La célula como unidad básica de los seres vivos: El gran planeta celular: Núcleo Importante El núcleo es el lugar de la célula que contiene el material genético y dirige toda la actividad celular. En el núcleo interfásico estructura que presenta el núcleo cuando no se divide podemos observar una envoltura nuclear, que encierra al nucleoplasma, en el que se encuentran el nucléolo y la cromatina. http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esobiologia/4quincena5/imagenes5/envolnuc.swf Como características generales del núcleo interfásico tenemos: Forma: Por lo general, es esférica, aunque puede serlo también ovoide (células prismáticas) o polilobulado (macrófagos, p.e.). Posición: Suele estar situado en posición central, aunque hay numerosas excepciones, como las células adiposas que lo presentan lateral o las de los epitelios secretores que lo tienen basal. Número: Habitualmente existe un núcleo por célula. En ocasiones son dos (paramecios, p.e.) o muchos (sincitios resultantes de la fusión de varias células uninucleadas como sucede con las fibras musculares esqueléticas, o plasmodios que proceden de divisiones sucesivas del núcleo sin que se divida el citoplasma); los glóbulos rojos de mamíferos son anucleados. Tamaño: Oscila entre 5 y 25 µm de diámetro, aumentando considerablemente antes de realizarse la división celular, debido a la duplicación del material genético. La relación existente entre el volumen nuclear y el citoplasmático se expresa mediante un coeficiente, que viene definido por la fórmula: Cuando k alcanza un valor mínimo, constante para cada tipo celular, la célula se divide. 1. El núcleo interfásico Envoltura nuclear Procede del retículo endoplasmático y que rodea al núcleo separándolo del resto del citoplasma. Es una envoltura doble formada por dos membranas: la membrana nuclear externa que puede llevar unidos ribosomas en la cara que da al citosol y la membrana nuclear interna. Entre ambas queda un pequeño espacio denominado espacio perinuclear, que se continúa con el espacio del retículo. La membrana nuclear interna lleva asociada a su cara nucleoplásmica una red de filamentos proteicos que forman la lámina fibrosa o corteza nuclear. Su función es participar en la formación de la envoltura nuclear después de la mitosis y en la organización de la cromatina. La envoltura nuclear no es continua, pues existen puntos en los que las dos membranas se unen creando unos orificios denominados poros nucleares. Autor: Salvador Resino Tema 9 Núcleo 1
Los poros nucleares, con un diámetro de entre 50-100 nm, están formados por una estructura compleja llamada complejo del poro, constituida por ocho proteínas globulares que se disponen en forma de octógono y forman un anillo o cilindro hueco que reviste internamente el poro. Asociado al anillo se encuentra un material denso, el diafragma, que disminuye la luz del poro hasta 10 nm. En el centro del complejo se observa un gránulo (ribosomas recién formados o sustancias en tránsito). Por último, todas las estructuras se unen mediante fibrillas proteicas. Los poros nucleares permiten el intercambio núcleo-citoplasma, pero no de forma indiscriminada. Nucleoplasma También se le denomina matriz nuclear. Es el medio interno del núcleo similar al hialoplasma, formado por una disolución coloidal compuesta por agua, iones, numerosas proteínas histonas que intervienen en el empaquetamiento del ADN, enzimas que intervienen en la replicación y transcripción del ADN, nucleótidos necesarios para la síntesis de los ácidos nucleicos, etcétera. Nucléolo Son estructuras esféricas, no rodeadas de membrana, densas y con un contorno irregular. siempre presentes, de gran tamaño (se observan a microscopía óptica) y bien diferenciados del resto de los componentes del núcleo interfásico. Se presentan en nº variable, aunque en células diploides lo más habitual es que haya 1 ó 2. Su función es la síntesis del ARNr que forman parte de las subunidades de los ribosomas. Se encuentra formado por ARN, ADN y proteínas, y en él se distinguen, a microscopio electrónico, tres zonas: Zona fibrilar: Ocupa la parte central del nucléolo. Contiene cromatina con los genes ribosómicos, es decir, aquellos que codifican el ARN de los ribosomas (y que se conocen como Autor: Desconocido organizadores nucleolares) y las moléculas de ARNr resultantes de la transcripción de dichos genes. Zona granular: zona más periférica, que contiene gránulos de ribonucleoproteínas, precursoras de los ribosomas, en distintas fases de maduración.. Estas subunidades saldrán al citoplasma a través de los poros nucleares; allí terminan de madurar y se unen a los ARN mensajeros, formando polirribosomas. http://contenidos.educhttp://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/2bachillerato/la_ celula/imagenes/nucleo.gifarex.es/cnice/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/imagenes/nucleico/nuc leolo.gif Al iniciarse la división nuclear los nucléolos desaparecen, constituyendo las constricciones secundarias de los cromosomas. Cromatina Se denomina así al material genético de la célula eucariota durante la interfase. Con el microscopio óptico aparece como masas densas que se distribuyen por el núcleo. Con el microscopio electrónico se observa que tiene estructura fibrilar formada por filamentos que se entrecruzan entre sí, formando un retículo que está inmerso en el nucleoplasma. http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2bch/b4_informacion/t401_nucleo/diapositiva s/diapositiva11.jpg Al comenzar la división celular estos filamentos se condensan dan lugar a los cromosomas. http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=go2wh_uga8w La cromatina están formada por ADN bicatenario lineal que está asociado a proteínas histonas, que son proteínas básicas ricas en aminoácidos básicos: arginina y lisina de bajo peso molecular. Además, hay otras proteínas no histónicas, en su mayoría enzimas que intervienen en la transcripción y replicación del ADN. Existen también proteínas contráctiles, probablemente relacionadas con el Tema 9 Núcleo 2
proceso de condensación de la cromatina en cromosomas y la movilidad de éstos durante el proceso de división. Las fibras de cromatina presentan distintos niveles de organización que facilitan su empaquetamiento: nucleosoma, collar de perlas, fibras de 30nm (300A). Está formada por una serie de unidades repetitivas, en forma de cuentas de rosario, denominadas Nucleosomas. Cada uno de ellos está constituido por 8 unidades de histonas iguales 2 a dos, formando un núcleo alrededor del cual se dispone la doble hélice de ADN, dando 1 vuelta y 3/4. Las unidades se enlazan entre sí por fragmentos de la hebra de ADN (de unión). Este filamento (de 10 nm), a su vez se pliega. En un primer paso los nucleosomas se unen por su cara interna, mediante una histona, alcanzando un diámetro de 30 nm. Esta fibra, a su vez, se puede espiralizar sucesivamente, hasta llegar a la superespiralización en el momento de iniciar la mitosis, en el que la cromatina forma los cromosomas. Por tanto, cromatina y cromosoma son el mismo material con distinto grado de empaquetamiento, y se corresponden con dos momentos o estados funcionales de la célula: la interfase y la división celular, respectivamente. Recuerda que ya lo vimos en la unidad 1, si quieres repasarlo, mira este vídeo. http://www.youtube.com/watch?v=x6bdncuk-zw Durante la interfase pueden diferenciarse distintos tipos de cromatina: Eucromatina: zonas donde la cromatina está poco condensada. Está formada por los fragmentos de ADN correspondientes a los genes activos (transcriben ARNm) así como los fragmentos de ADN que llevan información para la transcripción del ARNt y ARNr. Heterocromatina: zonas donde la cromatina está muy condensada y por lo tanto se tiñe fuertemente, representa el 90%. Se corresponde con las zonas en las que el ADN no se transcribe y permanece funcionalmente inactivo durante la interfase. Si quieres ver imágenes ampliadas sobre el núcleo, pincha los siguientes enlaces para apreciar: Partes del núcleo. http://www.lourdes-luengo.es/unidadesbio/celula/mis%20transparencias/nucleo1.jpg Poros nucleares. http://www.lourdes-luengo.es/unidadesbio/celula/mis%20transparencias/nucleo2.jpg Estructura de la cromatina. http://www.lourdes-luengo.es/unidadesbio/celula/mis%20transparencias/nucleo3.jpg - Raquel, mira lo que acabo de encontrar, es una animación. Está en inglés, pero muestra a la célula como una fábrica; la membrana celular como un muro, el núcleo como el despacho donde todo se controla y donde está toda la información, el citoplasma como un líquido donde nadan orgánulos... Qué acertadas estábamos! y además, puede ayudarnos a repasar! http://www.lourdes-luengo.es/unidadesbio/celula/animaciones/cel_structur.swf 2. El Núcleo durante la mitosis Durante la división celular el núcleo sufre una serie de cambios destinados a que las células hijas resultantes posean la misma dotación genética. El nucléolo y la membrana nuclear desaparecen, al tiempo que la cromatina se va condensando hasta formar los cromosomas. De esta manera, la única estructura característica que queda en el núcleo en división son los cromosomas. Tema 9 Núcleo 3
El estudio de los cromosomas suele hacerse durante la metafase de la mitosis, ya que es entonces cuando alcanzan el mayor grado de condensación, adquiriendo el aspecto de bastón cilíndrico, con una forma y tamaño característico de cada uno. Importante En un cromosoma se distinguen las siguientes partes: Cromátidas: Cada una de las dos subunidades en que aparece dividido longitudinalmente un cromosoma, y que están constituidas por una copia del ADN duplicado al final de la interfase. Las dos se sitúan en paralelo y separadas entre sí, excepto a nivel del centrómero, por donde permanecen unidas. Centrómero o constricción primaria: Divide al cromosoma en dos brazos de igual o de diferente tamaño. Ocupa una posición variable a lo largo del cromosoma, pero fija para cada cromosoma. Contienen heterocromatina. A ambos lados del centrómero, y sobre cada una de las dos cromátidas se localiza una estructura de naturaleza proteica, denominada cinetocoro, que constituyen los puntos de unión de los microtúbulos del huso al cromosoma, e intervienen en la separación de los cromosomas durante la anafase. Por cada cromátida suele aparecer un único cinetocoro. Constricciones secundarias: También conocidos como Autor Gabriel Robledo -Genética - Técnicos para Bioterio organizadores nucleolares. Son zonas más estrechas identificables en los brazos, y en las que se localizan los genes que se transcriben como ARNr, por lo que permiten la formación del nucléolo al final de cada mitosis y de los ribosomas. En ellas nunca aparece cinetocoro. Telómeros: Localizados en los extremos de los cromosomas, se corresponden con los extremos de la molécula de ADN en los que se repiten una determinada secuencia de ADN. Confieren estabilidad al cromosoma, impidiendo que los extremos de los cromosomas se adhieran entre sí y sufran cambios estructurales. También son esenciales en la duplicación del cromosoma, y protegen a los cromosomas contra las nucleasas (enzimas que digieren el ADN). Satélites: Es una porción esférica situada en un extremo y unida al brazo por un fino filamento (trabécula). Es constante en tamaño y forma para cada cromosoma que lo presenta (no todos lo poseen). Bandas: Son segmentos de cromatina que se colorean con diferente intensidad, y que permiten una identificación inequívoca de los cromosomas homólogos. Tipos de cromosomas Según la posición del centrómero se distingue entre los siguientes tipos: Metacéntricos: El centrómero está más o menos en el centro, por lo que los dos brazos son casi iguales. Submetacéntricos: Uno de los brazos es algo mayor que el otro. Acrocéntricos: Los brazos presentan muy diferente longitud: Uno muy corto y otro muy largo, debido a que el centrómero se sitúa muy cerca del extremo del cromosoma. Telocéntricos o Subtelocéntricos: El centrómero está tan próximo a uno de los telómeros que prácticamente sólo existe un brazo. En el cariotipo humano no existen cromosomas de este tipo. Cromosomas gigantes: Son casos excepcionales, de cromosomas de gran tamaño. Se conocen dos tipos diferentes: los plumosos y los politénicos. Tema 9 Núcleo 4
Autor José Luis Sánchez Guillén Cromosoma politénico Autor LPLT National Human Genome Research Institute Al conjunto de todos los cromosomas metafásicos de una célula se le denomina cariotipo, y viene caracterizado por su número, tamaño y forma. El cariotipo es característico de cada especie. Se suele representar mediante Idiogramas, en los que los cromosomas se ordenan por parejas de mayor a menor, permitiendo una fácil identificación de cualquier anomalía cromosómica en las células de un individuo. Recordemos, por último, que una especie es diploide (2n) si presenta sus cromosomas iguales dos a dos (cromosomas homólogos) y haploide (n) si todos sus cromosomas son diferentes. En este enlace tiene más información sobre el cariotipo y sus alteraciones http://es.wikipedia.org/wiki/cariotipo Todas las imágenes del documento están bajo licencia Creative Commons o son de dominio público. Tema 9 Núcleo 5