TEMA 7. LA CÉLULA. EL NÚCLEO.

Transcripción

1 TEMA 7. LA CÉLULA. EL NÚCLEO. 1. Concepto de célula 1.1. Historia del estudio de las células Teoría celular 2. Origen y evolución celular 2.1. El origen de la vida 2.2. La evolución de la vida 2.3. La teoría endosimbiótica 3. Tipos de organización celular 4. Forma y tamaño de las células. forma. tamaño. 5. El núcleo celular. 6. Núcleo interfásico. a. La forma b. Número. c. El tamaño d. Posición Estructura del núcleo interfásico. a. Envoltura nuclear. b. Nucleoplasma c. Nucléolo. d. Cromatina. Heterocromatina Eucromatina 6.3. Funciones del núcleo interfásico. 7. Núcleo en división cromosomas. a. Número de cromosomas (haploide y diploide). b. Cariotipo. b.1. Cariotipo humano b.2. Alteraciones del cariotipo o anormalidades cromosómicas. 1

2 1. CONCEPTO DE CÉLULA 1.1. HISTORIA DEL ESTUDIO DE LAS CÉLULAS. El holandés A. Van Leeuwenhoek (1674) construye el primer microscopio. Observa espermatozoides, protozoos y bacterias. El microscopista inglés R. Hooke (1665) describe la estructura de una laminilla de corcho vista al microscopio, señala que está formada por celdas e introduce así el término célula. Dutrochet (1824) llega a la conclusión de que todos los seres, animales y vegetales están compuestos de unidades pequeñas, células. En 1831 el botánico escocés R. Brown demostró la existencia de un corpúsculo en el interior de las células vegetales, al que denominó núcleo. En 1839 el checo Purkinje introdujo el término protoplasma, para definir el contenido vivo de las células En el mismo año, los alemanes Schleiden y Schwann formularon la teoría celular y llegan a la conclusión de que la célula es una unidad estructural y funcional de todos los seres vivos. Sin embargo mantenían ideas equivocadas sobre el origen de las células. En 1858, R. Virchow completó la teoría celular con sus estudios sobre el origen de las células, problema que queda zanjado con la frase: toda célula procede de otra célula TEORÍA CELULAR Con las aportaciones de todos los científicos desde el siglo XVII y con los postulados de Schleiden y Schwann en el siglo XIX se desarrolló la llamada teoría celular 1. La célula es la unidad morfológica de los seres vivos. 2. La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos. Con la aportación de Virchow quedó expreso el tercer principio de la teoría celular: 3. Las células sólo pueden existir a partir de células preexistentes. Y con las aportaciones de numerosos científicos del campo de la investigación genética (Sutton y Boveri) se fijó el llamado cuarto postulado: 4. La célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos. En resumen, la teoría celular enuncia que: Toda célula procede de otra célula. La célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos. 2

3 2. ORIGEN Y EVOLUCIÓN CELULAR 2.1. EL ORIGEN DE LA VIDA Según los cálculos más modernos, la Tierra se formó hace unos millones de años y mil millones de años después aparecería la vida. La explicación de cómo apareció es especulativa, ya que las condiciones reinantes en aquella primitiva atmósfera no son exactamente reproducibles en un laboratorio. De todas formas, se han diseñado experimentos que pueden ayudar a explicar los distintos pasos ocurridos hasta que surgió la vida. En 1922, el bioquímico A. Oparin formuló su hipótesis sobre los procesos de evolución química que debieron producirse durante el origen de la vida. Según él, hace millones de años, la Atmósfera de la Tierra estaba formada fundamentalmente por metano, amoniaco y vapor de agua. Estas moléculas sencillas, excitadas por las radiaciones solares y las descargas eléctricas durante las tormentas, se fueron condensando y diversificando, dando lugar a gran variedad de moléculas orgánicas, las cuales al enfriarse la Tierra, fueron arrastradas por torrenciales lluvias hasta el océano. El primitivo océano estaba formado por masas de agua caliente donde se iban acumulando gran cantidad de estas moléculas orgánicas. A todo este medio se le da el nombre de caldo nutritivo o sopa primitiva. La temperatura de la sopa favorecía las reacciones entre las moléculas que al unirse iban adquiriendo un mayor grado de complejidad y tamaño. Todas estas moléculas se fueron asociando formando agregados heterogéneos que Oparin denomino coacervados, el mundo científico no dio credibilidad a las hipótesis de Oparin Sin embargo, en 1950 un estudiante de la Universidad de Chicago, Stanley Millar, probó la hipótesis de Oparín. Miller demostró en el laboratorio, utilizando un aparato diseñado por él, similar al que ves en el dibujo, la posibilidad de que se formaran espontáneamente moléculas orgánicas. Para ello, hizo pasar vapor de agua a través de un recipiente de cristal que contenía una mezcla de gases como metano (CH 4 ),amoníaco (NH 3 ), hidrógeno (H 2 )entre otras moléculas que se suponía serían las más abundantes en la primitiva atmósfera reductora. Al mismo tiempo, las sometía a descargas eléctricas. El resultado fue la formación de una serie de moléculas orgánicas como ácido aspártico, ácido glutámico, ácido acético, ácido fórmico, urea, alanina y glicocola entre otras moléculas. 3

4 2.2. LA EVOLUCIÓN DE LA VIDA Carl Woese (1980) denominó protobionte o progenonte al antepasado común de todos los organismos y representaría la unidad viviente más primitiva, pero dotada ya de la maquinaria necesaria para realizar la transcripción y la traducción. De este tronco común surgirían en la evolución tres modelos de células procariotas: arqueas urcariotas bacterias Durante un período de más de 2000 millones de años, solamente existieron estas formas celulares, por lo que se puede pensar que se adaptaron a vivir en todos los ambientes posibles y "ensayarían" todos los posibles mecanismos para realizar su metabolismo. La evolución celular se produjo en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y de los océanos. La teoría más aceptada es que: 1. algunas células aprendieron a fabricar las moléculas orgánicas mediante la fijación y reducción del CO2. Se iniciaba así la fotosíntesis, como un proceso de nutrición autótrofa. El empleo del agua en la fotosíntesis como donante de electrones, tuvo como origen la liberación de O 2 y por tanto la transformación de la atmósfera reductora en la atmósfera oxidante que hoy conocemos. Empezó una revolución del oxígeno que causaría la muerte de muchas formas celulares para las que fue un veneno, otras se adaptarían a su presencia y algunas células aprendieron a utilizarlo para sus reacciones metabólicas, lo que dio lugar a la respiración aerobia, realizando una nutrición heterótrofa aerobia. Estas formas celulares tienen organización procariota y son de pequeño tamaño. A partir de ellas, se piensa que evolucionaron las células eucariotas. 4

5 2.3. LA TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA El siguiente paso en la evolución celular fue la aparición de las eucariotas hace unos millones de años. Lynn Margulis, en su teoría endosimbiótica propone que se originaron a partir de una primitiva célula procariota, que perdió su pared celular, lo que le permitió aumentar de tamaño, esta primitiva célula conocida con el nombre de urcariota. Esta célula en un momento dado, englobaría a otras células procarióticas, estableciéndose entre ambos una relación endosimbionte Algunas fueron las precursoras de los peroxisomas, con capacidad para eliminar sustancias tóxicas formadas por el creciente aumento de oxígeno en la atmósfera. Otras fueron las precursoras de las mitocondrias, encargadas en un principio de proteger a la célula huésped contra su propio oxígeno. Por último, algunas células procariotas fueron las precursoras de los cloroplastos. De hecho, mitocondrias y cloroplastos son similares a las bacterias en muchas características y se reproducen por división. Poseen su propio ADN y poseen ARN ribosómicos semejantes a los de las bacterias. La incorporación intracelular de estos organismos procarióticos a la primitiva célula eurcariota, le proporcionó dos características fundamentales de las que carecía: 1. La capacidad de un metabolismo oxidativo, con lo cual la célula anaerobia pudo convertirse en aerobia. 2. La posibilidad de realizar la fotosíntesis y por tanto ser un organismo autótrofo capaz de utilizar como fuente de carbono el CO2 para producir moléculas orgánicas. Así mismo, la célula primitiva le proporcionaba a las procariotas simbiontes un entorno seguro y alimento para su supervivencia. Se trataría de una endosimbiosis altamente ventajosa para los organismos implicados, ya que todos ellos habrían adquirido particularidades metabólicas que no poseían por sí mismos separadamente, ventaja que sería seleccionada en el transcurso de la evolución. 5

6 3. TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR Por su estructura se distinguen dos tipos de células: procarióticas y eucarióticas: - PROCARIÓTICAS (pro = primitivo, carión = núcleo). Muy simples y primitivas. Apenas tienen estructuras en su interior. Se caracterizan por no tener un núcleo propiamente dicho; esto es, no tienen el material genético envuelto en una membrana y separado del resto del citoplasma. Además, su ADN es circular y no está asociado a ciertas proteínas como las histonas y está formando un único cromosoma. Son procariotas, entre otras: las bacterias y las cianofíceas. - EUCARIÓTICAS (eu = verdadero). Células características del resto de los organismos unicelulares y pluricelulares, animales y vegetales. Su estructura es más evolucionada y compleja que la de los procariotas. Tienen orgánulos celulares y un núcleo verdadero separado del citoplasma por una envoltura nuclear. Su ADN está asociado a proteínas (histonas y otras) y estructurado en numerosos cromosomas DIFERENCIAS MORFOLÓGICAS Y ESTRUCTURALES CÉLULAS EUCARIOTAS CÉLULAS PROCARIOTAS Carecen de membrana nuclear y, por tanto, de Poseen un núcleo provisto de membrana nuclear núcleo definido. ADN circular forma el cromosoma que contiene el ADN asociado a proteínas histonas bacteriano (ADN no asociado a histonas). Ambos tipos celulares poseen membrana plasmática y citoplasmatica, y cuentan con representantes con y sin pared celular, aunque su naturaleza es distinta Poseen gran variedad de orgánulos citoplasmaticos: Poseen ribosomas (diferentes a los de las retículo, aparato de Golgi, lisosomas, ribosomas, eucariotas) pero carecen de otros orgánulos etc celulares provistos de membranas. Poseen orgánulos energéticos: mitocondrias en todos los casos y cloroplastos en el caso de células vegetales. DIFERENCIAS FUNCIONALES Poseen repliegues en su membrana (mesosomas) con enzimas respiratorios. Algunos también poseen pigmentos fotosintéticos. CÉLULAS EUCARIOTAS CÉLULAS PROCARIOTAS Tanto unicelulares (protistas) como pluricelulares: Constituyen organismos unicelulares llamados animales, vegetales y hongos. protistas (móneras): bacterias y cianobacterias. Son de nutrición heterótrofa o autótrofa Son de nutrición heterótrofa o autótrofa (fotosintética). (fotosintética o quimiosintética). No pueden fijar el N 2 atmosférico. Algunos procariotas pueden fijar el N 2 atmosférico. Son de respiración aerobia aunque existen Existen procariotas aerobios y anaerobios (estrictos eucariotas capaces de realizar fermentación o facultativos). Muchos realizan fermentaciones. (levaduras y células musculares). En ambos tipos de células existen representantes con capacidad de realizar movimientos como respuesta a estímulos. 6

7 DIFERENCIAS ENTRE CÉLULAS ANIMALES Y VEGETALES Diferencias y semejanzas Célula Vegetal Célula Animal Forma de las células no especializadas Poliédrica Esférica Tamaño Generalmente son mayores Generalmente son menores Membrana plasmática Son similares en ambos tipos de células. Pared celular Es exterior a la membrana plasmática. Está formada básicamente por láminas de celulosa y constituye el esqueleto celular. No tienen Orgánulos celulares comunes Orgánulos exclusivos de las células vegetales son: Orgánulos exclusivos de las células animales son: Son comunes a ambos tipos celulares, por ejemplo: mitocondrias, retículo endoplasmático, ribosomas, aparato de Golgi,... - Los cloroplastos, pueden realizar la fotosíntesis (son autótrofoas). - vacuolas, en las vegetales adquieren gran tamaño (pueden llegar a ocupar el 95 % del volumen del citoplasma). En ellas se acumulan gran variedad de sustancias: de reserva, de desecho, pigmentos, agua, etc. No poseen cloroplastos (son heterótrofas). Las vacuolas, aunque también aparecen en las células animales (denominadas, en éstas, vacuolas digestivas o lisosomas secundarios), son de pequeño tamaño - Los centriolos. Estos orgánulos, relacionados con el movimiento, se encuentran, o bien en la base de cilios y flagelos o en parejas, formando el diplosoma en el interior del centrosoma (organizador de los microtúbulos en el citoplasma celular). Posición del núcleo: Movilidad Se encuentra desplazado contra la membrana plasmática por las grandes vacuolas y ocupa una posición excéntrica. Carece de capacidad para desplazarse (excepto casos particulares como algunos gametos). Suele ser central, Pueden ser moviles mediante pseudópodos o pueden poseer cilios y flagelos. 7

8 Célula eucariota animal. Célula eucariota vegetal. 8

9 BREVE DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS ORGÁNULOS CELULARES MEMBRANA Membrana plasmática: Delgada lámina que recubre la célula. Está formada por lípidos, proteínas y oligosacáridos. Regula los intercambios entre la célula y el exterior. Pared celular: Gruesa capa que recubre las células vegetales. Está formada por celulosa y otras sustancias. Su función es la de proteger la célula vegetal de las alteraciones de la presión osmótica. CITOPLASMA Hialoplasma: Es el citoplasma desprovisto de los orgánulos. Se trata de un medio de reacción en el que se realizan importantes reacciones celulares, por ejemplo: la síntesis de proteínas y la glucolisis. Contiene los microtúbulos y microfilamentos que forman el esqueleto celular. Retículo endoplasmático: Red de membranas intracitoplasmática que separan compartimentos en el citoplasma. Hay dos clases: granular y liso. Sus funciones son: síntesis de oligosacáridos y maduración y transporte de glucoproteínas y proteínas de membrana. Ribosomas: Pequeños gránulos presentes en el citoplasma, también adheridos al retículo endoplasmático granular. Intervienen en los procesos de síntesis de proteínas en el hialoplasma. Aparato de Golgi: Sistema de membranas similar, en cierto modo, al retículo pero sin ribosomas. Sirve para sintetizar, transportar y empaquetar determinadas sustancias elaboradas por la célula y destinadas a ser almacenadas o a la exportación. Lisosomas: Vesículas que contienen enzimas digestivas. Intervienen en los procesos de degradación de sustancias. Vacuolas: Estructuras en forma de grandes vesículas. Almacenamiento de sustancias. Mitocondrias: En ellas se extrae la energía química contenida en las sustancias orgánicas (ciclo de Krebs y cadena respiratoria). Centrosoma: Interviene en los procesos de división celular (células animales) y en el movimiento celular por cilios y flagelos. Plastos: Orgánulos característicos de las células vegetales. En los cloroplastos se realiza la fotosíntesis. NÚCLEO Contiene la información celular. Nucleoplasma: En él se realizan las funciones de replicación y transcripción de la información celular. Esto es, la síntesis de ADN y ARN. Nucleolo: Síntesis del ARN de los ribosomas. Envoltura nuclear: Por sus poros se realizan los intercambios de sustancias entre el núcleo y el hialoplasma. 9

10 4. FORMA Y TAMAÑO DE LAS CÉLULAS. Forma. En las células de vida libre su forma suele ser esférica, pero las que pertenecen a seres pluricelulares, las formas pueden ser muy variadas dependiendo de su función o la clase de tejido a la que pertenezca. Por ejemplo las células nerviosas tienen formas que parecen árboles sin hojas y con muchísimas ramas (dendritas), los glóbulos rojos de la sangre tienen forma de discos bicóncavos y los espermatozoides parecen renacuajos con una larga cola (flagelo). En general tienden a la forma más o menos esférica, lo que permite a las sustancias que se incorporan a la célula llegar pronto a su destino en su interior. Tamaño. Las células, con muy raras excepciones, no son visibles a simple vista. Es necesario el microscopio para visualizarlas. Ello es debido a que el ojo humano tiene un límite o poder resolutivo de unos 0,1-0,2 mm. El poder resolutivo es la capacidad de distinguir dos puntos separados una cierta distancia. Esto significa que dos puntos separados a menor distancia se verían a simple vista como un único punto. Como las medidas habituales de las células están por debajo de esa décima de milímetro, resultan imposibles de visualizar y para distinguir sus componentes se usan microscopios, que tienen mayor poder resolutivo que el ojo humano. 10

11 Las medidas habituales usadas en microscopía son: El micrómetro, 1 m, que es la millonésima parte del metro, o la milésima parte de un milímetro. Es decir, en un milímetro hay 1000 micrómetros. Esta medida se usa para definir los tamaños celulares y sus orgánulos. El nanómetro, 1 nm, que es la mil millonésima parte del metro, o la millonésima parte de un milímetro. Esta medida se usa sobre todo a nivel molecular y de orgánulos celulares muy pequeños. El angstrom, 1 Å, que es la diez milésima parte de un micrómetro, es decir, que en un nanómetro hay 10 angstroms. Se usa a nivel molecular. Las células eucariotas (las que tienen núcleo definido) son de mayor tamaño que las procariotas (sin núcleo), pues poseen más orgánulos y funciones más complejas. Mientras las procariotas (bacterias por ej.) no pasan de un m, las eucariotas suelen tener tamaños diez veces superior, con frecuencia miden más de 5 m. Por ej. los glóbulos rojos miden unas 7 m, los espermatozoides humanos sobre los 55 m (50 m mide el flagelo y 5 m su cabeza). Los óvulos humanos son células gigantescas que miden sobre 0,12 mm y casi se ven a simple vista. Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared celular rígida. Las células de los tejidos animales suelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada. A pesar de poderse visualizar al microscopio, con frecuencia es necesario teñir previamente con colorantes sus estructuras, pues las células suelen ser transparentes o bien carentes de color. 11

12 5. EL NÚCLEO CELULAR. El núcleo fue descubierto por Robert Brown en 1880, es el centro vital de la célula, contiene el material genético en forma de una molécula ADN, en el se produce la replicación del ADN y su transcripción a ARN mensajero, ARN ribosómico y ARN transferente. El núcleo aparece en todas las células salvo en las procariotas y en los eritrocitos maduros de mamíferos. El núcleo nos lo podemos encontrar en dos fases distintas: interfase o período comprendido entre dos divisiones celulares consecutivas, y en división. 6. NÚCLEO INTERFÁSICO. Durante este período de la vida de la célula, el material genético se encuentra separado del citoplasma por la membrana nuclear. Generalmente se presenta como una esfera de gran tamaño que se destaca del citoplasma y que está separada de él por una envoltura nuclear, que es un elemento del retículo endoplasmático granular que rodea el material nuclear. Fig.1.- Fotografía al microscopio electrónico de una célula eucariota animal en la que destaca el núcleo interfásico. Se observa también una pequeña porción de citoplasma. (Aumento original x 8200) 6.1. Forma, número, tamaño y posición. a. La forma que posee el núcleo durante la interfase suele ser esférica, aunque hay excepciones. Las células musculares los poseen fusiformes, las de las células glandulares mucosas son discoidales, los leucocitos de nuestra sangre son polimorfos. En las células vegetales su forma es discoidal. b. Número. Aunque las células poseen generalmente un único núcleo, existen excepciones de células con dos e incluso con varios núcleos (por ejemplo, las células de las fibras musculares estriadas). 12

13 c. El tamaño del núcleo interfásico guarda relación con el tamaño del citoplasma, cuyo volumen aumenta en el curso de la vida de la célula, en tanto permanece constante el volumen del núcleo. De manera que cuando la célula crece y adquiere un determinado volumen, se produce la división celular, ocurriendo como si el núcleo no fuera capaz de gobernar una célula que hubiera alcanzado tal tamaño. La relación núcleo-citoplasma se designa por K, y se expresa mediante la siguiente fórmula: Volumen del núcleo K = Volumen de la célula - Volumen del núcleo Cuando esta relación alcanza un determinado valor mínimo, que equivale un volumen máximo del citoplasma, la célula se divide. d. Posición. Generalmente ocupa una posición central en las células animales; en las vegetales es frecuente, sin embargo, que se encuentre desplazada a una zona lateral, debido al gran desarrollo de sus vacuolas Estructura del núcleo interfásico. a. Envoltura nuclear. El núcleo está separado del citoplasma por una doble membrana, la envoltura nuclear, que es una porción del retículo endoplasmático (tras la división celular, en la que desaparece, la envoltura nuclear se forma a partir de cisternas del R.E.). La composición de esta envoltura es muy semejante a la de la membrana plasmática, se llama membrana externa a la que se encuentra en contacto con el citosol (hialoplasma), y membrana interna a la que lo hace con el nucleoplasma. Entre las dos membranas queda un espacio de unos 200 Å de grosor, el espacio perinuclear, hay estructuras filamentosas que la cruza (Fig. 2). Dada su naturaleza, en estas membranas se encuentran enzimas similares a las del retículo endoplasmático, incluyendo por ello su actividad metabólica, funciones como la biosíntesis del colesterol, fosfolípidos, destoxificación, etc, y que también son realizadas por el retículo. En la cara interna de la envoltura se presenta la lámina nuclear, de naturaleza proteica, que separa a la cromatina de la membrana nuclear. La membrana externa presenta ribosomas (sintetizadores de proteínas, que pueden así pasar al espacio perinuclear) adosados a su cara hialoplasmática. 13

14 La envoltura nuclear no es continua, pues se encuentra perforada por los poros nucleares, a través de los cuales se realiza el intercambio de materiales del núcleo al hialoplasma, y viceversa. Sus dimensiones son de unos 800 Å de Ø, y presentan 8 gránulos proteicos dispuestos en octógonos (formados por material filamentoso enrollado) tanto en la cara interna como en la externa, al conjunto se le denomina "complejo del poro nuclear", y en el centro de ellos y del poro, otro gran gránulo regula el paso de sustancias (Fig. 3). b. Nucleoplasma. En el interior del núcleo se encuentra el nucleoplasma o jugo nuclear, consiste en una disolución acuosa de biomoléculas en estado coloidal, donde destacan las proteínas (enzimas, histonas...), ácidos nucleicos (ADN, ARN, nucleótidos...), lípidos, glúcidos, sales e iones. Se supone que existe una red proteica con funciones de "citoesqueleto nuclear". Al microscopio óptico se observa en él una maraña de fibrillas y grumos, que se tiñen con facilidad con colorantes básicos, constituida por un material que denominamos cromatina. c. Nucléolo. En el núcleo teñido pueden verse uno o más nucléolos, pero lo normal es uno. Aparece como una mancha oscura de aspecto granular, y está compuesto por el ADN especializado en la producción del ARNr. Los cromosomas a los que pertenece este ADN se denominan cromosomas nucleolares, y al ADN que codifica este ARNr se le conoce como organizador 14

15 nucleolar. En el nucléolo tiene lugar el ensamblaje del ARN con proteínas procedentes del citoplasma, para formar las subunidades ribosómicas. Éstas serán exportadas posteriormente, a través de los poros nucleares, al citoplasma. Al microscopio electrónico se aprecia que no existe membrana que delimite al nucleolo d. Cromatina. En el núcleo interfásico al microscopio óptico, la cromatina se aprecia en forma de grumos y filamentos. Cada fibrilla de cromatina está constituida por una molécula de ADN asociado a histonas (proteína) con cierta cantidad de otros componentes: proteínas ácidas (no histónicas) y ARN. Las histonas son proteínas muy básicas. Se han descrito cinco clases de histonas H1, H2A, H2B, H3, H4, todas ellas de bajo peso molecular. Al microscopio electrónico la fibra de cromatina tiene el aspecto de un collar de perlas como consecuencia de la especial asociación entre el ADN y las proteínas (histonas) en forma de una fibra nucleosómica o fibra de cromatina unidad. A cada cuenca se le denomina nucleosoma. La cromatina interfásica es activa genéticamente, expresando la información que contiene mediante los procesos de transcripción y traducción. Entre la cromatina distinguimos: La heterocromatina (cromatina densa) que aparece como zonas muy teñidas en las que el ADN está fuertemente condesado, y permanece funcionalmente inactivo. La eucromatina (cromatina difusa) que se observa como zonas menos teñidas donde la cromatina está más dispersa, despiralizada, y es funcional en ella se realiza la trascripción Funciones del núcleo interfásico. Son fundamentalmente dos: Replicación o formación de cromosomas dobles, que más tarde se separan en dos células hijas, asegurando que cada una de ellas posea el mismo patrimonio genético; esa duplicación tiene lugar durante un período determinado de la interfase. Transcripción del mensaje genético a los ARNm, ARNr y ARNt. 15

16 Para realizar ambas funciones es necesario que la molécula de ADN no se encuentre muy plegada (eucromatina), de manera que puedan ser fácilmente accesibles aquellos tramos que deberán ser transcritos o duplicados. 7. NÚCLEO EN DIVISIÓN. En el momento de la división de la célula, el núcleo adopta un aspecto muy diferente, la cromatina se condensa apretadamente transformándose y adoptando el aspecto de bastoncillos: los cromosomas Cromosomas. Son visibles sólo durante los períodos de división celular. Están constituidos por la cromatina condensada o "super-enrollada". En el momento de iniciarse la división, el cromosoma está formado por dos cromátidas, resultantes de la duplicación del ADN. Ambas se encuentran unidas entre sí por una zona más estrecha, que constituye la constricción primaria o centrómero, que hace que el cromosoma se presente en forma de cuatro brazos. Fig.4.- Organización de un cromosoma metafásico. El centrómero engarza las fibras del huso mitótico, tanto en la mitosis como en la meiosis, y permite la separación de los cromosomas que corresponderán a las células hijas. 16

17 En los cromosomas pueden existir constricciones secundarias, más o menos pronunciadas, y que corresponden a la región del nucléolo interfásico. Suelen estar relacionadas con regiones satélites, estructuras redondeadas que se encuentran en el extremo de los cromosomas unidas a estos por medio de constricciones secundarias. Los dos extremos del cromosoma reciben el nombre de telómeros (Fig. 4) La función de los cromosomas es facilitar el reparto de la información genética durante la división celular. Según la posición del centrómero o constricción primaria, hay 4 tipos de cromosomas: - Metacéntricos, si los dos brazos tienen aproximadamente la misma longitud. - Submetacéntricos, uno de los brazos es ligeramente mayor. - Acrocéntricos, cuando los dos brazos son de longitudes diferentes. - Telocéntricos, si el centrómero está en el extremo de un brazo, sólo es visible un brazo. 17

18 a. Número de cromosomas (haploide y diploide). Se dice que una célula posee un número diploide de cromosomas (2n) cuando contiene parejas de cromosomas homólogos, uno de ellos de origen materno y el otro de procedencia paterna. Estas parejas de cromosomas homólogos poseen la misma secuencia de genes. Aunque debido a su origen, no poseen la misma información genética. Las células sexuales, óvulos y espermatozoides contienen únicamente un juego de cromosomas (n), o lo que es lo mismo, son células con un número haploide de cromosomas. Cada especie posee un número fijo de cromosomas. Así, la especie humana posee 2n = 46 cromosomas, es decir, 23 parejas de cromosomas homólogos. El chimpancé, el orangután y el gorila poseen 2n = 20, y la planta de la papa, 2n = 48. Existen también organismos triploides, con tres juegos de cromosomas, e incluso con un número mayor de juegos. La poliploidia, es decir, el hecho de que sus células contengan varias series de cromosomas, es frecuente entre los organismos vegetales. b. Cariotipo. Se llama así al número, forma y tamaño de los cromosomas de una determinada especie. Uno de los primeros cariotipos conocidos fue el de Drosophila melanogaster (mosca de la fruta), en la década de los 20. Esta mosca posee un número diploide de 8 cromosomas (4 pares), siendo dos de los pares metacéntricos, un par puntiforme y el último el par de cromosomas sexuales b.1. Cariotipo humano. El número diploide de cromosomas 18

19 humanos es de 46 (23 pares: 22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales). El cariotipo humano suele hacerse como un montaje a partir de una microfotografía de una célula en división, en la etapa de metafase mitótica. Por tanto dichos cromosomas consisten en dos cromátidas hermanas unidas por su centrómero (Fig. 6). Por el tamaño y la forma, hay muchos cromosomas del cariotipo que se parecen. Para diferenciarlos se utilizan técnicas de bandeado: tinciones específicas con las que aparecen unas series de bandas claras y oscuras características en cada cromosoma. b.2. Alteraciones del cariotipo o anormalidades cromosómicas. El estudio del cariotipo es importante para poder detectar anomalías cromosómicas que, en los individuos que las poseen, se traduce en enfermedades genéticas. Una de ellas quizá la más conocida, es el mongolismo o síndrome de Down. Las personas afectadas poseen 47 cromosomas en lugar de los 46 que contienen las células sanas. La pareja número 21 no está formada en este caso por dos cromosomas homólogos, sino por tres, de manera que existe en dicha pareja una trisomía, causante de la enfermedad (nariz chata, cuello pequeño, retraso mental). Síndromes de Klinefelter (XXY) poseen 47 cromosomas no realizan la espermatogenesis y presentan retraso mental, Síndrome de Doble Y (XYY), son individuos muy agresivos, Síndrome de Turner (X) no presentan caracteres sexuales secundarios, no presentan ovulación por atrofia ovárica, retraso mental, etc. Algunas son debidas a exceso o defecto en el número de cromosomas y otras son debidas a alteraciones en fragmentos de cromosomas: inversiones, translocaciones, delecciones (supresión), etc. En general, la falta o exceso de cromosomas completos suele deberse a errores en la meiosis, como la "no disyunción" o falta de separación de algún par de cromosomas homólogos en la Meiosis I, por lo que un gameto tendrá un cromosoma de más y otro tendrá uno de menos. 19

20 ACTIVIDADES Forma, tamaño y estructura general de la célula. Actividad 01 Inicial Actividad 02: Teoría celular. Actividad 03: Identificar los orgánulos celulares. El núcleo Actividad 04: La envoltura nuclear. Actividad 4: Estructura y tipos de cromosomas. 1. (Sep 04) La célula es la unidad anatómica y funcional de los seres vivos. a.- Identifica y nombra los orgánulos marcados por flechas en los dibujos. b.- A qué tipo de célula corresponde cada dibujo? c.- Indica qué orgánulo es exclusivo de cada tipo celular. B 4 A La organización celular se presenta en la figura adjunta. a.- Identifica los componentes celulares enumerados. b.- Indica a qué tipo de célula corresponden A y B. 2. Debajo se muestra una microfotografía y un esquema de la misma zona de una célula. a) Qué dos orgánulos puedes distinguir? b) Identifica las partes enumeradas. c) Se establece alguna relación entre ambos orgánulos? d) Tienen envoltura doble o simple? 20

21 3. Las células eucariotas y procariotas son completamente diferentes entre sí. Copia la siguiente tabla en tu hoja de examen y complétala, colocando para ello las dos opciones que se dan entre paréntesis en la casilla que corresponda (una de las opciones en la columna de procariotas y otra en la de eucariotas). 4. Haga corresponder los orgánulos con sus características, colocando una cruz en el lugar correspondiente. 5. En los primeros estadíos de la vida en la Tierra, solamente existieron células procariotas. Posteriormente aparecieron unas células más complejas denominadas eucariotas. a) Enumera al menos 4 diferencias fundamentales entre las células procariotas y eucariotas. 6. Las células eucariotas y procariotas son completamente diferentes entre sí. Copia la siguiente tabla en tu hoja de examen y complétala, colocando para ello las dos opciones que se dan entre paréntesis en la casilla que corresponda (una de las opciones en la columna de procariotas y otra en la de eucariotas). 21

22 7. Copia la siguiente tabla en hoja de examen y responde: a) Pon una X en el cuadro apropiado para señalar las estructuras que esperarías en las células dependiendo de que sea vegetal, animal o bacteria. b) Tienen los virus algunas de estas estructuras? Razona tu respuesta. 8. Basándose en su organización celular, los principales microorganismos pueden ser: acelulares, procariotas o eucariotas. Clasifica los microorganismos siguientes: levadura de cerveza, moho del pan, coronavirus y lactobacillus acidophilus (bacteria presente en productos lácteos). 9. Sep 05. Copia la tabla adjunta correspondiente a dos tipos de organización celular. Contesta con un SI o No lo que corresponda en cada casilla. Procariotas Eucariotas Membrana plasmática Citoesqueleto Retículo endoplasmático Lisosomas Mitocondrias Mesosamas Membrana nuclear ADN Nucleolo Ribosomas 10. Sep 05.-El núcleo es una estructura celular exclusiva de un tipo de células. a.- Cómo se llaman las células que tienen núcleo? b.-explica de qué está formada la envuelta nuclear. c.- En el interior del núcleo podemos distinguir el nucléolo y la cromatina, Qué función tiene éstos dos componentes nucleares? 11. Jun.06.- Los procariotas presentan todas las formas de nutrición por lo que pueden colonizar todos los ambientes. Indica la diferencia entre organismos: a.- Autótrofos y Heterótrofos b.-fotótrofos y Quimiótrofos c.- Quimioorganotrofos y quimiolitotrofos 22

23 12. Jun 06.- La figura adjunta esquematiza a un orgánulo celular en el que se numeran cada una de sus partes a.- De qué orgánulo se trata? b.- Que números se corresponden con el nucleoplasma y la cromatina. c.- Cuál es el nucléolo y cuál es su función? d.- En qué tipo de células podemos encontrar dicho orgánulo? 13. Sep 06. La figura adjunta esquematiza a un orgánulo celular. a.- Nombra e indica la función del orgánulo. b.- Identifica los componentes de este orgánulo enumerados en el dibujo. c.- Cuál es la función del número 4? d.- En qué tipo de organización celular se puede localizar? 14 Jun 07. La célula es la unidad básica de los seres vivos. a.- Qué estructura identifica que la figura adjunta corresponde a una célula eucariota? b.- El nº 1 a qué corresponde? c.- El nº 3 qué función puede desempeñar en la célula?. d.- Indica (nº) y nombra los orgánulos con doble membrana que contiene la célula de la imagen 15 Jun 07.- El cariotipo es característico de cada especie, como se representa en la imagen adjunta, y se realiza para identificar ciertas anomalías. a.- Qué estructuras celulares están representadas en la figura? b.- A qué especie puede pertenecer? c.- Corresponde a una especie haploide o diploide? d.- Cuántas moléculas de ADN hay en este momento del ciclo celular? 16. Jun 07.- Las células del esquema, pertenecientes a un tejido, están llevando a cabo un proceso celular. Las imágenes junto con su correspondiente dibujo no están en orden secuencial al proceso. a.- De qué proceso se trata? b.- Di el nombre de las distintas fases que identifiques en el esquema. c.- Si la célula madre o inicial es 2n = 24, cuál será la dotación en las células hijas? d.- Este proceso podría ocurrir en células con dotación de n =12? 23

24 17 Sep 07. La división celular es un complejo proceso. En la figura adjunta se representa un tipo de división celular a.- Cómo se denomina cada una de las etapas que están enumeradas del 2 al 5? b.-si en la célula inicial (1) que está en interfase hay 46 cromosomas, cuántos cromosomas hay en cada célula numerada como 5 en el esquema? c.- Este tipo de división celular se puede producir en células con dotación haploide y/o diploide? 18 Sep 07.- La célula es la unidad anatómica y funcional de los seres vivos. a.- Identifica y nombra las estructuras numeradas en ambos dibujos. b.- A qué tipo de célula corresponde el dibujo A y el B? c.- Indica qué orgánulo es exclusivo de cada tipo celular. d.- Se trata de células procariotas o eucariotas?. 24