Transporte selectivo de proteínas 

(núcleo-citoplasma, citoplasma-núcleo).

En el caso de las proteínas que son importadas desde el citoplasma al núcleo, estas son las responsables de todas las características de la estructura y de la función del genoma; incluye las histonas, los ADn polimerasa, los ARN polimerasa, factores de transcripción y factores de splicing.


SLN (señales de localización nuclear): son secuencias de aminoácidos específicos, que dirigen el transporte de proteínas provenientes del citoplasma destinados al núcleo a través del complejo de poro nuclear.


"Las secuencias de aminoácidos y estructura de otras señales de localización nuclear varían considerablemente, algunos son muy distantes en la secuencia de aminoácidos y dependen del correcto plegamiento de la proteína para su actividad."


Receptores de transporte nuclear: Son proteínas que cumplen las función de reconocer las SLN.

Proteína RAN: Es la reguladora del movimiento de macromoléculas a través del poro nuclear, esta proteína en su formación y actividad están reguladas por la unión e hidrólisis de GTP.

-Las enzimas que estimulan la hidrólisis del GTP en GDP se localiza en la cara citoplasmica de la envuelta nuclear.

-Las enzimas que estimulan el intercambio de GDP por GTP se encuentra en la cara nuclear.

Como consecuencia hay una concentración elevada de RAN/GTP en el núcleo, por tanto esto determina la direccionalidad  del transporte nuclear de las proteínas de transporte a través del poro nuclear, controlando la actividad de los receptores.

Importe de proteínas a través del complejo de poro nuclear.

El transporte de una proteína del complejo de poro nuclear comienza cuando: 

Exportación de proteínas a través del complejo de poro nuclear.

En el núcleo se forman los complejos entre la proteína diana que contiene (SEN), las exportinas y RAN/GTP. Tras el transporte a través de CPN ( complejo de poro nuclear), RAN/GAP induce la hidrólisis del GTP unido , dando lugar a RAN/GDP y a la liberación de la proteína diana y de la exportación en el citoplasma.

SEN (señal de exportación nuclear): Una secuencia de aminoácidos especifica que sirve de etiqueta para proteínas que serán exportadas del núcleo.Las SEN son reconocidas por receptores de el interior del núcleo que dirigen el transporte de las proteínas a través del complejo de poro nuclear hacia el citoplasma.

Las exportinas se unen a RAN, necesaria tanto para la exportación nuclear como para la exportación nuclear.

Regulación  del transporte de proteínas al núcleo.

La regulación del transporte de proteínas al núcleo es una forma del control de la expresión génica.El transporte regulado al núcleo de los factores de transcripción y de las proteínas quinasas  tienen un papel importante en el control de comportamiento de las células en respuesta a los cambios ambientales, por que proporcionan un mecanismo por el cual las señales recibidas en la superficie celular pueden ser transmitidas al núcleo.

Transporte de ARN.

La mayoría de los ARN son exportados desde el núcleo al citoplasma, el transporte es un proceso activo dependiente de energía, requiriendo que los receptores de transporte interaccionen con el complejo de poro nuclear.

Al núcleo deben entrar:

-Proteína histona y no histona

-DNA y RNA polimerasa.

-SNRNP( ribonucleo proteínas small "pequeñas")

-Iones 

-Núcleotidos.

Del núcleo deben salir:

-Diferentes RNA( mensajero, ribosomal, transferencia), estos asociados a proteínas.

-Sub-unidades ribosomales( cada una dependiente de la otra).

Núcleo.

Es la organela que define a eucariotas, contiene el material genético y que esta delimitada por una envoltura nuclear.Dentro del núcleo se lleva a cabo la replicación  y transcripción  del DNA y la transcripción (síntesis) y la maduración del RNA.

Envoltura nuclear

Separa el contenido del núcleo del citoplasma y proporciona un armazón estructural.Las membranas nucleares actúan como una barrera selectiva que impide el libre paso de las moléculas entre el interior nuclear y el citoplasma.Los complejos de poro nuclear son los únicos canales  que permiten un intercambio de moléculas, el trafico selectivo de ARNs a través de estos, no solo mantiene la composición interna del núcleo sino que tiene un papel clave en la expresión génica.

Estructura de la envoltura nuclear:

Esta constituida por dos membranas nucleares, la lamina nuclear en su cara interna y por los complejos de poros nuclear.

- Membranas nucleares:

Su principal función es actuar como una  barrera que separa el contenido del interior nuclear del citoplasma, estas estan constituidas por una bicapa de fosfolipídica, permeables a pequeñas moléculas apolares, estas pueden ser: 

Externa:  es continua con la membrana del retículo endoplásmico, por lo que hay una comunicación directa entre el espacio intermembrana y el lumen del retículo endoplásmico iccomo tambien posee ribosomas adheridos a su superficie citoplasmática.

Interna: tiene proteinas únicas que son especificas para el núcleo como aquellas que unen el núcleo a la matriz nuclear de laminas.

Estas membranas se unen en los complejos del poro nuclear, siendo los únicos que permiten el paso de pequeñas moléculas polares y de macromoléculas a través de la envuelta nuclear.

-Lamina nuclear:  se encuentra subyacente a la membrana nuclear interna, es una red fibrosa  que proporciona soporte estructural al núcleo, esta compuesta por una o varias proteínas fibrosas de 60 a 80 Kilodaltons (kDa) llamadas laminas denominadas A, B1, B2, Y C.Las laminas se ensamblan entre ellas para formar  un dimero en el que las zonas alfa-hélice de dos polipéptidos están enrollados una alrededor de otra en una estructura llamada bobina o espiral enrollada.Una de sus funciones es darle soporte a la cromatina , a la cual se puede unir en regiones ( telomeros) de los cromosomas, regiones laxas de la lamina se dirigen al interior del núcleo, siendo importante para la replicación a razón de su interacción con la cromatina. 

-Complejo de poro nuclear: 

Estos son capaces de transportar sustancias  al interior del núcleo pues posen un diámetro de 10 nm. Estos poros nucleares permiten el intercambio de péquenos elementos entre el núcleo y el citoplasma como por ejemplo iones, moléculas polares y macromoléculas como (proteínas y RNA). Son estructuras bastante complejas que poseen un diámetro de 120 nm y una masa molecular aproximada de 125 millones de Daltons, es aproximadamente 30 veces del tamaño de un ribosoma.

Para el transporte de moléculas a través de los poros se necesitan dos diferentes mecanismos: Difusión pasiva donde pequeñas partículas de al menos de 20 kD pasan rápidamente a través de la membrana nuclear y el diámetro del canal en ese momento continua en 10 nm.

Un transporte activo dependiente de energía en el cual a mayoría de proteínas y mRNAs  son transportadas selectivamente en una sola dirección de núcleo a citoplasma o citoplasma a núcleo, en este momento el poro se abre hasta un diámetro de 25 nm en respuesta a señales especificas. 

Estructuralmente esta  conformada por 8 gránulos organizados alrededor de un granulo central y conectadas estas estructuras a unos anillos en la superficie del núcleo y en el citoplasma, este complejo esta ensamblado entre la membrana externa e interna del núcleo. Además filamentos de proteína son extendidos desde los anillos nucleares  formando una estructura en forma de canasta. El granulo central regula el transporte de moléculas a través del canal.

Macromoléculas.

Una célula viva está constituida básicamente por cuatro elementos (C, H, O y N) los cuales combinados entre sí, dan origen a un gran número de compuestos. La sustancia más abundante en la célula viva es el agua y llega a representar más del 70% de su peso. Esta molécula es de gran importancia pues la mayor parte de las reacciones intracelulares se llevan a cabo en ambiente acuoso y todos los organismos se han diseñado alrededor de las propiedades del agua, tales como su carácter polar, su capacidad para formar enlaces de hidrógeno y su alta tensión superficial.

Si se deja de lado el agua, casi todas las moléculas en la célula son compuestos carbonados asociados a otros elementos, entre otros se consideran los carbohidratos, lípidos, proteínas y los ácidos nucleicos.

Los compuestos del carbono fabricados por los organismos vivos están divididos en cuatro grandes grupos: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Estos son distintos en sus propiedades físicas y químicas, pero los tres primeros son similares metabólicamente, al menos, en el hecho de que son fuentes de energía para los organismos. El rompimiento de las moléculas orgánicas complejas da como resultado la liberación de energía. 

Carbohidratos: Los carbohidratos como los azúcares y los almidones generalmente se utilizan por los organismos como fuentes de energía; mientras que los otros como las celulosas, pectinas y quitinas tienen función estructural en células individuales y aún en organismos completos como hongos, plantas, bacterias artrópodos, etc. Además, algunos polisacáridos y polímeros más cortos de azucares actúan como marcadores para una variedad de procesos de reconocimiento en las células, incluyendo la adhesión de ellas con sus vecinas y el transporte de proteínas a los destinos intracelulares apropiados y otros hacen parte de sustancias celulares importantes como son los ácidos nucleicos y como cofactores que contienen vitaminas.

En cuanto a sus propiedades fisicoquímicas, los carbohidratos de peso molecular bajo son solubles en agua y tienen poder edulcorante (endulzante) alto, características que son opuestas en los carbohidratos de peso molecular alto en los cuales la solubilidad se reduce notablemente.Son compuestos orgánicos que contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, y muchos de ellos contienen estos elementos en la relación de C_n(H₂O)n. Químicamente se definen como aldehídos o cetonas, dentro de ellos se clasifican los azúcares simples o monosacáridos en donde n es un número entero de 3 a 7. Si se unen dos monosacáridos forman un disacárido; si se unen de 3-20 monosacáridos resulta un oligosacárido y cuando se unen numerosas unidades de monosacáridos, constituyen un polisacárido como por ejemplo los almidones, celulosas, pectinas, quitinas, etc.

Lípidos: Los lípidos son un grupo amplio y heterogéneo de compuestos insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos no polares como el éter, el cloroformo o el benceno. En su molécula ellos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, pero este último en menor proporción respecto al carbono y al hidrógeno que en los carbohidratos. En los organismos vivos cumplen diversas funciones como las que se citan a continuación:

1. Son reservas energéticas y se utilizan como combustibles biológicos importantes, ya que pueden suministrar cerca de 9.3 Calorías por gramo ( una caloría con C mayúscula equivale a 1000 calorías; el termino Caloría se usa para medir el contenido energético de los alimentos), comparada con 4.1 Calorías de azúcares y proteínas.
2. Forman cubiertas aislantes en la superficie de plantas y de animales para evitar infecciones y mantener el equilibrio hídrico en ellos.
3. Sirven como componentes estructurales de las membranas biológicas en donde contribuyen a la formación de compartimentos con respuestas bioquímicas específicas.
4. Constituyen sistemas aislantes contra choques térmicos, eléctricos y químicos a nivel de la hipodermis o en cubiertas de órganos internos.
5. Otros pueden ser hormonas que participan en el control de procesos metabólicos. 
6. Además sirven como precursores de otros compuestos complejos como lipoproteínas, glicoproteínas, vitaminas liposolubles etc.

Los lípidos se clasifican en tres grupos principales:

1. LÍPIDOS SIMPLES que incluyen Grasas verdaderas saturadas (sólidas), aceites insaturados (líquidos) y ceras los cuales tienen estructura similar y en su molécula solamente poseen carbono, hidrógeno y oxígeno.
2. LÍPIDOS COMPLEJOS comprenden los fosfolípidos o fosfoglicéridos, de estructura similar a las grasas pero además contienen fósforo y nitrógeno; los esfingolípidos(ceramidas, esfingomielinas, cerebrósidos y gangliósidos). A los cerebrosidos y gangliósidos también se les conoce como glicolípidos.
3. LÍPIDOS DERIVADOS, incluyen los lípidos que no se clasifican en los anteriores grupos como la familia de los esteroides, carotenoides, las prostaglandinas y las vitaminas liposolubles.

De los anteriores grupos sólo las grasas y los aceites cumplen un papel importante como almacenes de energía.

Ácidos nucleicos: Los ácidos nucleicos, ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido desoxirribonucleico) son polímeros especializados en almacenar, transmitir y expresar la información genética en secuencias de aminoácidos, las cuales luego de algunos procesos conforman las proteínas de una célula.En casi todos los ADN analizados se conservaron las siguientes características, conocidas como la regla de Chargaff:

a. La cantidad de adenina es igual a la cantidad de timina.

b. La cantidad de guanina es igual a la cantidad de citocina.

c. Por lo anterior la cantidad total de purinas es igual a la cantidad total de pirimidinas.

A partir de esto se estableció un modelo de la molécula de ADN del cual se  concluyó:

1. La molécula de ADN consta de un hélice constituida por dos bandas.
2. Las bandas presentan un diámetro uniforme.
3. La hélice se enrrola hacia la derecha, en el sentido de las manecillas del reloj.
4. Las dos bandas corren en direcciones opuestas.
5. Los enlaces fosfato-azúcar que constituyen el esqueleto de la cadena, están ubicados hacia fuera en la cadena, mientras que hacia el centro se presentan las purinas y pirimidinas sostenidas mediante puentes de hidrógenos que se forman entre ellas.

Proteínas: las proteínas  están formadas por cadenas lineales de aminoácidos que se pueden clasificar en: proteínas simples (holoproteidos), que por hidrólisis dan solo aminoácidos o sus derivados; proteínas conjugadas (heteroproteidos), que por hidrólisis dan aminoácidos acompañados de sustancias diversas, y proteínas derivadas, sustancias formadas por desnaturalización y desdoblamiento de las anteriores. Las proteínas son indispensables para la vida, sobre todo por su función plástica (constituyen el 80% del protoplasma deshidratado de toda célula), pero también por sus funciones biorreguladora (forma parte de las enzimas) y de defensa (los anticuerpos son proteínas).

Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida y son las biomoléculas más versátiles y más diversas. Son imprescindibles para el crecimiento del organismo. Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan:

Estructural. Esta es la función más importante de una proteína (Ej: colágeno),

Inmunológica (anticuerpos),

Enzimática (Ej: sacarasa y pepsina),

Contráctil (actina y miosina).

Homeostática: colaboran en el mantenimiento del pH (ya que actúan como un tampón químico),

Transducción de señales (Ej: rodopsina)

Protectora o defensiva (Ej: trombina y fibrinógeno)

Las proteínas están formadas por aminoácidos los cuales a su vez están formados por enlaces peptídicos para formar esfingocinas.Las proteínas de todos los seres vivos están determinadas mayoritariamente por su genética (con excepción de algunos péptidos antimicrobianos de síntesis no ribosomal), es decir, la información genética determina en gran medida qué proteínas tiene una célula, un tejido y un organismo.

DIAPOSITIVAS!

Lípidos.

Carbohidratos.

Ácidos nucleicos.

Proteínas.

EL origen de las células eucariotas. 

Animales, plantas y hongos deben su existencia a una transformación en virtud de la cual bacterias diminutas y elementales de convirtieron en células grandes y dotadas de una organización compleja

Christian de Duve.

En las células  procariotas todo el archivo genético  se halla constituido por un solo cromosoma, formado por una ristra de ADN circular que esta en contacto directo con el resto de la célula. En las células eucariotas la mayor parte de ADN se almacena, de un modo mucho más estructurado, en los cromosomas, estos se agrupan a su vez  dentro del núcleo. La región que rodea al núcleo ( el citoplasma) esta segmentada por una serie de membranas que dan lugar a una elaborada red de compartimientos que cumplen funciones muy dispares."Las células procariotas y eucariotas. Difieren en tamaño y complejidad".

Entre los orgánulos que componen las células eucariotas destacan los peroxisomas ( que realizan diversas funciones metabólicas, las mitocondrias  (centrales energéticas de las células) y, en las algas y células vegetales, los plastos ( donde acontece la fotosíntesis).Las mitocondrias y los plastos descendían  de bacterias adoptadas como endosimbiontes (etimológicamente: "vivir juntos en el interior").Los endosimbiontes fueron engullidos para la alimentación de una célula de dimensiones mucho mayores, que había adquirido ya mucha de las propiedades que hoy definen las células eucariontes. una aproximación teórica denota al fagocito primitivo, un antepasado procariota, como célula precursora de las células eucariontes.

Para llegar a formar el fagocito primitivo ("célula que come",, una célula capaz de engullir cuerpos del volumen de una bacteria) se dieron ciertos cambios como proceso evolutivo, de  los cuales se cree que :

Con la perdida de la pared celular empezaría probablemente todo.La célula se quedó revestida de solo una membrana  flexible con muchos ribosomas adosados; en los ribosomas se ensamblan las proteínas que sirven aquí para la síntesis de enzimas digestivas que se liberan al exterior.

Las ondulaciones de la membrana celular permitieron que la célula alcanzara mayor tamaño, los pliegues resultantes aumentaron, efecto, la superficie para la absorción de nutrientes del entorno.Las enzimas digestivas degradaban todavía el material solo en el exterior de la célula.

Merced al plegamiento interno de la membrana, se formaron recodos que originaron compartimientos interiores aislados.La digestión ocurría ahora dentro y fuera de la célula, la internalización de fragmentos de membrana al se estaba anclado el ADN dio lugar a un sáculo con el ADN unido, precursor del núcleo celular.

La aparición de elementos esqueléticos, constituidos por fibras y microtúbulos, proporciono el andamiaje para la célula en crecimiento y la capacito para flexionar la membrana externa y trasladar los materiales por si interior.La célula, recién liberada de su dependencia del suministro de alimentos, aprendió a engullir micropartículas y digerirlas en su interior. Acabó absorbiendo todo su alimento de esta forma, Utilizando enzimas que se vertían a los sáculos digestivos por medio de una red de compartimientos interiores en expansión.Algunos de estos compartimientos se aplanaron y rodearon el conjunto, cada vez mayor, de ADN.


Por fin,  se desarrolló un fagocito primitivo, como consecuencia de una serie creciente de cambios evolutivos.Esta célula utilizaba flagelos, proyecciones en forma de látigo, para su propulsión.El fagocito adquirió también  un núcleo verdadero ( a medida que los compartimientos que rodeaban el ADN se fundieron entré sí) junto con una familia cada vez más compleja de estructuras celulares que evolucionaron a partir de trozos internalizados de la membrana celular.


Para complementar la información aquí presente: https://docs.google.com/document/d/18fg-ihnT8rmzLMxb3nS5WYWIq7dbe02VQjxXjk_DKN0/edit

http://www.galileog.com/ciencia/biologia/celulas/origen_eucariotas.htm

Textos Guía: La célula y química orgánica.

• A manera de soporte con respecto a la teoría vista en clase, en el transcurso del semestre  se hará uso del libro,  la célula de Geoffrey M. Cooper, para aquellos que no puedan comprar el libro aquí se encuentra una versión en PDF (aunque es la 2da edición) La cual incluye  interesantes progresos y presenta importante información, aunque no muy actualizada en comparación con la 4 edición que se encuentra en la biblioteca Efe Gómez.Las metas y rasgos principales son similares en ambas ediciones. La Célula continúa siendo el libro básico para estudiosos de las ciencias biológicas y de la salud. El principal objetivo ha sido proporcionar un libro accesible y de fácil lectura, a la vez que una fuente de apoyo y consulta para alcanzar los retos propuestos por la biología molecular contemporánea.

http://www.4shared.com/office/FHdNrCN4/cooper-la_celula.html

• Actualizado con las ultimos acontecimientos, con mas ilustraciones y visualizando los problemas de quimica, y mejorado con nuevas herramientas tecnologicas del conocimiento organico, el libro "Quimica organica" de John McMurry sigue estableciendo el estandar para el curso de quimica. La septima edicion tambien conserva la calidad de McMurry: comprensivo, fehaciente y clara. McMurry ha desarrollado una reputacion por crear textos precisos y accesibles que hablan de las necesidades de profesores y estudiantes. Más de un millón de estudiantes alrededor del mundo de una amplia gama de universidades han explorado la quimica organica a traves de su estilo, mientras los profesores han elogiado su enfoque temporal y el tiempo ganado.

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Diseño de la materia.


1.  Teoría de la evolución, historia y división didáctica de la biología celular 
2.  Membrana y superficie celular.
3.  Núcleo celular
4.  Procesos genéticos 
5.  Distribución y transporte de proteínas 
6.  Mitocondria 
7.  Cloroplasto
8.  Citoesqueleto 
9.  Ciclo celular
10. Apoptosis y regeneración 


1. Parcial 25% : Jueves 29 de marzo: Evolución, macro-moléculas, membrana celular.
2. Parcial 25% : Jueves 17 de mayo:  Núcleo, replicación, transcripción, transducción y retículo endoplasmático.
3. Parcial 25%: Jueves 21 de junio:  Retículo endoplasmático, aparato de golgi, lisosoma, organelas  asociadas al sistema de endomembrana, mitocondria, cloroplastos y ciclo celular.


Laboratorio 25%

Texto guía: La Célula de Cooper

¡Bienvenidos!

Biología celular es una materia de fundamentación adscrita al programa de biociencias de la Universidad Nacional de Colombia sede Medellín.

Los objetivos de la asignatura incluyen: Conocer la organización molecular y celular de los seres vivos, basados en componentes físico químicos, celulares y genéticos de los seres vivo; establecer diferencias y semejanzas entre los organismos y las células procariontes y eucariontes; desarrollar y favorecer la actitud investigativa sobre los organismos vivos, definir las estructuras y funciones generales de las diferentes organelas celulares.La asignatura comprende clases magistrales (análisis, síntesis y evaluación de conceptos) y practicas de laboratorio (individuales y en grupos, que permiten correlacionar y analizar las principales estructuras y fenómenos en diversas clases de organismos).