los archivos originales siempre se devuelven a la ubicación correcta.
Por supuesto, al igual que los cajones de archivos ayudan a conservar el espacio en una oficina, embalaje ADN ayuda a conservar el espacio en las células. El embalaje es la razón por la que las aproximadamente dos metros de ADN humano pueden caber en una celda que está a sólo unos micrómetros de ancho. Pero, ¿cómo, exactamente, está el ADN se compacta para caber dentro de las células eucariotas y procariotas? ¿Y qué mecanismos usan las células para acceder a este material genético altamente compactada?

¿Qué son los cromosomas?

El ADN celular nunca está desnudo y sin la compañía de otras proteínas. Más bien, siempre forma un complejo con varios socios de proteínas que el paquete de ayuda que en un espacio tan pequeño. Este complejo de ADN-proteína se denominacromatina, en el que la masa de proteína y ácido nucleico es casi igual. Dentro de las células, por lo general se pliega la cromatina en formaciones característicos llamados cromosomas . Cada cromosoma contiene una sola pieza de doble cadena de ADN junto con las proteínas de empaquetamiento antes mencionados.
Cambios condensación de la cromatina durante el ciclo celular.
Figura 1: cambios condensación de la cromatina durante el ciclo celular.
Durante la interfase (1), la cromatina está en su estado menos condensada y aparece distribuye libremente por todo el núcleo. Condensación de la cromatina comienza durante la profase (2) y los cromosomas se hacen visibles.Los cromosomas condensados ​​permanecen a lo largo de las diversas etapas de la mitosis (2-5).
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Eucariotas poseen típicamente múltiples pares de cromosomas lineales, todos los cuales están contenidos en el núcleo celular, y estos cromosomas tienen formas características y cambiantes. Durante la división celular, por ejemplo, se vuelven más apretujada, y su forma condensada se pueden visualizar con un microscopio de luz. Esta forma condensada es aproximadamente 10.000 veces más corta que la cadena de ADN lineal sería si carecía de proteínas y tensa. Sin embargo, cuando las células eucariotas no se están dividiendo - una etapa llamada interfase - la cromatina dentro de sus cromosomas está menos apretados. Esta configuración más flexible es importante porque permite que tenga lugar la transcripción (Figura 1, Figura 2).
En contraste con los eucariotas, el ADN en células procariotas generalmente está presente en un único cromosoma circular que se encuentra en el citoplasma. (Recordemos que las células procariotas no poseen un núcleo.) Cromosomas procariotas se condensan menos que sus homólogos eucariotas y no se han identificado características fácilmente cuando se observa bajo un microscopio de luz.
A la aparición de ADN durante la interfase frente mitosis.
Figura 2: A la aparición de ADN durante la interfase frente mitosis.
Durante la interfase, el ADN de la célula no se condensa y se distribuye libremente. Una mancha de heterocromatina (que indica la posición de los cromosomas) muestra esta amplia distribución de la cromatina en una célula de ratón (parte superior izquierda). La misma mancha también muestra la estructura organizada, alineado de los cromosomas durante la mitosis. Las barras de escala = 10 micras.
© 2004 Nature Publishing Group Maison, C. & Almouzni, G. HP1 y la dinámica de mantenimiento heterocromatina. Nature Reviews Molecular Cell Biología 5, 296-305 (2004). Reservados todos los derechos.

¿Cómo se estructuran los cromosomas eucarióticos?

Cromosomas eucariotas consisten en unidades repetidas de la cromatina llamadosnucleosomas , que fueron descubiertas por digestión químicamente núcleos celulares y quitando la mayor cantidad de proteína embalaje exterior a partir del ADN como sea posible. La cromatina que se resistió a la digestión tenía la apariencia de "cuentas de un collar" en micrografías electrónicas - con las "perlas" son los nucleosomas posicionados a intervalos a lo largo de la longitud de la molécula de ADN (Figura 3).
Los nucleosomas se componen de ADN de doble hebra que ha complejado con pequeñas proteínas llamadas histonas . La partícula de núcleo de cada nucleosoma se compone de ocho moléculas de histonas, dos de cada uno de los cuatro tipos diferentes de histonas: H2A, H2B, H3, y H4. La estructura de las histonas ha sido fuertemente conservadas a través de la evolución, lo que sugiere que su función de envase de ADN es de vital importancia a todas las células eucariotas (Figura 4).
Las histonas llevan cargas positivas y se unen con carga negativa de ADN en una conformación específica. En particular, un segmento de la doble hélice de ADN se envuelve alrededor de cada partícula de núcleo de histona un poco menos de dos veces. La longitud exacta del segmento de ADN asociado con cada núcleo de histona varía de especie a especie, pero la mayoría de tales segmentos son aproximadamente 150 pares de bases de longitud. Además, cada molécula de histona dentro de la partícula de núcleo tiene un extremo que sobresale de la partícula. Estos extremos se denominan colas N-terminales , y desempeñan un papel importante en la estructura de la cromatina de orden superior y la expresión génica.
La estructura del nucleosoma dentro de la cromatina.
Figura 4: La estructura del nucleosoma dentro de la cromatina.
Cada nucleosoma contiene ocho proteínas histonas (azul), y el ADN se envuelve alrededor de estas estructuras histonas para lograr una forma en espiral más condensada.
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¿Por qué es Embalaje Complejo crítica para eucariotas cromosomas?

Para un mejor ajuste dentro de la célula, largas piezas de ADN de doble cadena se apretujada en estructuras llamadas cromosomas.
Figura 5: Para encajar mejor dentro de la célula, largas piezas de ADN de doble cadena son apretujada en estructuras llamadas cromosomas.
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Aunque nucleosomas pueden parecer "cuentas de un collar" extendidos bajo un microscopio electrónico, que aparecen de manera diferente en las células vivas. En este tipo de células, los nucleosomas se apilan unas contra otras en matrices organizadas con múltiples niveles de embalaje. El primer nivel de embalaje se cree que produce una fibra de unos 30 nanómetros (nm) de ancho. Estas fibras 30 nm forman entonces una serie de bucles, que se pliegan sobre sí mismas para compactación adicional (Figura 5).
Los múltiples niveles de embalaje que existen dentro de los cromosomas eucarióticos no sólo permiten una gran cantidad de ADN para ocupar un espacio muy pequeño, pero también sirven varios papeles funcionales. Por ejemplo, el bucle de fibras que contienen nucleosomas-trae regiones específicas de cromatina juntos, lo que influye en la expresión génica. De hecho, el embalaje organizada de ADN es maleable y parece estar altamente regulada en las células.
Embalaje de la cromatina también ofrece un mecanismo adicional para controlar la expresión génica. Específicamente, las células pueden controlar el acceso a su ADN mediante la modificación de la estructura de su cromatina. Cromatina altamente compactado simplemente no es accesible a las enzimas implicadas en el ADN de la transcripción , la replicación , o reparación. Por lo tanto, las regiones de la cromatina, donde la transcripción activa está teniendo lugar (llamado eucromatina ) se condensan menos que las regiones donde la transcripción está inactivo o se está inhibida o reprimida activamente (llamada heterocromatina ) (Figura 6).
La estructura de la cromatina en interfase
Figura 6: La estructura de la cromatina en interfase
La heterocromatina está más condensada que la eucromatina. Típicamente, la cromatina más condensada, menos accesible es por factores de transcripción y polimerasas.
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La naturaleza dinámica de la cromatina está regulada por enzimas. Por ejemplo, la cromatina se puede aflojar cambiando la posición de las hebras de ADN dentro de un nucleosoma. Esto se produce porque el aflojamiento de remodelación de la cromatina enzimas, que funcionan para deslizar nucleosomas a lo largo de la cadena de ADN de manera que otras enzimas pueden acceder a la hebra. Este proceso es estrechamente regulado y permite que los genes específicos para tener acceso, en respuesta a las señales metabólicas dentro de la célula. Otra expresión de genes de control de células manera es mediante la modificación de sus histonas con los grupos químicos pequeños, tales como grupos metilo y acetilo en las colas N-terminal que se extienden desde la partícula de núcleo. Diferentes enzimas catalizan cada tipo de modificación N-terminal. Los científicos de vez en cuando se refieren al complejo patrón de modificación de las histonas en células como un "código de histonas". Algunas de estas modificaciones aumentan la expresión de genes, mientras que otros lo disminuyen.

¿Cómo Son Los cromosomas Organizada en el Núcleo?

En las micrografías electrónicas, cromatina interfase eucariota parece mucho a un plato de espaguetis - en otras palabras, no existe un patrón evidente de la organización. En los últimos años, sin embargo, los investigadores han comenzado a utilizar sondas fluorescentes para cada uno de los diferentes cromosomas en interfase. Al hacerlo, han descubierto que estos cromosomas tienen disposiciones funcionales y decididamente no aleatorias.
Una de las primeras cosas que estos científicos observaron fue que los cromosomas condensados ​​ocupan regiones características del núcleo, que ellos denominan territorios cromosómicos . La localización espacial de estos territoriosse piensa que es importante para la expresión génica. De hecho, con la llegada de las sondas de genes específicos, los investigadores están comenzando a entender cómo la disposición de los territorios cromosómicos puede llevar genes particulares más juntos. Una segunda observación importante relacionado con el cromosoma territorios es que la posición de los cromosomas con relación a otra difiere de célula a célula. Estas diferencias reflejan la variación en los patrones de expresión génica.

Conclusión

El genoma procariota típicamente existe en la forma de un cromosoma circular situada en el citoplasma. En eucariotas, sin embargo, el material genético se encuentra en el núcleo y bien empaquetado en cromosomas lineales. Los cromosomas están formados por un complejo proteína-ADN llamada cromatina que se organiza en subunidades llamadas nucleosomas.La forma en que los eucariotas compactas y ordenar su cromatina no sólo permite una gran cantidad de ADN para caber en un espacio pequeño, sino que también ayuda a regular la expresión génica.