BIOLOGIE GENERALĂ

- moleculară şi celulară -

CURS VINucleul şi diviziunea celulară

Nucleul – amplasare şi structurăNucleul - Latină nucleus sau nuculeus, elenă karion – miez, sâmbure, esenţă

- descris în 1831 de botanistul Robert Brown - organit celular de dimensiuni mari (vizibil cu microscopului optic), specific celulei eucariote ce are în general formă sferică şi este amplasat central în celulă.

- conţine toată informaţia genetică necesară funcţionării celulei stocată sub formă de molecule de ADN

În general, celule eucariote conţin un nucleu, însă celulele de fungi pot conţine mai mulţi nuclei, iar eritrocitele nu au nucleu.

Structura nucleului:1. Învelişul nuclear - delimitează nucleul la exterior

- dublu, alcătuit dintr-o membrană internă şi una externă ce întră în contact cu REN

- prevăzut cu pori nucleari – formaţiuni complexe alcătuite din proteine specifice (nucleoporine) care delimitează un canal cu diametrul de 10 nm ce străbate cele două membrane. Canalul nu este liber, ci ocupat de diverse tipuri de nucleoporine ce controlează accesul în/din nucleu:1) în nucleu pot pătrunde doar proteine ce urmează a fi incorporate în nucleu sau care au funcţii specifice la acest nivel (nu pot pătrunde ribozomi sau proteine din citoschelet)2) din nucleu ies molecule de ARN şi complexe ARN-proteine

Pori nucleari

NucleolÎnveliş nuclear Por nuclear

Nucleoplasmă

Membrana internă

Membrana externă

Nucleul – amplasare şi structură

2. Nucleolul – o zonă densă în interiorul nucleului unde au loc intense procese de sinteză a ARN-ului3. Nucleoplasma – sau karioplasma - continutul nucleului – un lichid vâscos ce conţine molecule de ADN, proteine asociate ce acestea, enzime, nucleotide, ioni metalici (Mg2+).

Nucleul celulelor eucariote conţine un număr variat de molecule de ADN liniare ce se asociază cu molecule proteice şi formează fibre de cromatină. Fibrele de cromatină pot fi relaxate (în timpul vieţii ''normale'' a celulei) permiţând ca informaţia din ADN să fie prelucrată sau se pot plia foarte strâns, informaţia genetică nemaifiind accesibilă şi formând în acest caz cromozomii (în timpul diviziunii celulare).

Bacteriile nu au nucelu, materialul lor genetic este alcătuit din molecule de ADN circular ce nu se organizeză sub formă de fibre de cromatină.

Nivele de organizare ale cromatinei:1. molecula de ADN se înfăşoară în jurul unor proteine specifice – histone alcătuind nucleosomul. Un nucleosom este alcătuit din 8 molecule de histone (2 molecule din histonele H2A, H2B, H3, H4) şi o porţiune de 147 perechi de baze (pb) de ADN ce înconjoară complexul histonelor (face 1,67 ture spre dreapta). Doi nucleosomi sunt legaţi printr-o porţiune linker de 80 pb de ADN asociată cu histona H1.

PDB ID: 1EQZ

ADN

Histone

porţiune linker

Histona H1

10 nm

Cromatina

2. alte histone compacteză nucleosomii în fibre de 30 nm formând heterocromatina – informaţia genetică nu este accesibilă pentru citire. 3. fibrele de 30 nm se pliază şi se compactează în structuri cu dimensiuni din ce în ce mai mari, formând în final cromozomii.

ADN-ul împreună cu histonele din nucleosomi formează eucromatina ce este accesibilă pentru citirea informaţiei genetice.

Cromozomul la eucariote

Structura unui cromozom:1. cromatidă – o moleculă de ADN asociată cu histone (cromatină) foarte strâns impachetată. Cromozomii pot avea una (cromozomi monocromatidici) sau două cromatide surori identice (cromozomi bicromatidici)

2. cetromer – zona unde cele două cromatide se ating şi se ataşează una de cealaltă

3. telomer – zona din varful cromatidelor ce conţine o secvenţă repetitivă de ADN (TTAGGG la vertebrate) şi protejează capătul cromozomului împotriva deteriorării enzimatice.

Celula umană conţine 46 de cromozomi grupaţi în 23 de perechi de câte 2 cromozomi.

Cromatina şi cromozomul

Implicaţiile organizării structurale a cromatinei:

1. permite împachetarea ADN-ului în spaţiul redus al celulei – ADN-ul dintr-o celulă eucariotă are 2 m lungime dar este împachetat într-un nucleu cu diametrul de 10 m diametru

2. asigură protecţia ADN-ul împotriva denaturării sub influenţa diverşilor factori – agenţi oxidanţi, lumină, agresiune mecanică.

3. permite controlul expresiei genice şi a replicării ADN-ului. Când cromatina este strâns împachetată (heterocromatină) molecula de ADN nu este accesibilă enzimelor responsabile de replicare sau transcriere.

4. consolidează şi susţine molecula de ADN în cursul procesului de diviziune celulară

Ciclul celular la procariote

Ciclul celular – succesiunea de evenimente din viaţa unei celule din momentul formării acesteia din celula mamă şi până ajunge să se dividă şi să formeze două celule fiice

La procariote – ciclul celular este simplu, el începe şi se termină cu procesul de diviziune celulară – formarea dintr-o celulă mamă a două celule fiice identice

- diviziunea celulară se realizeză prin fisiune binară – proces ce presupune parcurgerea a 2 etape:

A. replicarea cromozomului bacterian – molecula de ADN circular se ataşează de membrana celulară. Dintr-un anumit punct de pe cromozom numit origine de replicare se iniţiază copierea moleculei de ADN cu obţinerea a 2 molecule de ADN circular (2 cromozomi) ce sunt ancorate de membrana celulară.

B. diviziunea propriu-zisă – celula îşi dublează dimensiunile şi sintetizează o nouă membrană celulară şi un nou perete celular între cele două puncte de ancorare a cromozomilor bacterieni, despărţindu-i şi formând două celule fiice .

Ciclul celular la eucarioteLa eucariote – ciclul celular este complex şi constă în parcurgerea a 5 faze:

1. Faza G1 – faza principală de creştere (growth) – pentru

majoritatea celulelor este faza majoritară, cea în care indeplinesc rolurile specifice în cadrul organismului. Se produce ARN şi se sintetizeză proteine, nu se sintetizeză ADN – cromozomii au o cromatidă

2. Faza S – faza de sinteză – etapă în care celula sintetizeză ADN şi îşi dubleză materialul genetic – cromozomii devin bicromatidici (au 2 cromatide surori identice)

3. Faza G2 - fază secundară de creştere – se fac pregătiri

pentru producerea diviziunii celulare, se sintetizeză ARN şi proteine dar nu şi ADN, cromozomii au 2 cromatide surori

4. Faza M – mitoza – are loc separarea materialului genetic, cromozomii devin mono-cromatidici5. Faza C – citokineza - diviziunea propriu-zisă a conţinutului celular a celor două celule

Fazele G1, S şi G

2 alcătuiesc interfaza, iar fazele M şi C diviziunea propriu-zisă. În ciclul celular

există 3 puncte estenţiale de control (G1/S, G

2/M şi M) prin care se controlează soarta celulei.

InterfazăMitozăCitokineză

Profază

Metafază Anafază

Telofază

G1/S

G2/M

M

Durata ciclului celular – variază, în medie durează 24 h, din care 1 h faza M, restul interfaza. Majoritatea celulelor din corpul uman se află într-o fază G

1 prelungită - fază de repauz - G

0 .

Celulele musculare sau neuronale nu ies niciodată din G0, celulele hepatice pot ieşi sub influenţa unor stimuli specifici

Mitoza

- fază a ciclului celular prin care cromozomii din nucleul unei celule sunt separaţi în două seturi identice, fiecare set formând la rândul său un nou nucleu.

Etapele mitozei:

1. Profaza - fibrele de cromatină se condensează şi încep să fie vizibili cromozomii- nucleolul dispare şi nu se mai sintetizeză ARN- la 2 poli opuşi ai nucleului apar 2 centrozomi din care prin polimerizarea tubulinei se generează microtubuli ce vor forma fusul de diviziune.

2. Prometafaza - învelişul nuclear se dezintegrează- microtubulii caută şi se ataşeză de centromerii cromozomilor printr-un complex proteic specific – cinetocor. Microtubulii de la un pol se ataşează de o parte a centromerului, iar cei de la celălalt por de cealaltă - fusul de diviziune este perfect format şi alcătuit din 3 tipuri de fibre:

a) fibre polare – conectează cei doi centrozomib) fibre cinetocorice – conecteză un cinetocor de un centrozomc) fibre asterale – ancoreză centrozomul de membrană

Mitoza

3. Metafaza - cromozomii ating maximul de compactare- după ce fibrele cinetocorice ale fusului de diviziune se ataşează de cinetocori, microtubulii trag de cromozoni ceea ce duce la alinierea cromozomilor în zona centrală a celulei – placă metafazică

4. Anafaza- scurtarea simultană a fibrelor cinetocorice duce la ruperea cromozomilor bicromatidici la nivelul centromerului şi formarea a 2 cromozomi identici monocromatidici.- fibrele polare imping centromerii şi are loc o alungire a celulei

5. Telofaza - are loc inversarea proceselor din profază şi prometafază:- cromozomii se despiralizeză, apare un înveliş nuclear în jurul fiecărui grup de cromozomi şi se formează cei doi nuclei.

Mitoza