La heterocromatina es una región de los cromosomas que se encuentra constantemente en un estado compacto.
La eucromatina son regiones de cromosomas sueltas (descondensadas).
En las regiones pericenroméricas de los cromosomas y los brazos cortos de los cromosomas acrocéntricos, se tiñe la heterocromatina, denominada estructural, que se detecta constantemente durante la división celular mitótica y en el núcleo en interfase. Otro tipo de heterocromatina es la facultativa, que surge por compactación de regiones eucromáticas y contiene genes implicados en el metabolismo de las proteínas. La condensación de la región opcional es reversible, expresada en descondensación.
Los cromosomas están formados por ADN (aprox. 40%) y proteínas (aprox. 60%), formando un complejo nucleoproteico. Las proteínas se dividen en dos grupos: histonas y no histonas. Las histonas están representadas por cinco moléculas: H1, H2A, H2B, H3 y H4. Las proteínas histonas constituyen del 40 al 80% de todas las proteínas cromosómicas. Están formados por pequeñas moléculas cargadas (+). En ellos predominan los principales aminoácidos arginina y lisina. Debido a su estructura, las proteínas histonas se combinan con el ADN cargado (-) para formar un complejo ADN-histona. Este complejo se llama cromatina. Gis. Las proteínas realizan la función de empaquetar específicamente una enorme molécula de ADN en una estructura cromosómica compacta. Las histonas impiden que se lea la información biológica contenida en el ADN. Éste es su papel regulador. Además, estas proteínas desempeñan una función estructural, asegurando la organización espacial del ADN en los cromosomas.
El número de fracciones de proteínas distintas de las histonas supera las 100. Entre ellas se encuentran las enzimas para la síntesis y el procesamiento del ARN, la reduplicación y la reparación del ADN. Las proteínas ácidas de los cromosomas también desempeñan funciones estructurales y reguladoras. Además de ADN y proteínas, los cromosomas también contienen ARN, lípidos, polisacáridos e iones metálicos. El ARN cromosómico está representado en parte por productos de transcripción que aún no han abandonado el sitio de síntesis. Algunas fracciones tienen una función reguladora. La función reguladora de los componentes cromosómicos es "prohibir" o "permitir" la copia de información de la molécula de ADN.
En diferentes regiones de los cromosomas, el ADN difiere en composición y propiedades.
El ADN centromérico se encuentra en la región de constricciones primarias. Los telómeros contienen ADN especial que previene el acortamiento de los cromosomas durante la replicación. En las zonas de constricciones secundarias se encuentran secciones de ADN responsables de la síntesis de ARNr. La mayor parte del ADN responsable de la síntesis de numerosos ARN mensajeros se encuentra en los brazos de los cromosomas.
Si bien mantiene la continuidad en varias generaciones de células, la cromatina cambia su estructura según el período y la fase del ciclo celular. organización. En la interfase, bajo microscopía óptica, se detecta en forma de grumos esparcidos en el nucleoplasma del núcleo. Durante la transición de una célula a la mitosis, especialmente en la metafase, la cromatina adquiere la apariencia de cuerpos individuales claramente visibles y de colores intensos. cromosomas.
Las formas de existencia de la cromatina en interfase y metafase se consideran dos variantes polares de su organización estructural, conectadas en el ciclo mitótico por transiciones mutuas. El punto de vista más común es que la cromatina (cromosoma) es un hilo en espiral. En este caso, se distinguen varios niveles de espiralización (compactación) de la cromatina.
Hilo nucleosomal . Este nivel de organización de la cromatina lo proporcionan cuatro tipos de histonas nucleosomales: H2A, H2B, H3, H4. Forman cuerpos proteicos en forma de disco: núcleos que constan de ocho moléculas (dos moléculas de cada tipo de histonas).
Fibrilla de cromatina. El pistón HI garantiza una mayor compactación del hilo nucleosomal que, al conectarse con el ADN conector y dos cuerpos proteicos vecinos, los acerca entre sí. El resultado es una estructura más compacta, posiblemente construida como un solenoide. Esta fibrilla de cromatina, también llamada elemental, tiene un diámetro de 20-30 nm.
Cromonema en interfase . El siguiente nivel de organización estructural del material genético se debe al plegamiento de la fibrilla de cromatina en bucles. En su formación aparentemente participan proteínas no histonas, que son capaces de reconocer secuencias de nucleótidos específicas de ADN extranucleosomal, distantes entre sí a una distancia de varios miles de pares de nucleótidos. Estas proteínas unen estas áreas para formar bucles a partir de fragmentos de la fibrilla de cromatina ubicada entre ellas. Como resultado de este empaquetado, una fibrilla de cromatina con un diámetro de 20-30 nm se transforma en una estructura con un diámetro de 100-200 nm, llamada cromonema en interfase. .
Las secciones individuales del cromonema de interfase se compactan aún más, formando bloques estructurales que unen bucles adyacentes con la misma organización.
Cromosomas en cepillo de lámpara Se encuentra en ovocitos de peces, anfibios, reptiles y aves en la etapa de diploteno. Cada uno de los dos cromosomas consta de dos cromátidas de forma bivalente, por lo que durante su conjugación se forman estructuras extendidas de cuatro cromátidas. Cada cromátida consta de una hebra axial fuertemente retorcida de la que se extienden bucles laterales, formada por una única doble hélice de ADN. Estos bucles probablemente representan ADN liberado de proteínas para permitir que se produzca la transcripción. cromosomas tipo L sch." se transcriben más activamente que los registros ordinarios. Esto se debe a la necesidad de acumular cantidades significativas de productos genéticos en los ovocitos.
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Informe
Estructura y química de la cromatina.
cromatina Es una mezcla compleja de sustancias a partir de las cuales se construyen los cromosomas eucariotas. Los componentes principales de la cromatina son el ADN y las proteínas cromosómicas, que incluyen histonas y proteínas no histonas que forman estructuras altamente ordenadas en el espacio. La proporción de ADN y proteína en la cromatina es ~1:1, y la mayor parte de la proteína de la cromatina está representada por histonas. El término "X" fue introducido por W. Flemming en 1880 para describir estructuras intranucleares teñidas con tintes especiales.
cromatina- el componente principal del núcleo celular; es bastante fácil de obtener a partir de núcleos en interfase aislados y de cromosomas mitóticos aislados. Para ello, aprovechan su capacidad para pasar a estado disuelto durante la extracción con soluciones acuosas de baja fuerza iónica o simplemente agua desionizada.
Las fracciones de cromatina obtenidas de diferentes objetos tienen un conjunto de componentes bastante uniforme. Se encontró que la composición química total de la cromatina de los núcleos en interfase difiere poco de la cromatina de los cromosomas mitóticos. Los componentes principales de la cromatina son el ADN y las proteínas, la mayor parte de las cuales son histonas y proteínas no histonas.
Deslizar3 . Hay dos tipos de cromatina: heterocromatina y eucromatina. El primero corresponde a regiones cromosómicas condensadas durante la interfase y está funcionalmente inactivo. Esta cromatina se tiñe bien y es la que se puede observar en una muestra histológica. La heterocromatina se divide en estructural (son secciones de cromosomas que se condensan constantemente) y facultativa (puede descondensarse y convertirse en eucromatina). La eucromatina corresponde a regiones cromosómicas que se descondensan durante la interfase. Esto es cromatina funcional y funcional. No tiñe y no es visible en la muestra histológica. Durante la mitosis, toda la eucromatina se condensa y se incorpora a los cromosomas.
En promedio, alrededor del 40% de la cromatina es ADN y alrededor del 60% son proteínas, entre las cuales las histonas nucleares específicas representan del 40 al 80% de todas las proteínas que componen la cromatina aislada. Además, las fracciones de cromatina incluyen componentes de membrana, ARN, carbohidratos, lípidos y glicoproteínas. La cuestión de en qué medida estos componentes menores están incluidos en la estructura de la cromatina aún no se ha resuelto. Por tanto, el ARN puede ser ARN transcrito que aún no ha perdido su conexión con el molde de ADN. Otros componentes menores pueden referirse a sustancias de fragmentos coprecipitados de la membrana nuclear.
Las PROTEÍNAS son una clase de polímeros biológicos presentes en todo organismo vivo. Con la participación de proteínas se producen los principales procesos que aseguran las funciones vitales del organismo: respiración, digestión, contracción muscular, transmisión de impulsos nerviosos.
Las proteínas son polímeros y los aminoácidos son sus unidades monoméricas.
Aminoácidos - se trata de compuestos orgánicos que contienen en su composición (de acuerdo con el nombre) un grupo amino NH2 y un grupo ácido orgánico, es decir carboxilo, grupo COOH.
Una molécula de proteína se forma como resultado de la conexión secuencial de aminoácidos, mientras que el grupo carboxilo de un ácido interactúa con el grupo amino de una molécula vecina, como resultado de lo cual se forma un enlace peptídico - CO-NH- y la liberación de una molécula de agua. Diapositiva 9
Las moléculas de proteínas contienen de 50 a 1500 residuos de aminoácidos. La individualidad de una proteína está determinada por el conjunto de aminoácidos que forman la cadena polimérica y, no menos importante, por el orden de su alternancia a lo largo de la cadena. Por ejemplo, la molécula de insulina consta de 51 residuos de aminoácidos.
Composición química de las histonas. Características de las propiedades físicas e interacción con el ADN.
Histonas- proteínas relativamente pequeñas con una proporción muy grande de aminoácidos cargados positivamente (lisina y arginina); La carga positiva ayuda a que las histonas se unan firmemente al ADN (que tiene una carga muy negativa) independientemente de su secuencia de nucleótidos. El complejo de ambas clases de proteínas con el ADN nuclear de las células eucariotas se llama cromatina. Las histonas son una característica única de los eucariotas y están presentes en enormes cantidades por célula (alrededor de 60 millones de moléculas de cada tipo por célula). Los tipos de histonas se dividen en dos grupos principales: histonas nucleosomales e histonas H1, formando una familia de proteínas centrales altamente conservadas que consta de cinco grandes clases: H1 y H2A, H2B, H3 y H4. La histona H1 es más grande (alrededor de 220 aminoácidos) y ha demostrado estar menos conservada durante la evolución. El tamaño de las cadenas polipeptídicas de histonas varía de 220 (H1) a 102 (H4) residuos de aminoácidos. La histona H1 está altamente enriquecida en residuos de Lys, las histonas H2A y H2B se caracterizan por un contenido moderado de Lys y las cadenas polipeptídicas de las histonas H3 y H4 son ricas en Arg. Dentro de cada clase de histonas (a excepción de H4), se distinguen varios subtipos de estas proteínas en función de las secuencias de aminoácidos. Esta multiplicidad es especialmente característica de las histonas H1 de mamíferos. En este caso existen siete subtipos denominados H1.1-H1.5, H1o y H1t. Las histonas H3 y H4 pertenecen a las proteínas más conservadas. Esta conservación evolutiva sugiere que casi todos sus aminoácidos son importantes para la función de estas histonas. La parte N-terminal de estas histonas puede modificarse reversiblemente en la célula debido a la acetilación de residuos de lisina individuales, lo que elimina la carga positiva de las lisinas.
La región central de la cola de histonas.
Cuentas en la cuerda A
Rango de interacción corto
Histonas enlazadoras
fibra de 30 nanómetros
Fibra de cromomonema
Interacciones de fibra de largo alcance
histona de cromatina nucleosoma
El papel de las histonas en el plegamiento del ADN es importante por las siguientes razones:
1) Si los cromosomas estuvieran formados únicamente por ADN estirado, es difícil imaginar cómo podrían replicarse y separarse en células hijas sin enredarse o romperse.
2) En estado extendido, la doble hélice del ADN de cada cromosoma humano cruzaría el núcleo celular miles de veces; Así, las histonas empaquetan una molécula de ADN muy larga de manera ordenada en un núcleo de varios micrómetros de diámetro;
3) No todo el ADN está plegado de la misma manera, y la forma en que una región del genoma está empaquetada en cromatina probablemente afecta la actividad de los genes contenidos en esa región.
En la cromatina, el ADN se extiende como una doble hebra continua de un nucleosoma al siguiente. Cada nucleosoma está separado del siguiente por una sección de ADN conector, cuyo tamaño varía de 0 a 80 pares de nucleótidos. En promedio, los nucleosomas repetidos tienen una separación de nucleótidos de aproximadamente 200 pares de nucleótidos. En las micrografías electrónicas, esta alternancia del octámero de histona con ADN enrollado y ADN conector le da a la cromatina una apariencia de “cuentas en una cuerda” (después de tratamientos que despliegan un empaquetamiento de orden superior).
Metilación Como modificación covalente de las histonas, es más compleja que cualquier otra, ya que puede ocurrir tanto en lisinas como en argininas. Además, a diferencia de cualquier otra modificación en el grupo 1, los efectos de la metilación pueden ser positivos o negativos en la expresión transcripcional dependiendo de la posición del residuo en la histona (Tabla 10.1). Otro nivel de complejidad surge del hecho de que puede haber múltiples estados de metilación en cada residuo. Las lisinas pueden estar mono-(me1), di-(me2) o tri-(me3) metiladas, mientras que las argininas pueden estar mono-(me1) o di-(me2) metiladas.
Fosforilación es el PTM más conocido, ya que se sabe desde hace mucho tiempo que las quinasas regulan la transmisión de señales desde la superficie celular a través del citoplasma hasta el núcleo, lo que provoca cambios en la expresión genética. Las histonas estuvieron entre las primeras proteínas que se descubrió que estaban fosforiladas. En 1991, se descubrió que cuando se estimulaba la proliferación de las células, se inducían los llamados genes "inmediatos-tempranos", que se volvían transcripcionalmente activos y funcionaban para estimular el ciclo celular. Este aumento de la expresión genética se correlaciona con la fosforilación de la histona H3 (Mahadevan et al., 1991). Se ha demostrado que el residuo de serina 10 de la histona H3 (H3S10) es un sitio de fosforilación importante para la transcripción de levadura a humanos y parece ser particularmente importante en Drosophila (Nowak y Corces, 2004).
Ubiquitinación el proceso de unir una “cadena” de moléculas de ubiquitina a una proteína (ver Ubiquitina). En U., el extremo C de la ubiquitina se une a los residuos de lisina laterales en el sustrato. La cadena de poliubiquitina se une en un momento estrictamente definido y es una señal que indica que la proteína está sujeta a degradación.
La acetilación de histonas juega un papel importante en la modulación de la estructura de la cromatina tras la activación transcripcional, aumentando la accesibilidad de la cromatina a la maquinaria de transcripción. Se cree que las histonas acetiladas están menos unidas al ADN y, por lo tanto, a la máquina de transcripción le resulta más fácil superar la resistencia del empaquetado de la cromatina. En particular, la acetilación puede facilitar el acceso y la unión de factores de transcripción a sus elementos de reconocimiento en el ADN. Ya se han identificado las enzimas que llevan a cabo el proceso de acetilación y desacetilación de histonas, y probablemente pronto aprenderemos más sobre cómo se relaciona esto con la activación de la transcripción.
Se sabe que las histonas acetiladas son un signo de cromatina transcripcionalmente activa.
Las histonas son las proteínas más estudiadas bioquímicamente.
Organización de nucleosomas
El nucleosoma es la unidad elemental de empaquetamiento de la cromatina. Consiste en una doble hélice de ADN envuelta alrededor de un complejo específico de ocho histonas nucleosomales (octámero de histonas). El nucleosoma es una partícula en forma de disco con un diámetro de aproximadamente 11 nm, que contiene dos copias de cada una de las histonas nucleosomales (H2A, H2B, H3, H4). El octámero de histona forma un núcleo proteico alrededor del cual se envuelve dos veces el ADN bicatenario (146 pares de bases de ADN por octámero de histona).
Los nucleosomas que forman las fibrillas están ubicados más o menos uniformemente a lo largo de la molécula de ADN a una distancia de 10 a 20 nm entre sí.
Los datos sobre la estructura de los nucleosomas se obtuvieron mediante análisis de difracción de rayos X de baja y alta resolución de cristales de nucleosomas, entrecruzamientos intermoleculares de proteína y ADN y escisión del ADN dentro de los nucleosomas utilizando nucleasas o radicales hidroxilo. A. Klug construyó un modelo de nucleosoma, según el cual el ADN (146 pb) en forma B (una hélice derecha con un paso de 10 pb) está enrollado alrededor de un octámero de histonas, en cuya parte central se encuentran histonas. Se encuentran H3 y H4, y en la periferia, H2a y H2b. El diámetro de dicho disco de nucleosoma es de 11 nm y su espesor es de 5,5 nm. La estructura, que consta de un octámero de histonas y ADN enrollado a su alrededor, se denomina partícula central nucleosomal. Las partículas centrales están separadas entre sí por segmentos de ADN conector. La longitud total del segmento de ADN incluido en el nucleosoma animal es de 200 (+/-15) pb.
Las cadenas polipeptídicas de histonas contienen varios tipos de dominios estructurales. El dominio globular central y las regiones N y C terminales flexibles y sobresalientes enriquecidas en aminoácidos básicos se denominan brazos. Los dominios C-terminales de las cadenas polipeptídicas involucradas en las interacciones histona-histona dentro de la partícula central tienen predominantemente la forma de una hélice alfa con una región helicoidal central extendida, a lo largo de la cual se coloca una hélice más corta en ambos lados. Todos los sitios conocidos de modificaciones postraduccionales reversibles de las histonas que ocurren a lo largo del ciclo celular o durante la diferenciación celular se localizan en los dominios básicos flexibles de sus cadenas polipeptídicas (Tabla I.2). Además, los brazos N-terminales de las histonas H3 y H4 son las regiones más conservadas de las moléculas y las histonas en general son una de las proteínas más conservadas evolutivamente. Los estudios genéticos de la levadura S. cerevisiae han demostrado que pequeñas deleciones y mutaciones puntuales en las porciones N-terminales de los genes de histonas van acompañadas de cambios profundos y diversos en el fenotipo de las células de levadura, lo que indica la importancia de la integridad de las moléculas de histonas para garantizar el correcto funcionamiento de los genes eucariotas. En solución, las histonas H3 y H4 pueden existir en forma de tetrámeros estables (H3) 2 (H4) 2, y las histonas H2A y H2B, en forma de dímeros estables. Un aumento gradual de la fuerza iónica en soluciones que contienen cromatina nativa conduce a la liberación primero de dímeros H2A/H2B y luego de tetrámeros H3/H4.
La fina estructura de los nucleosomas en cristales quedó aclarada en el trabajo de K. Lueger et al. (1997) utilizando análisis de difracción de rayos X de alta resolución. Se ha establecido que la superficie convexa de cada heterodímero de histona en el octámero está envuelta por segmentos de ADN de 27-28 pb de largo, ubicados entre sí en un ángulo de 140 grados, que están separados por regiones enlazadoras de 4 pb de largo.
Niveles de compactación del ADN: nucleosomas, fibrillas, bucles, cromosoma mitótico.
El primer nivel de compactación del ADN es nucleosomal. Si la cromatina se expone a nucleasas, ella y el ADN se descomponen en estructuras que se repiten regularmente. Después del tratamiento con nucleasa, se aísla de la cromatina mediante centrifugación una fracción de partículas con una velocidad de sedimentación de 11S. Las partículas 11S contienen alrededor de 200 pares de bases de ADN y ocho histonas. Una partícula de nucleoproteína tan compleja se llama nucleosoma. En él, las histonas forman un núcleo proteico, en cuya superficie se encuentra el ADN. El ADN forma una sección que no está conectada a las proteínas centrales: un conector que, al conectar dos nucleosomas vecinos, pasa al ADN del siguiente nucleosoma. Forman “cuentas”, formaciones globulares de unos 10 nm, asentadas una tras otra sobre moléculas de ADN alargadas. El segundo nivel de compactación es la fibrilla de 30 nm. El primer nivel, nucleosomal, de compactación de la cromatina desempeña un papel regulador y estructural, asegurando una densidad de empaquetamiento del ADN entre 6 y 7 veces. En los cromosomas mitóticos y en los núcleos en interfase, se detectan fibrillas de cromatina con un diámetro de 25 a 30 nm. Se distingue un tipo solenoide de empaquetamiento de nucleosomas: un hilo de nucleosomas densamente empaquetados con un diámetro de 10 nm forma vueltas con un paso helicoidal de aproximadamente 10 nm. Hay de 6 a 7 nucleosomas por vuelta de dicha superhélice. Como resultado de dicho empaquetamiento, aparece una fibrilla en forma de espiral con una cavidad central. La cromatina en los núcleos tiene fibrillas de 25 nm, que consisten en glóbulos cercanos del mismo tamaño: nucleómeros. Estos nucleómeros se denominan superperlas (“superperlas”). La fibrilla principal de cromatina con un diámetro de 25 nm es una alternancia lineal de nucleómeros a lo largo de una molécula de ADN compactada. Como parte del nucleómero, se forman dos vueltas de la fibrilla nucleosomal, con 4 nucleosomas en cada una. El nivel nucleomérico de empaquetamiento de cromatina asegura una compactación del ADN 40 veces mayor. Los niveles nuclesomales y nucleoméricos (superbid) de compactación del ADN de la cromatina son llevados a cabo por proteínas histonas. Dominios de bucle del ADN-ttercer nivel Organización estructural de la cromatina. En niveles más altos de organización de la cromatina, proteínas específicas se unen a secciones específicas de ADN, lo que forma grandes bucles o dominios en los sitios de unión. En algunos lugares hay grupos de cromatina condensada, formaciones en forma de rosetas que constan de muchos bucles de fibrillas de 30 nm que se conectan en un centro denso. El tamaño medio de las rosetas alcanza los 100-150 nm. Rosetas de fibrillas de cromatina - Cromómeros. Cada cromómero consta de varios bucles que contienen nucleosomas y que están conectados en un solo centro. Los cromómeros están conectados entre sí por secciones de cromatina nucleosomal. Esta estructura de cromatina en dominio de bucle asegura la compactación estructural de la cromatina y organiza las unidades funcionales de los cromosomas: replicones y genes transcritos.
Utilizando el método de dispersión de neutrones, fue posible determinar la forma y las dimensiones exactas de los nucleosomas; en una aproximación aproximada, es un cilindro plano o arandela con un diámetro de 11 nm y una altura de 6 nm. Ubicadas sobre un sustrato para microscopía electrónica, forman “perlas”, formaciones globulares de aproximadamente 10 nm, en fila india, asentadas en tándem sobre moléculas de ADN alargadas. De hecho, sólo las regiones enlazadoras están alargadas; las tres cuartas partes restantes de la longitud del ADN están dispuestas en forma de hélice a lo largo de la periferia del octámero de histonas. Se cree que el octámero de histona tiene forma de pelota de rugby y consta de un tetrámero (H3·H4)2 y dos dímeros H2A·H2B independientes. En la Fig. La Figura 60 muestra un diagrama de la ubicación de las histonas en la parte central del nucleosoma.
Composición de centrómeros y telómeros.
Hoy en día casi todo el mundo sabe qué son los cromosomas. Estos orgánulos nucleares, en los que se localizan todos los genes, constituyen el cariotipo de una especie determinada. Bajo un microscopio, los cromosomas parecen estructuras uniformes, alargadas y oscuras en forma de varilla, y es poco probable que la imagen que ves parezca intrigante. Además, las preparaciones de los cromosomas de un gran número de seres vivos que viven en la Tierra sólo se diferencian en el número de estos bastones y en las modificaciones de su forma. Sin embargo, hay dos propiedades que son comunes a los cromosomas de todas las especies.
Generalmente se describen cinco etapas de la división celular (mitosis). Para simplificar, nos centraremos en tres etapas principales del comportamiento de los cromosomas de una célula en división. En la primera etapa, se produce una compresión lineal gradual y un engrosamiento de los cromosomas, luego se forma un huso de división celular que consta de microtúbulos. En el segundo, los cromosomas se mueven gradualmente hacia el centro del núcleo y se alinean a lo largo del ecuador, probablemente para facilitar la unión de los microtúbulos a los centrómeros. En este caso, la membrana nuclear desaparece. En la última etapa, las mitades de los cromosomas, las cromátidas, se separan. Parece que los microtúbulos unidos a los centrómeros, como un remolcador, empujan las cromátidas hacia los polos de la célula. Desde el momento de la divergencia, las cromátidas hermanas anteriores se denominan cromosomas hijos. Llegan a los polos del huso y se juntan en un patrón paralelo. Se forma la envoltura nuclear.
Un modelo que explica la evolución de los centrómeros.
Arriba- los centrómeros (óvalos grises) contienen un conjunto especializado de proteínas (cinetocoros), incluidas las histonas CENH3 (H) y CENP-C (C), que a su vez interactúan con los microtúbulos del huso (líneas rojas). En diferentes taxones, una de estas proteínas evoluciona de forma adaptativa y en concierto con la divergencia de la estructura primaria del ADN de los centrómeros.
En el fondo- Los cambios en la estructura primaria u organización del ADN centromérico (óvalo gris oscuro) pueden crear centrómeros más fuertes, lo que resulta en más microtúbulos adheridos.
Telómeros
El término "telómero" fue propuesto por G. Möller en 1932. En su opinión, esto significaba no sólo el final físico del cromosoma, sino también la presencia de un “gen terminal con la función especial de sellar el cromosoma”, lo que lo hacía inaccesible a influencias dañinas (reordenamientos cromosómicos, deleciones, acción de nucleasas, etc.). En estudios posteriores no se confirmó la presencia del gen terminal, pero se determinó con precisión la función del telómero.
Posteriormente se descubrió otra función. Dado que el mecanismo de replicación normal no funciona en los extremos de los cromosomas, la célula tiene otra vía que mantiene tamaños estables de los cromosomas durante la división celular. Esta función la desempeña una enzima especial, la telomerasa, que actúa como otra enzima, la transcriptasa inversa: utiliza una plantilla de ARN monocatenario para sintetizar la segunda hebra y reparar los extremos de los cromosomas. Por tanto, los telómeros de todos los organismos realizan dos tareas importantes: protegen los extremos de los cromosomas y mantienen su longitud e integridad.
Se ha propuesto un modelo de un complejo proteico de seis proteínas específicas de los telómeros que se forma en los telómeros de los cromosomas humanos. El ADN forma un bucle en T y el saliente monocatenario se inserta en la región del ADN bicatenario ubicada distalmente (Fig. 6). El complejo proteico permite a las células distinguir los telómeros de los puntos de ruptura de los cromosomas (ADN). No todas las proteínas de los telómeros forman parte de un complejo que abunda en los telómeros pero que está ausente en otras regiones de los cromosomas. Las propiedades protectoras del complejo se derivan de su capacidad para influir en la estructura del ADN telomérico al menos de tres maneras: determinando la estructura de la punta del telómero; participar en la formación de un bucle en T; Controlar la síntesis de ADN telomérico por la telomerasa. También se han encontrado complejos relacionados en los telómeros de algunas otras especies eucariotas.
Arriba -telómero en el momento de la replicación del cromosoma, cuando su extremo es accesible al complejo de telomerasa, que lleva a cabo la replicación (duplicación de la cadena de ADN en la punta del cromosoma). Después de la replicación, el ADN telomérico (líneas negras) junto con las proteínas ubicadas en él (que se muestran como óvalos multicolores) forman t - PAGbucle (parte inferior de la imagen ).
Tiempo de compactación del ADN en el ciclo celular y principales factores que estimulan los procesos.
Recordemos la estructura de los cromosomas (del curso de biología): generalmente se muestran como un par de letras X, donde cada cromosoma es un par y cada uno tiene dos partes idénticas: las cromátidas izquierda y derecha. Este conjunto de cromosomas es típico de una célula que ya ha comenzado su división, es decir. Células en las que ha tenido lugar el proceso de duplicación del ADN. La duplicación de la cantidad de ADN se denomina período sintético o período S del ciclo celular. Dicen que la cantidad de cromosomas en una célula sigue siendo la misma (2n) y la cantidad de cromátidas en cada cromosoma se duplica (4c - 4 cromátidas por par de cromosomas) - 2n4c. Durante la división, una cromátida de cada cromosoma ingresará a las células hijas y las células recibirán el conjunto diploide completo de 2n2c.
El estado de la célula (más precisamente, su núcleo) entre dos divisiones se llama interfase. Hay tres partes en la interfase: períodos presintético, sintético y postsintético.
Por lo tanto, todo el ciclo celular consta de 4 períodos de tiempo: mitosis propiamente dicha (M), períodos de interfase presintético (G1), sintético (S) y postsintético (G2) (Fig. 19). La letra G - del inglés Gap - intervalo, intervalo. En el período G1, que ocurre inmediatamente después de la división, las células tienen un contenido de ADN diploide por núcleo (2c). Durante el período G1, el crecimiento celular comienza principalmente debido a la acumulación de proteínas celulares, lo que viene determinado por un aumento en la cantidad de ARN por célula. Durante este período, la célula comienza a prepararse para la síntesis de ADN (período S).
Se encontró que la supresión de la síntesis de proteínas o ARNm en el período G1 previene el inicio del período S, ya que durante el período G1 se interrumpe la síntesis de enzimas necesarias para la formación de precursores de ADN (por ejemplo, nucleótidos fosfocinasas), ARN y metabolismo de proteínas. se producen enzimas. Esto coincide con un aumento en la síntesis de ARN y proteínas. Al mismo tiempo, aumenta drásticamente la actividad de las enzimas implicadas en el metabolismo energético.
En el siguiente período S, la cantidad de ADN por núcleo se duplica y, en consecuencia, se duplica el número de cromosomas. En diferentes células del período S se pueden encontrar diferentes cantidades de ADN, de 2c a 4c. Esto se debe a que se estudian células en diferentes etapas de la síntesis de ADN (las que acaban de iniciar la síntesis y las que ya la han completado). El período S es un período clave en el ciclo celular. Sin síntesis de ADN, no se conoce ni un solo caso de células que entren en división mitótica.
La fase postsintética (G2) también se llama premitótica. El último término enfatiza su gran importancia para pasar a la siguiente etapa: la etapa de división mitótica. En esta fase se produce la síntesis del ARNm necesario para el paso de la mitosis. Un poco antes se sintetiza el ARNr de los ribosomas, que determina la división celular. Entre las proteínas sintetizadas en este momento, las tubulinas, las proteínas de los microtúbulos del huso mitótico, ocupan un lugar especial.
Al final del período G2 o en la mitosis, a medida que los cromosomas mitóticos se condensan, la síntesis de ARN cae bruscamente y se detiene por completo durante la mitosis. La síntesis de proteínas durante la mitosis disminuye al 25% del nivel inicial y luego en períodos posteriores alcanza su máximo en el período G2, repitiendo generalmente la naturaleza de la síntesis de ARN.
En los tejidos en crecimiento de plantas y animales siempre hay células que están, por así decirlo, fuera del ciclo. Estas células suelen denominarse células del período G0. Son estas células las llamadas células en reposo, células que han dejado de reproducirse temporal o permanentemente. En algunos tejidos, estas células pueden permanecer durante mucho tiempo sin cambiar particularmente sus propiedades morfológicas: conservan, en principio, la capacidad de dividirse y convertirse en células madre cambiales (por ejemplo, en el tejido hematopoyético). Más a menudo, la pérdida (aunque sea temporal) de la capacidad de dividir va acompañada de la aparición de la capacidad de especializarse y diferenciarse. Estas células en diferenciación salen del ciclo, pero en condiciones especiales pueden volver a entrar en él. Por ejemplo, la mayoría de las células del hígado se encuentran en el período G0; no participan en la síntesis de ADN y no se dividen. Sin embargo, cuando se extrae parte del hígado de los animales de experimentación, muchas células comienzan a prepararse para la mitosis (período G1), proceden a la síntesis de ADN y pueden dividirse mitóticamente. En otros casos, por ejemplo, en la epidermis de la piel, tras abandonar el ciclo de reproducción y diferenciación, las células funcionan durante algún tiempo y luego mueren (células queratinizadas del epitelio tegumentario).
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trabajo del curso, añadido el 13/11/2011
Características generales, clasificación y nomenclatura de monosacáridos, estructura de sus moléculas, estereoisomerismo y conformación. Propiedades físicas y químicas, oxidación y reducción de glucosa y fructosa. Formación de oximas, glucósidos y complejos quelatos.
trabajo del curso, añadido el 24/08/2014
Características generales del plutonio, análisis de las propiedades físicas y químicas de este elemento. Propiedades y producción nucleares, características de funcionamiento en soluciones. Química analítica: métodos de purificación, aislamiento e identificación del elemento en estudio.
presentación, agregado 17/09/2015
Propiedades ácido-base de óxidos e hidróxidos y sus cambios. Propiedades reductoras y oxidativas de los elementos d. Serie de tensiones metálicas. Propiedades químicas de los metales. Características generales de los elementos d. Formación de compuestos complejos.
presentación, añadido el 11/08/2013
Características generales del manganeso, sus propiedades físicas y químicas básicas, historia de descubrimientos y logros modernos en la investigación. Prevalencia de este elemento químico en la naturaleza, direcciones de su aplicación en la industria, producción.
prueba, agregada el 26/06/2013
Clasificación de saponinas, sus propiedades físicas, químicas y biológicas, solubilidad, presencia en plantas. Características de las materias primas vegetales, su composición química, obtención, procesamiento primario, secado, almacenamiento y uso en medicina.
tutorial, añadido el 23/08/2013
Información general sobre el petróleo: propiedades físicas, composición elemental y química, producción y transporte. Aplicación e importancia económica del petróleo. Origen de los hidrocarburos del petróleo. Origen biogénico y abiogénico. Procesos básicos de formación de petróleo.
resumen, añadido el 25/02/2016
El concepto y características generales del oxígeno como elemento de la tabla periódica de elementos, sus propiedades físicas y químicas básicas, características de aplicación en diversos campos de la economía en la etapa actual. El concepto y posibles consecuencias de la hipoxia.
Conferencia No. 2.13.9.11. “Etapas de la formación de la teoría celular. La célula como unidad estructural de los seres vivos".
Etapas de desarrollo de la teoría celular:
1) 1665 - R. Hooke dio el nombre de la celda - "cellula"
2) 1839: Schleiden y Schwann propusieron una nueva jaula. teoría
Célula – unidad estructural de plantas y animales.
El proceso de formación de células determina su crecimiento y desarrollo.
1858 – Se añade Virchow a la jaula. teoría
"Cada célula de una célula"
3) jaula moderna. teoría
La célula es la unidad estructural y funcional básica de todos los seres vivos.
Las células de un organismo multicelular son similares en estructura, composición y manifestaciones importantes de la actividad vital.
Reproducción: división de la célula madre original.
Las células de un organismo multicelular, según sus funciones, forman tejidos → órganos → sistemas de órganos → organismo
Plano general de la estructura de una célula eucariota.
Tres componentes principales de una célula:
1)membrana citoplasmática (plasmalema)
Una bicapa lipídica y una capa de proteínas se asientan en la superficie de la capa lipídica o están sumergidas en ella.
Funciones:
Demarcación
Transporte
Protector
Receptor (señal)
2)citoplasma:
a) hialoplasma (una solución coloidal de proteínas, fosfolípidos y otras sustancias. Puede ser un gel o un sol)
Funciones del hialoplasma:
Transporte
Homeostático
Metabolismo
Creando condiciones óptimas para el funcionamiento de los orgánulos.
b) organelos – componentes permanentes del citoplasma que tienen una función específica. estructura y ejecución definición funciones.
Clasificación de orgánulos:
○ por localización:
Nuclear (nucleolos y cromosomas)
Citoplásmico (RE, ribosomas)
○ por estructura:
Membrana:
a) membrana única (lisosomas, RE, aparato de Golgi, vacuolas, peroxisomas, esferosomas)
b) doble membrana (plastidios, mitocondrias)
No membrana (ribosomas, microtúbulos, miofibrillas, microfilamentos)
○ a proposito:
General (se encuentra en todas las celdas)
Especial (se encuentra en ciertas células: plastidios, cilios, flagelos)
○ por tamaño:
Visible al microscopio óptico (ER, aparato de Golgi)
Invisibles bajo el microscopio óptico (ribosomas)
Inclusiones- componentes no permanentes de la célula que tienen un específico estructura y ejecución definición funciones.
3)centro
Membrana única.
EPS (retículo endoplásmico, retículo).
Un sistema de cavidades y túbulos interconectados conectados a la membrana nuclear externa.
Áspero (granulado). Hay ribosomas → síntesis de proteínas.
Liso (agranular). Síntesis de grasas y carbohidratos.
Funciones:
1) delimitando
2) transporte
3)eliminación de sustancias tóxicas de la célula.
4) síntesis de esteroides
Aparato de Golgi (complejo laminar).
Pilas de túbulos aplanados y cisternas, llamadas dictosomas.
dictosoma– una pila de 3 a 12 discos aplanados llamados cisternas (hasta 20 dictos)
Funciones:
1) concentración, liberación y compactación de secreción intercelular
2) acumulación de glicoproteínas y lipoproteínas
3) acumulación y eliminación de sustancias de la célula.
4) formación del surco de escisión durante la mitosis
5) formación de lisosomas primarios
Lizsoma.
Vesícula rodeada por una sola membrana y que contiene enzimas hidrolíticas.
Funciones:
1) digestión del material absorbido
2) destrucción de bacterias y virus
3) autólisis (destrucción de partes celulares y orgánulos muertos)
4) eliminación de células enteras y sustancia intercelular
Peroxisoma.
Vesículas rodeadas por una única membrana que contiene peroxidasa.
Funciones- oxidación de org. sustancias
Esferosoma.
Organelos ovalados rodeados por una sola membrana que contiene grasa.
Funciones– síntesis y acumulación de lípidos.
Vacuolas.
Cavidades en el citoplasma de las células limitadas por una sola membrana.
En plantas (savia celular - disolución de sustancias orgánicas e inorgánicas) y unicelulares. animales (digestivo, contráctil - osmorregulación y excreción)
Doble membrana.
Centro.
1)membrana (cariolema):
Dos membranas llenas de poros.
Entre las membranas hay un espacio perenuclear.
La membrana externa está conectada al RE.
Funciones - protección y transporte
2)poros nucleares
3)jugo nuclear:
segun fisico estado cercano al hialoplasma
Químicamente contiene más ácidos nucleicos.
4)nucléolos:
Componentes no membranarios del núcleo.
Puede haber uno o más
Formado en áreas específicas de los cromosomas (organizadores nucleolares)
Funciones:
síntesis de ARNr
síntesis de ARNt
formación de ribosomas
5)cromatina– Hebras de ADN + proteína.
6)cromosoma– cromatina altamente espiralizada, contiene genes
7)carioplasma viscoso
Ultraestructura de los cromosomas.
Cromosoma → 2 cromátidas (conectadas en la región del centrómero) → 2 hemicrómátidas → cromonema → microfibrillas (30-45% ADN + proteína)
Satélite- una región de un cromosoma separada por una constricción secundaria.
Telómero– región terminal del cromosoma
Tipos de cromosomas según la posición del centrómero:
1) brazo igual (metocéntrico)
2) hombros desiguales (submetacéntricos)
3) en forma de varilla (acrocéntrica)
karotipo– un conjunto de datos sobre el número, la forma y el tamaño de los cromosomas.
Idiograma– construcción gráfica de un cariotipo
Propiedades de los cromosomas:
1)constancia del número
En una especie, el número de cromosomas es siempre constante.
2)emparejamiento– en las células somáticas, cada cromosoma tiene su propio par (cromosomas homólogos)
3)individualidad– cada cromosoma tiene sus propias características (tamaño, forma...)
4)continuidad– cada cromosoma de un cromosoma
Funciones de los cromosomas:
1) almacenamiento de información hereditaria
2)transmisión de información hereditaria
3)implementación de información hereditaria
Mitocondrias.
1) consta de 2 membranas:
Externo (liso, por dentro tiene protuberancias - crestas)
Externo (áspero)
2) En el interior, el espacio se llena con una matriz en la que se encuentran:
ribosomas
Proteínas - enzimas
Funciones:
1)síntesis de ATP
2) síntesis de proteínas mitocondriales
3) síntesis de nucleones. ácidos
4) síntesis de carbohidratos y lípidos
5) formación de ribosomas mitocondriales
Plástidos.
1) orgánulos de doble membrana
2) dentro del estroma, en ct. tilacoides localizados → grana
3) en el estroma:
ribosomas
carbohidratos
Según el color se dividen en:
1) cloroplastos (verde, clorofila).
2) cromoplastos:
Amarillo (xantofila)
Rojo (licopectina)
Naranja (caroteno)
Coloración de frutos, hojas y raíces.
3) leucoplastos (incoloros, no contienen pigmentos). Stock de proteínas, grasas y carbohidratos.
Sin membrana.
ribosoma
1) consta de ARNr, proteínas y magnesio.
2) dos subunidades: grande y pequeña
Función - síntesis de proteínas
cromatina Se llama mezcla compleja de sustancias a partir de las cuales se construyen los cromosomas eucariotas. Los componentes principales de la cromatina son el ADN, las histonas y las proteínas no histonas, que forman estructuras altamente ordenadas en el espacio. La proporción de ADN y proteína en la cromatina es ~1:1, y la mayor parte de la proteína de la cromatina está representada por histonas. Las histonas forman una familia de proteínas centrales altamente conservadas que se dividen en cinco clases amplias llamadas H1, H2A, H2B, H3 y H4. El tamaño de las cadenas polipeptídicas de histonas se encuentra dentro de ~ 220 (H1) y 102 (H4) residuos de aminoácidos. La histona H1 está altamente enriquecida en residuos. lis, las histonas H2A y H2B se caracterizan por un contenido moderado de Lys, las cadenas polipeptídicas de las histonas H3 y H4 son ricas Arg. Dentro de cada clase de histonas (a excepción de H4), se distinguen varios subtipos de estas proteínas en función de las secuencias de aminoácidos. Esta multiplicidad es especialmente característica de las histonas H1 de mamíferos. En este caso, existen siete subtipos denominados H1.1–H1.5, H1 o y H1t.
Arroz. I.2. Representación esquemática del nivel de compactación de la cromatina en el dominio del bucle.
A– fijación del bucle cromómero en la matriz nuclear mediante secuencias y proteínas MAR/SAR; b– “rosetas” formadas a partir de un bucle cromómetro; V– condensación de bucles de roseta con la participación de nucleosomas y nucleómeros
Un resultado importante de la interacción del ADN con las proteínas de la cromatina es su compactación. La longitud total del ADN contenido en el núcleo de las células humanas se acerca a 1 m, mientras que el diámetro medio del núcleo es de 10 µm. La longitud de una molécula de ADN contenida en un cromosoma humano es en promedio de ~4 cm. Al mismo tiempo, la longitud de un cromosoma en metafase es de ~4 µm. En consecuencia, el ADN de los cromosomas humanos en metafase se compacta en longitud al menos 10 4 veces. El grado de compactación del ADN en los núcleos en interfase es mucho menor y desigual en los loci genéticos individuales. Desde el punto de vista funcional, existen eucromatina Y heterocromatina . La eucromatina se caracteriza por una menor compactación del ADN en comparación con la heterocromatina, y en ella se localizan principalmente genes expresados activamente. Actualmente existe la creencia generalizada de que la heterocromatina es genéticamente inerte. Dado que sus verdaderas funciones no pueden considerarse establecidas hoy en día, este punto de vista puede cambiar a medida que se acumula el conocimiento sobre la heterocromatina. En él ya se encuentran genes expresados activamente.
La heterocromatización de determinadas regiones cromosómicas suele ir acompañada de la supresión de la transcripción de genes presentes en ellas. En el proceso de heterocromatización pueden participar secciones extendidas de cromosomas e incluso cromosomas completos. Por consiguiente, se cree que la regulación de la transcripción de genes eucariotas se produce principalmente en dos niveles. En el primero de ellos, la compactación o descompactación del ADN en la cromatina puede conducir a una inactivación o activación a largo plazo de secciones extendidas de cromosomas o incluso de cromosomas completos durante la ontogénesis del organismo. En el segundo nivel se logra una regulación más fina de la transcripción de las regiones cromosómicas activadas con la participación de proteínas no histonas, incluidos numerosos factores de transcripción.
Organización estructural de la cromatina y los cromosomas de eucariotas. La cuestión de la organización estructural de la cromatina en los núcleos en interfase está actualmente lejos de resolverse. Esto se debe, en primer lugar, a la complejidad y dinamismo de su estructura, que cambia fácilmente incluso con influencias exógenas menores. La mayor parte del conocimiento sobre la estructura de la cromatina se ha obtenido in vitro a partir de preparaciones de cromatina fragmentada, cuya estructura es significativamente diferente de la de los núcleos nativos. De acuerdo con el punto de vista común, existen tres niveles de organización estructural de la cromatina en eucariotas: 1 ) fibrilla de nucleosoma ; 2) solenoide , onucleómero ; 3) estructura de dominio de bucle , incluidocromeros .
Fibrillas de nucleosoma. En determinadas condiciones (con baja fuerza iónica y en presencia de iones metálicos divalentes), es posible observar estructuras regulares en la cromatina aislada en forma de fibrillas extendidas con un diámetro de 10 nm, formadas por nucleosomas. Estas estructuras fibrilares, en las que los nucleosomas están dispuestos como cuentas en un hilo, se consideran el nivel más bajo de empaquetamiento del ADN eucariótico en la cromatina. Los nucleosomas que forman las fibrillas están ubicados más o menos uniformemente a lo largo de la molécula de ADN a una distancia de 10 a 20 nm entre sí. Los nucleosomas contienen cuatro pares de moléculas de histonas: H2a, H2b, H3 y H4, así como una molécula de histona H1. Los datos sobre la estructura de los nucleosomas se obtienen principalmente mediante tres métodos: análisis de difracción de rayos X de baja y alta resolución de cristales de nucleosomas, enlaces cruzados intermoleculares entre proteínas y ADN y escisión del ADN dentro de los nucleosomas mediante nucleasas o radicales hidroxilo. Basándose en estos datos, A. Klug construyó un modelo de nucleosoma, según el cual el ADN (146 pb) en forma de B(una hélice derecha con un paso de 10 pb) se enrolla alrededor de un octámero de histonas, en cuya parte central se encuentran las histonas H3 y H4, y en la periferia, H2a y H2b. El diámetro de dicho disco de nucleosoma es de 11 nm y su espesor es de 5,5 nm. La estructura que consta de un octámero de histonas y ADN enrollado a su alrededor se llama nucleosomal kó partículas de foso. A ó Las partículas del foso están separadas entre sí por segmentos. ADN enlazador. La longitud total del segmento de ADN incluido en el nucleosoma animal es de 200 (15) pb.
Las cadenas polipeptídicas de histonas contienen varios tipos de dominios estructurales. El dominio globular central y las regiones N y C terminales flexibles y sobresalientes enriquecidas en aminoácidos básicos se denominan espalda(brazo). Dominios C-terminales de cadenas polipeptídicas implicadas en las interacciones histona-histona dentro del ó Las partículas ry tienen predominantemente la forma de una hélice con una sección espiral central alargada, a lo largo de la cual se coloca una espiral más corta a ambos lados. Todos los sitios conocidos de modificaciones postraduccionales reversibles de las histonas que ocurren a lo largo del ciclo celular o durante la diferenciación celular se localizan en los dominios básicos flexibles de sus cadenas polipeptídicas (Tabla I.2). Además, los brazos N-terminales de las histonas H3 y H4 son las regiones más conservadas de las moléculas y las histonas en general son una de las proteínas más conservadas evolutivamente. Utilizando estudios genéticos de la levadura S. cerevisiae Se descubrió que pequeñas deleciones y mutaciones puntuales en las partes N-terminales de los genes de histonas van acompañadas de cambios profundos y diversos en el fenotipo de las células de levadura. Esto indica la extrema importancia de la integridad de las moléculas de histonas para garantizar el correcto funcionamiento de los genes eucariotas.
En solución, las histonas H3 y H4 pueden existir en forma de tetrámeros estables (H3) 2 (H4) 2, y las histonas H2A y H2B, en forma de dímeros estables. Un aumento gradual de la fuerza iónica en soluciones que contienen cromatina nativa conduce a la liberación primero de dímeros H2A/H2B y luego de tetrámeros H3/H4.
Recientemente se llevó a cabo un mayor refinamiento de la estructura fina de los nucleosomas en cristales en el trabajo de K. Lueger et al. (1997) utilizando análisis de difracción de rayos X de alta resolución. Se encontró que la superficie convexa de cada heterodímero de histona en el octámero está rodeada por segmentos de ADN de 27 a 28 pb de largo, ubicados en un ángulo de 140 ° entre sí, que están separados por regiones enlazadoras de 4 pb de largo.
De acuerdo con datos modernos, la estructura espacial del ADN como parte de ó Las partículas rovy son algo diferentes de la forma B: la doble hélice del ADN está retorcida entre 0,25 y 0,35 pb/vuelta de la doble hélice, lo que conduce a la formación de un paso de hélice igual a 10,2 pb/vuelta (en B - formas en solución – 10,5 pb/vuelta). Estabilidad del complejo de histonas en la composición de ó La formación de una partícula está determinada por la interacción de sus partes globulares, por lo que la eliminación de los brazos flexibles en condiciones de proteólisis suave no va acompañada de la destrucción del complejo. Los brazos N-terminales de las histonas aparentemente aseguran su interacción con regiones específicas del ADN. Por lo tanto, los dominios N-terminales de la histona H3 contactan regiones del ADN en la entrada del ó primera partícula y sale de ella, mientras que el dominio correspondiente de la histona H4 se une a la parte interna del ADN del nucleosoma.
Los estudios de estructura de nucleosomas de alta resolución mencionados anteriormente muestran que la parte central del segmento de ADN de 121 pb. dentro del nucleosoma forma contactos adicionales con la histona H3. En este caso, las partes N-terminales de las cadenas polipeptídicas de las histonas H3 y H2B pasan a través de los canales formados por los surcos menores de las superenrollamientos de ADN adyacentes del nucleosoma, y la parte N-terminal de la histona H2A entra en contacto con el surco menor de la parte exterior de la superenrollamiento del ADN. En conjunto, los datos de alta resolución muestran que el ADN dentro de las partículas centrales de los nucleosomas se dobla alrededor de los octámeros de histonas de manera desigual. La curvatura se altera en los sitios donde el ADN interactúa con la superficie de las histonas, y dichas rupturas son más notorias a distancias de 10 a 15 y 40 pb. desde el centro de la superenrollamiento del ADN.
cromatina Es una mezcla compleja de sustancias a partir de las cuales se construyen los cromosomas eucariotas. Los componentes principales de la cromatina son el ADN y las proteínas cromosómicas, que incluyen histonas y proteínas no histonas que forman estructuras altamente ordenadas en el espacio. La proporción de ADN y proteína en la cromatina es ~1:1, y la mayor parte de la proteína de la cromatina está representada por histonas. El término "X" fue introducido por W. Flemming en 1880 para describir estructuras intranucleares teñidas con tintes especiales.
cromatina- el componente principal del núcleo celular; es bastante fácil de obtener a partir de núcleos en interfase aislados y de cromosomas mitóticos aislados. Para ello, aprovechan su capacidad para pasar a estado disuelto durante la extracción con soluciones acuosas de baja fuerza iónica o simplemente agua desionizada.
Las fracciones de cromatina obtenidas de diferentes objetos tienen un conjunto de componentes bastante uniforme. Se encontró que la composición química total de la cromatina de los núcleos en interfase difiere poco de la cromatina de los cromosomas mitóticos. Los componentes principales de la cromatina son el ADN y las proteínas, la mayor parte de las cuales son histonas y proteínas no histonas.
Diapositiva 3. Hay dos tipos de cromatina: heterocromatina y eucromatina. El primero corresponde a regiones cromosómicas condensadas durante la interfase y está funcionalmente inactivo. Esta cromatina se tiñe bien y es la que se puede observar en una muestra histológica. La heterocromatina se divide en estructural (son secciones de cromosomas que se condensan constantemente) y facultativa (puede descondensarse y convertirse en eucromatina). La eucromatina corresponde a regiones cromosómicas que se descondensan durante la interfase. Esto es cromatina funcional y funcional. No tiñe y no es visible en la muestra histológica. Durante la mitosis, toda la eucromatina se condensa y se incorpora a los cromosomas.
En promedio, alrededor del 40% de la cromatina es ADN y alrededor del 60% son proteínas, entre las cuales las histonas nucleares específicas representan del 40 al 80% de todas las proteínas que componen la cromatina aislada. Además, las fracciones de cromatina incluyen componentes de membrana, ARN, carbohidratos, lípidos y glicoproteínas. La cuestión de en qué medida estos componentes menores están incluidos en la estructura de la cromatina aún no se ha resuelto. Por tanto, el ARN puede ser ARN transcrito que aún no ha perdido su conexión con el molde de ADN. Otros componentes menores pueden referirse a sustancias de fragmentos coprecipitados de la membrana nuclear.
Las PROTEÍNAS son una clase de polímeros biológicos presentes en todo organismo vivo. Con la participación de proteínas se producen los principales procesos que aseguran las funciones vitales del organismo: respiración, digestión, contracción muscular, transmisión de impulsos nerviosos.
Las proteínas son polímeros y los aminoácidos son sus unidades monoméricas.
Aminoácidos - se trata de compuestos orgánicos que contienen en su composición (de acuerdo con el nombre) un grupo amino NH2 y un grupo ácido orgánico, es decir carboxilo, grupo COOH.
Una molécula de proteína se forma como resultado de la conexión secuencial de aminoácidos, mientras que el grupo carboxilo de un ácido interactúa con el grupo amino de una molécula vecina, como resultado de lo cual se forma un enlace peptídico - CO-NH- y la liberación de una molécula de agua. Diapositiva 9
Las moléculas de proteínas contienen de 50 a 1500 residuos de aminoácidos. La individualidad de una proteína está determinada por el conjunto de aminoácidos que forman la cadena polimérica y, no menos importante, por el orden de su alternancia a lo largo de la cadena. Por ejemplo, la molécula de insulina consta de 51 residuos de aminoácidos.
Composición química de las histonas. Características de las propiedades físicas e interacción con el ADN.
Histonas- proteínas relativamente pequeñas con una proporción muy grande de aminoácidos cargados positivamente (lisina y arginina); La carga positiva ayuda a que las histonas se unan firmemente al ADN (que tiene una carga muy negativa) independientemente de su secuencia de nucleótidos. El complejo de ambas clases de proteínas con el ADN nuclear de las células eucariotas se llama cromatina. Las histonas son una característica única de los eucariotas y están presentes en enormes cantidades por célula (alrededor de 60 millones de moléculas de cada tipo por célula). Los tipos de histonas se dividen en dos grupos principales: histonas nucleosomales e histonas H1, formando una familia de proteínas centrales altamente conservadas que consta de cinco grandes clases: H1 y H2A, H2B, H3 y H4. La histona H1 es más grande (alrededor de 220 aminoácidos) y ha demostrado estar menos conservada durante la evolución. El tamaño de las cadenas polipeptídicas de histonas varía de 220 (H1) a 102 (H4) residuos de aminoácidos. La histona H1 está altamente enriquecida en residuos de Lys, las histonas H2A y H2B se caracterizan por un contenido moderado de Lys y las cadenas polipeptídicas de las histonas H3 y H4 son ricas en Arg. Dentro de cada clase de histonas (a excepción de H4), se distinguen varios subtipos de estas proteínas en función de las secuencias de aminoácidos. Esta multiplicidad es especialmente característica de las histonas H1 de mamíferos. En este caso existen siete subtipos denominados H1.1-H1.5, H1o y H1t. Las histonas H3 y H4 pertenecen a las proteínas más conservadas. Esta conservación evolutiva sugiere que casi todos sus aminoácidos son importantes para la función de estas histonas. La parte N-terminal de estas histonas puede modificarse reversiblemente en la célula debido a la acetilación de residuos de lisina individuales, lo que elimina la carga positiva de las lisinas.
La región central de la cola de histonas.
Cuentas en la cuerda A
Rango de interacción corto
Histonas enlazadoras
fibra de 30 nanómetros
Fibra de cromomonema
Interacciones de fibra de largo alcance
histona de cromatina nucleosoma
El papel de las histonas en el plegamiento del ADN es importante por las siguientes razones:
- 1) Si los cromosomas estuvieran formados únicamente por ADN estirado, es difícil imaginar cómo podrían replicarse y separarse en células hijas sin enredarse o romperse.
- 2) En estado extendido, la doble hélice del ADN de cada cromosoma humano cruzaría el núcleo celular miles de veces; Así, las histonas empaquetan una molécula de ADN muy larga de manera ordenada en un núcleo de varios micrómetros de diámetro;
- 3) No todo el ADN está plegado de la misma manera, y la forma en que una región del genoma está empaquetada en cromatina probablemente afecta la actividad de los genes contenidos en esa región.
En la cromatina, el ADN se extiende como una doble hebra continua de un nucleosoma al siguiente. Cada nucleosoma está separado del siguiente por una sección de ADN conector, cuyo tamaño varía de 0 a 80 pares de nucleótidos. En promedio, los nucleosomas repetidos tienen una separación de nucleótidos de aproximadamente 200 pares de nucleótidos. En las micrografías electrónicas, esta alternancia del octámero de histona con ADN enrollado y ADN conector le da a la cromatina una apariencia de “cuentas en una cuerda” (después de tratamientos que despliegan un empaquetamiento de orden superior).
Metilación Como modificación covalente de las histonas, es más compleja que cualquier otra, ya que puede ocurrir tanto en lisinas como en argininas. Además, a diferencia de cualquier otra modificación en el grupo 1, los efectos de la metilación pueden ser positivos o negativos en la expresión transcripcional dependiendo de la posición del residuo en la histona (Tabla 10.1). Otro nivel de complejidad surge del hecho de que puede haber múltiples estados de metilación en cada residuo. Las lisinas pueden estar mono-(me1), di-(me2) o tri-(me3) metiladas, mientras que las argininas pueden estar mono-(me1) o di-(me2) metiladas.
Fosforilación es el PTM más conocido, ya que se sabe desde hace mucho tiempo que las quinasas regulan la transmisión de señales desde la superficie celular a través del citoplasma hasta el núcleo, lo que provoca cambios en la expresión genética. Las histonas estuvieron entre las primeras proteínas que se descubrió que estaban fosforiladas. En 1991, se descubrió que cuando se estimulaba la proliferación de las células, se inducían los llamados genes "inmediatos-tempranos", que se volvían transcripcionalmente activos y funcionaban para estimular el ciclo celular. Este aumento de la expresión genética se correlaciona con la fosforilación de la histona H3 (Mahadevan et al., 1991). Se ha demostrado que el residuo de serina 10 de la histona H3 (H3S10) es un sitio de fosforilación importante para la transcripción de levadura a humanos y parece ser particularmente importante en Drosophila (Nowak y Corces, 2004).
Ubiquitinación el proceso de unir una “cadena” de moléculas de ubiquitina a una proteína (ver Ubiquitina). En U., el extremo C de la ubiquitina se une a los residuos de lisina laterales en el sustrato. La cadena de poliubiquitina se une en un momento estrictamente definido y es una señal que indica que la proteína está sujeta a degradación.
La acetilación de histonas juega un papel importante en la modulación de la estructura de la cromatina tras la activación transcripcional, aumentando la accesibilidad de la cromatina a la maquinaria de transcripción. Se cree que las histonas acetiladas están menos unidas al ADN y, por lo tanto, a la máquina de transcripción le resulta más fácil superar la resistencia del empaquetado de la cromatina. En particular, la acetilación puede facilitar el acceso y la unión de factores de transcripción a sus elementos de reconocimiento en el ADN. Ya se han identificado las enzimas que llevan a cabo el proceso de acetilación y desacetilación de histonas, y probablemente pronto aprenderemos más sobre cómo se relaciona esto con la activación de la transcripción.
Se sabe que las histonas acetiladas son un signo de cromatina transcripcionalmente activa.
Las histonas son las proteínas más estudiadas bioquímicamente.
Organización de nucleosomas
El nucleosoma es la unidad elemental de empaquetamiento de la cromatina. Consiste en una doble hélice de ADN envuelta alrededor de un complejo específico de ocho histonas nucleosomales (octámero de histonas). El nucleosoma es una partícula en forma de disco con un diámetro de aproximadamente 11 nm, que contiene dos copias de cada una de las histonas nucleosomales (H2A, H2B, H3, H4). El octámero de histona forma un núcleo proteico alrededor del cual se envuelve dos veces el ADN bicatenario (146 pares de bases de ADN por octámero de histona).
Los nucleosomas que forman las fibrillas están ubicados más o menos uniformemente a lo largo de la molécula de ADN a una distancia de 10 a 20 nm entre sí.
Los datos sobre la estructura de los nucleosomas se obtuvieron mediante análisis de difracción de rayos X de baja y alta resolución de cristales de nucleosomas, entrecruzamientos intermoleculares de proteína y ADN y escisión del ADN dentro de los nucleosomas utilizando nucleasas o radicales hidroxilo. A. Klug construyó un modelo de nucleosoma, según el cual el ADN (146 pb) en forma B (una hélice derecha con un paso de 10 pb) está enrollado alrededor de un octámero de histonas, en cuya parte central se encuentran histonas. Se encuentran H3 y H4, y en la periferia, H2a y H2b. El diámetro de dicho disco de nucleosoma es de 11 nm y su espesor es de 5,5 nm. La estructura, que consta de un octámero de histonas y ADN enrollado a su alrededor, se denomina partícula central nucleosomal. Las partículas centrales están separadas entre sí por segmentos de ADN conector. La longitud total del segmento de ADN incluido en el nucleosoma animal es de 200 (+/-15) pb.
Las cadenas polipeptídicas de histonas contienen varios tipos de dominios estructurales. El dominio globular central y las regiones N y C terminales flexibles y sobresalientes enriquecidas en aminoácidos básicos se denominan brazos. Los dominios C-terminales de las cadenas polipeptídicas involucradas en las interacciones histona-histona dentro de la partícula central tienen predominantemente la forma de una hélice alfa con una región helicoidal central extendida, a lo largo de la cual se coloca una hélice más corta en ambos lados. Todos los sitios conocidos de modificaciones postraduccionales reversibles de las histonas que ocurren a lo largo del ciclo celular o durante la diferenciación celular se localizan en los dominios básicos flexibles de sus cadenas polipeptídicas (Tabla I.2). Además, los brazos N-terminales de las histonas H3 y H4 son las regiones más conservadas de las moléculas y las histonas en general son una de las proteínas más conservadas evolutivamente. Los estudios genéticos de la levadura S. cerevisiae han demostrado que pequeñas deleciones y mutaciones puntuales en las porciones N-terminales de los genes de histonas van acompañadas de cambios profundos y diversos en el fenotipo de las células de levadura, lo que indica la importancia de la integridad de las moléculas de histonas para garantizar el correcto funcionamiento de los genes eucariotas. En solución, las histonas H3 y H4 pueden existir en forma de tetrámeros estables (H3) 2 (H4) 2, y las histonas H2A y H2B, en forma de dímeros estables. Un aumento gradual de la fuerza iónica en soluciones que contienen cromatina nativa conduce a la liberación primero de dímeros H2A/H2B y luego de tetrámeros H3/H4.
La fina estructura de los nucleosomas en cristales quedó aclarada en el trabajo de K. Lueger et al. (1997) utilizando análisis de difracción de rayos X de alta resolución. Se ha establecido que la superficie convexa de cada heterodímero de histona en el octámero está envuelta por segmentos de ADN de 27-28 pb de largo, ubicados entre sí en un ángulo de 140 grados, que están separados por regiones enlazadoras de 4 pb de largo.
Niveles de compactación del ADN: nucleosomas, fibrillas, bucles, cromosoma mitótico.
El primer nivel de compactación del ADN es nucleosomal. Si la cromatina se expone a nucleasas, ella y el ADN se descomponen en estructuras que se repiten regularmente. Después del tratamiento con nucleasa, se aísla de la cromatina mediante centrifugación una fracción de partículas con una velocidad de sedimentación de 11S. Las partículas 11S contienen alrededor de 200 pares de bases de ADN y ocho histonas. Una partícula de nucleoproteína tan compleja se llama nucleosoma. En él, las histonas forman un núcleo proteico, en cuya superficie se encuentra el ADN. El ADN forma una sección que no está conectada a las proteínas centrales: un conector que, al conectar dos nucleosomas vecinos, pasa al ADN del siguiente nucleosoma. Forman “cuentas”, formaciones globulares de unos 10 nm, asentadas una tras otra sobre moléculas de ADN alargadas. El segundo nivel de compactación es la fibrilla de 30 nm. El primer nivel, nucleosomal, de compactación de la cromatina desempeña un papel regulador y estructural, asegurando una densidad de empaquetamiento del ADN entre 6 y 7 veces. En los cromosomas mitóticos y en los núcleos en interfase, se detectan fibrillas de cromatina con un diámetro de 25 a 30 nm. Se distingue un tipo solenoide de empaquetamiento de nucleosomas: un hilo de nucleosomas densamente empaquetados con un diámetro de 10 nm forma vueltas con un paso helicoidal de aproximadamente 10 nm. Hay de 6 a 7 nucleosomas por vuelta de dicha superhélice. Como resultado de dicho empaquetamiento, aparece una fibrilla en forma de espiral con una cavidad central. La cromatina en los núcleos tiene fibrillas de 25 nm, que consisten en glóbulos cercanos del mismo tamaño: nucleómeros. Estos nucleómeros se denominan superperlas (“superperlas”). La fibrilla principal de cromatina con un diámetro de 25 nm es una alternancia lineal de nucleómeros a lo largo de una molécula de ADN compactada. Como parte del nucleómero, se forman dos vueltas de la fibrilla nucleosomal, con 4 nucleosomas en cada una. El nivel nucleomérico de empaquetamiento de cromatina asegura una compactación del ADN 40 veces mayor. Los niveles nuclesomales y nucleoméricos (superbid) de compactación del ADN de la cromatina son llevados a cabo por proteínas histonas. Dominios de bucle del ADN-tercer nivel Organización estructural de la cromatina. En niveles más altos de organización de la cromatina, proteínas específicas se unen a secciones específicas de ADN, lo que forma grandes bucles o dominios en los sitios de unión. En algunos lugares hay grupos de cromatina condensada, formaciones en forma de rosetas que constan de muchos bucles de fibrillas de 30 nm que se conectan en un centro denso. El tamaño medio de las rosetas alcanza los 100-150 nm. Rosetas de fibrillas de cromatina - Cromómeros. Cada cromómero consta de varios bucles que contienen nucleosomas y que están conectados en un solo centro. Los cromómeros están conectados entre sí por secciones de cromatina nucleosomal. Esta estructura de cromatina en dominio de bucle asegura la compactación estructural de la cromatina y organiza las unidades funcionales de los cromosomas: replicones y genes transcritos.
Utilizando el método de dispersión de neutrones, fue posible determinar la forma y las dimensiones exactas de los nucleosomas; en una aproximación aproximada, es un cilindro plano o arandela con un diámetro de 11 nm y una altura de 6 nm. Ubicadas sobre un sustrato para microscopía electrónica, forman “perlas”, formaciones globulares de aproximadamente 10 nm, en fila india, asentadas en tándem sobre moléculas de ADN alargadas. De hecho, sólo las regiones enlazadoras están alargadas; las tres cuartas partes restantes de la longitud del ADN están dispuestas en forma de hélice a lo largo de la periferia del octámero de histonas. Se cree que el octámero de histona tiene forma de pelota de rugby y consta de un tetrámero (H3·H4)2 y dos dímeros H2A·H2B independientes. En la Fig. La Figura 60 muestra un diagrama de la ubicación de las histonas en la parte central del nucleosoma.
Composición de centrómeros y telómeros.
Hoy en día casi todo el mundo sabe qué son los cromosomas. Estos orgánulos nucleares, en los que se localizan todos los genes, constituyen el cariotipo de una especie determinada. Bajo un microscopio, los cromosomas parecen estructuras uniformes, alargadas y oscuras en forma de varilla, y es poco probable que la imagen que ves parezca intrigante. Además, las preparaciones de los cromosomas de un gran número de seres vivos que viven en la Tierra sólo se diferencian en el número de estos bastones y en las modificaciones de su forma. Sin embargo, hay dos propiedades que son comunes a los cromosomas de todas las especies.
Generalmente se describen cinco etapas de la división celular (mitosis). Para simplificar, nos centraremos en tres etapas principales del comportamiento de los cromosomas de una célula en división. En la primera etapa, se produce una compresión lineal gradual y un engrosamiento de los cromosomas, luego se forma un huso de división celular que consta de microtúbulos. En el segundo, los cromosomas se mueven gradualmente hacia el centro del núcleo y se alinean a lo largo del ecuador, probablemente para facilitar la unión de los microtúbulos a los centrómeros. En este caso, la membrana nuclear desaparece. En la última etapa, las mitades de los cromosomas, las cromátidas, se separan. Parece que los microtúbulos unidos a los centrómeros, como un remolcador, empujan las cromátidas hacia los polos de la célula. Desde el momento de la divergencia, las cromátidas hermanas anteriores se denominan cromosomas hijos. Llegan a los polos del huso y se juntan en un patrón paralelo. Se forma la envoltura nuclear.
Un modelo que explica la evolución de los centrómeros.
Arriba- los centrómeros (óvalos grises) contienen un conjunto especializado de proteínas (cinetocoros), incluidas las histonas CENH3 (H) y CENP-C (C), que a su vez interactúan con los microtúbulos del huso (líneas rojas). En diferentes taxones, una de estas proteínas evoluciona de forma adaptativa y en concierto con la divergencia de la estructura primaria del ADN de los centrómeros.
En el fondo- Los cambios en la estructura primaria u organización del ADN centromérico (óvalo gris oscuro) pueden crear centrómeros más fuertes, lo que resulta en más microtúbulos adheridos.
Telómeros
El término "telómero" fue propuesto por G. Möller en 1932. En su opinión, esto significaba no sólo el final físico del cromosoma, sino también la presencia de un “gen terminal con la función especial de sellar el cromosoma”, lo que lo hacía inaccesible a influencias dañinas (reordenamientos cromosómicos, deleciones, acción de nucleasas, etc.). En estudios posteriores no se confirmó la presencia del gen terminal, pero se determinó con precisión la función del telómero.
Posteriormente se descubrió otra función. Dado que el mecanismo de replicación normal no funciona en los extremos de los cromosomas, la célula tiene otra vía que mantiene tamaños estables de los cromosomas durante la división celular. Esta función la desempeña una enzima especial, la telomerasa, que actúa como otra enzima, la transcriptasa inversa: utiliza una plantilla de ARN monocatenario para sintetizar la segunda hebra y reparar los extremos de los cromosomas. Por tanto, los telómeros de todos los organismos realizan dos tareas importantes: protegen los extremos de los cromosomas y mantienen su longitud e integridad.
Se ha propuesto un modelo de un complejo proteico de seis proteínas específicas de los telómeros que se forma en los telómeros de los cromosomas humanos. El ADN forma un bucle en T y el saliente monocatenario se inserta en la región del ADN bicatenario ubicada distalmente (Fig. 6). El complejo proteico permite a las células distinguir los telómeros de los puntos de ruptura de los cromosomas (ADN). No todas las proteínas de los telómeros forman parte de un complejo que abunda en los telómeros pero que está ausente en otras regiones de los cromosomas. Las propiedades protectoras del complejo se derivan de su capacidad para influir en la estructura del ADN telomérico al menos de tres maneras: determinando la estructura de la punta del telómero; participar en la formación de un bucle en T; Controlar la síntesis de ADN telomérico por la telomerasa. También se han encontrado complejos relacionados en los telómeros de algunas otras especies eucariotas.
Arriba -telómero en el momento de la replicación del cromosoma, cuando su extremo es accesible al complejo de telomerasa, que lleva a cabo la replicación (duplicación de la cadena de ADN en la punta del cromosoma). Después de la replicación, el ADN telomérico (líneas negras) junto con las proteínas ubicadas en él (que se muestran como óvalos multicolores) forman un bucle en T ( parte inferior de la imagen).
Tiempo de compactación del ADN en el ciclo celular y principales factores que estimulan los procesos.
Recordemos la estructura de los cromosomas (del curso de biología): generalmente se muestran como un par de letras X, donde cada cromosoma es un par y cada uno tiene dos partes idénticas: las cromátidas izquierda y derecha. Este conjunto de cromosomas es típico de una célula que ya ha comenzado su división, es decir. Células en las que ha tenido lugar el proceso de duplicación del ADN. La duplicación de la cantidad de ADN se denomina período sintético o período S del ciclo celular. Dicen que la cantidad de cromosomas en una célula sigue siendo la misma (2n) y la cantidad de cromátidas en cada cromosoma se duplica (4c - 4 cromátidas por par de cromosomas) - 2n4c. Durante la división, una cromátida de cada cromosoma ingresará a las células hijas y las células recibirán el conjunto diploide completo de 2n2c.
El estado de la célula (más precisamente, su núcleo) entre dos divisiones se llama interfase. Hay tres partes en la interfase: períodos presintético, sintético y postsintético.
Por lo tanto, todo el ciclo celular consta de 4 períodos de tiempo: mitosis propiamente dicha (M), períodos de interfase presintético (G1), sintético (S) y postsintético (G2) (Fig. 19). La letra G - del inglés Gap - intervalo, intervalo. En el período G1, que ocurre inmediatamente después de la división, las células tienen un contenido de ADN diploide por núcleo (2c). Durante el período G1, el crecimiento celular comienza principalmente debido a la acumulación de proteínas celulares, lo que viene determinado por un aumento en la cantidad de ARN por célula. Durante este período, la célula comienza a prepararse para la síntesis de ADN (período S).
Se encontró que la supresión de la síntesis de proteínas o ARNm en el período G1 previene el inicio del período S, ya que durante el período G1 se interrumpe la síntesis de enzimas necesarias para la formación de precursores de ADN (por ejemplo, nucleótidos fosfocinasas), ARN y metabolismo de proteínas. se producen enzimas. Esto coincide con un aumento en la síntesis de ARN y proteínas. Al mismo tiempo, aumenta drásticamente la actividad de las enzimas implicadas en el metabolismo energético.
En el siguiente período S, la cantidad de ADN por núcleo se duplica y, en consecuencia, se duplica el número de cromosomas. En diferentes células del período S se pueden encontrar diferentes cantidades de ADN, de 2c a 4c. Esto se debe a que se estudian células en diferentes etapas de la síntesis de ADN (las que acaban de iniciar la síntesis y las que ya la han completado). El período S es un período clave en el ciclo celular. Sin síntesis de ADN, no se conoce ni un solo caso de células que entren en división mitótica.
La fase postsintética (G2) también se llama premitótica. El último término enfatiza su gran importancia para pasar a la siguiente etapa: la etapa de división mitótica. En esta fase se produce la síntesis del ARNm necesario para el paso de la mitosis. Un poco antes se sintetiza el ARNr de los ribosomas, que determina la división celular. Entre las proteínas sintetizadas en este momento, las tubulinas, las proteínas de los microtúbulos del huso mitótico, ocupan un lugar especial.
Al final del período G2 o en la mitosis, a medida que los cromosomas mitóticos se condensan, la síntesis de ARN cae bruscamente y se detiene por completo durante la mitosis. La síntesis de proteínas durante la mitosis disminuye al 25% del nivel inicial y luego en períodos posteriores alcanza su máximo en el período G2, repitiendo generalmente la naturaleza de la síntesis de ARN.
En los tejidos en crecimiento de plantas y animales siempre hay células que están, por así decirlo, fuera del ciclo. Estas células suelen denominarse células del período G0. Son estas células las llamadas células en reposo, células que han dejado de reproducirse temporal o permanentemente. En algunos tejidos, estas células pueden permanecer durante mucho tiempo sin cambiar particularmente sus propiedades morfológicas: conservan, en principio, la capacidad de dividirse y convertirse en células madre cambiales (por ejemplo, en el tejido hematopoyético). Más a menudo, la pérdida (aunque sea temporal) de la capacidad de dividir va acompañada de la aparición de la capacidad de especializarse y diferenciarse. Estas células en diferenciación salen del ciclo, pero en condiciones especiales pueden volver a entrar en él. Por ejemplo, la mayoría de las células del hígado se encuentran en el período G0; no participan en la síntesis de ADN y no se dividen. Sin embargo, cuando se extrae parte del hígado de los animales de experimentación, muchas células comienzan a prepararse para la mitosis (período G1), proceden a la síntesis de ADN y pueden dividirse mitóticamente. En otros casos, por ejemplo, en la epidermis de la piel, tras abandonar el ciclo de reproducción y diferenciación, las células funcionan durante algún tiempo y luego mueren (células queratinizadas del epitelio tegumentario).
