Núcleo Celular: Estructura, Cromatina y Ciclo Celular - Prof. Falcó Gens, Apuntes de Biología

¡Descarga Núcleo Celular: Estructura, Cromatina y Ciclo Celular - Prof. Falcó Gens y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity! TEMA 7.EL NÚCLEO. 1.-CONCEPTO Y ESTRUCTURA GENERAL DEL NUCLEO 2.-CROMATINA Y CROMOSOMAS 3.-CICLO CELULAR 4.-DIVISIÓN CELULAR: A)MITOSIS B)MEIOSIS C)MUERTE CELULAR 1.Concepto y estructura general del núcleo Orgánulo celular típico de las células eucarióticas que almacena la mayor parte de la información genética y que actúa como un centro de “control celular”.Su forma es generalmente esférica o lenticular, con un tamaño de entre 5-25 μm de diámetroEstá limitado por una doble membrana denominada “cubierta o envoltura nuclear” que presenta unas perforaciones o “poros” y que tiene la importante función de aislar o separar el proceso de replicación y transcripción del ADN, del proceso de traducción que tiene lugar en el citoplasma. -Estructura: La estructura nuclear varía mucho dependiendo de que la célula esté en interfase o en división.Veamos la estructura del núcleo interfásico -período entre dos divisiones- (figura 1): (Figura 1.Estructura General Núcleo) -Cubierta nuclear:el núcleo está rodeado por dos membranas concéntricas (externa e interna), cada una con un grosor de ≈6 nm de diámetro.Esta envoltura (carioteca) delimita una cavidad con una anchura de 20 – 40 nm → Espacio perinuclear, que separa el material genético del citoplasma. La membrana nuclear externa es continua con el Retículo Endoplásmico (R.E.), de manera que el espacio perinuclear está directamente conectado con la cavidad interna del R.E.De hecho, las membranas nucleares derivan del R.E. La cubierta nuclear no es continua, sino que está interrumpida en ciertos puntos por perforaciones circulares → Poros nucleares, que comunican el nucleoplasma con el citoplasma. Otro hecho estructural ligado a la cubierta nuclear es → Lámina nuclear, está constituída por una o varias proteínas (Lamininas) que forman una malla fibrosa en la cara interna de la membrana nuclear y que tiene una función de soporte estructural del núcleo. -Nucleoplasma:es la matriz nuclear -Cromatina:constituída por ADN y proteínas asociadas (histonas):Se dispone formando agregados fibrilares que se tiñen por colorantes básicos.Se subdivide en dos categorías: a)Cromatina dispersa → Eucromatina b)Cromatina condensada → Heterocromatina 1 -Nucleolo:región del núcleo muy abundante en ARN y proteínas.En él se transcriben o sintetizan los distintos ARNr (ribosómicos) y es en el nucleolo donde estos se ensamblan con las proteínas para dar lugar a las subunidades ribosómicas. Esta estructura cambia cuando el núcleo entra en división.Entre los cambios más importantes que se producen , se observa que la cromatina se condensa formando los → Cromosomas. -Poros nucleares:de forma esférica u octogonal tienen un diámetro medio de unos 90 nm, y si se incluyen los componentes no membranosos asociados alcanzan unos ≈120 nm ǿ formando el llamado → Complejo de poro. El nº de poros por núcleo es muy variable, dependiendo del tipo celular y de la actividad nuclear.En Mamíferos, los poros representan ≈ el 10% del área total de la superficie nuclear (3000-4000/núcleo). -Funciones de la cubierta nuclear: a)Regulación de los intercambios núcleo-citoplasma b)Funciones características del R.E. a)La regulación de los intercambios con el citoplasma se lleva a cabo a través de los “poros nucleares” (por difusión), que permiten el paso de iones y moléculas del tamaño adecuado. b)Las membranas del núcleo poseen un equipo enzimático similar al R.Endoplásmico y por ello realizan o intervienen en recciones metabólicas propias del R.E. como por ejemplo: 1)Elongación y desaturación de los ácidos grasos 2)Biosíntesis de fosfolípidos y colesterol 3)Reacciones de detoxificación 2.Cromatina y Cromosomas La cromatina es la forma que adoptan los cromosomas durante la “interfase celular”, ya que cromosomas y cromatina son dos estados morfológicos de la misma entidad celular.Cuando finaliza la división celular, los cromosomas se descondensan y forman una especie de retículo (cromatina), en el cual cada cromosoma descondensado mantiene su individualidad. Ya hemos definido los dos tipos de cromatina, que según su grado de condensación, se encuentran en la siguiente proporción: a)Heterocromatina:muy condensada (90%) b)Eucromatina:cromatina dispersa o difusa (10%) La Heterocromatina se localiza,frecuentemente, cerca de la envoltura nuclear y también adherida al nucleolo.Esta variedad de cromatina es transcripcionalmente inactiva -a partir de ella no se sintetizan RNAs)- y se corresponde con zonas de los cromosomas que permanecen condensados durante la interfase.Esto es así porque para que la cromatina sea funcional debe estar EXTENDIDA, ya que condensada no es activa. La Eucromatina se corresponde con regiones de los cromosomas en donde la actividad de transcripción –síntesis de ARN a partir del ADN- es muy intensa, porque está en la forma extendida. A su vez, los segmentos de la heterocromatina de los cromosomas puede dividirse en dos categorías: a)Heterocromatina constitutiva (10-20%): es aquella que aparece siempre condensada en todos los tipos celulares de una especie dada y cuyo ADN está siempre inactivo. 2 Figura 5 Figura 6 Además de la constricción primaria, existen otras características morfológicas de los cromosomas.Entre todas ellas, únicamente mencionaremos la denominada → Cinetocoro. Este cinetocoro es un centro organizador de microtúbulos que se sitúa a nivel de la constricción primaria.Están constituídos por proteínas y se forman generalmente durante la profase, su forma es variable ( de disco en Mamíferos y esférica en Vegetales).Cada cromátida del cromosoma posee un cinetocoro, en el que una de sus caras se une a la cromatina y la otra mira hacia los polos del huso -a la cual se unen los microtúbulos cinetocóricos o fibras del huso durante la división celular- (figura 6). -Cariotipo Un concepto importante en relación a los cromosomas es el “Cariotipo”, que lo definimos como: conjunto de cromosomas característicos y convenientemente ordenados de una especie determinada.Estrictamente, el término cariotipo se refiere al grupo de características que permiten la identificación de un conjunto cromosómico (nº de cromosomas, tamaño relativo, longitud de los brazos, posición centrómero etc…). El cariotipo es característico de una especie, de un género o de un grupo más amplio y se representa por la serie ordenada de los pares de cromosomas homólogos según tamaño decreciente.La representación gráfica del cariotipo se denomina → Idiograma (figura 7). La dotación básica de cromosomas de una célula, característica de una especie, está compuesta por n tipos de cromosomas diferentes que constituyen el juego base del cariotipo o “juego haploide” (dotación n). En los organismos diploides, que son la mayoría, la dotación cromosómica completa de las células somáticas contiene dos juegos haploides; uno de los juegos se hereda del padre y el otro de la madre.Por lo tanto,cada tipo de cromosomas está representado por dos ejemplares.Estos dos ejemplares forman un par o pareja de cromosomas y se llaman → Homólogos, porque contienen la misma serie ordenada de genes.Los genes homólogos tienen la misma posición relativa sobre el cromosoma y asumen las mismas funciones,sin embargo, no son siempre rigurosamente idénticos y en tal caso se denominan → Alelos. Figura 7 En la mayoría de los organismos existe un par de cromosomas que en el curso de la evolución se han especializado en la determinación del sexo.Estos cromosomas se denominan sexuales o Heterocromosomas, el resto son los Autosomas.Uno de los sexos lleva un par de cromosomas idénticos (XX) y el sexo opuesto un solo cromosoma (X) o dos diferentes (XY). 3.CICLO CELULAR El crecimiento y desarrollo de los organismos vivos depende del crecimiento y multiplicación de sus células.En los organismos unicelulares la división celular implica una verdadera reproducción ya que por este proceso se producen dos células hijas.En los organismos multicelulares derivan de una sola célula → Cigoto;la repetida división de esta y sus descendientes determina el desarrollo y crecimiento del individuo.En general, todas las células pasan por dos períodos en el curso de sus vidas →Ciclo celular (figura 8). a)Interfase b)División celular (mitosis) La interfase es un periodo de intensa actividad metabólica,durante el cual se transcribe y de duplica el material genético.Durante esta etapa, la información genética no solo es replicada sino que es transcrita en las distintas moléculas de ARN que pasan al citoplasma donde son 5 traducidas en proteínas.En contraste, durante la división celular la síntesis de ARN se detiene. Figura 8.Imagen tomada de:”Vida.La Ciencia de la Biología.Purves y col. Atendiendo a la etapa de la interfase en la que tiene lugar la duplicación del ADN, esta se subdivide en tres intervalos sucesivos que se denominan: -G1: es el periodo de presíntesis y transcurre entre el final de la división y el comienzo de la síntesis de ADN. -S: período de la duplicación o síntesis de ADN. -G2:período de postsíntesis que corresponde al intervalo entre el final de la síntesis de ADN y el comienzo de la división celular. -Fase M o Mitosis: consiste en la división nuclear (cariocinesis) seguida de la división citoplásmica (citocinesis). Los períodos G1 y G2 son fases de crecimiento en las que tiene lugar la síntesis de proteínas y ARNs.La duración del ciclo varía considerablemente de un tipo celular a otro.En general, los períodos S, G2 y la mitosis son relativamente constantes en las diversos tipos celulares de un mismo organismo.El período G1 es el más variable y dependiendo del tipo celular puede durar días,meses o años. La secuencia de acontecimientos en el ciclo celular está regulado por un sistema de control que vigila cada uno de los pasos que realiza la célula, de modo que el ciclo se detiene si no se cumplen las condiciones para pasar de una etapa a la siguiente .Este sistema de control se lleva a cabo principalmente por dos grupos de proteínas que trabajan en asociación: a)Ciclinas y b)Quinasas dependientes de ciclinas. La regulación del ciclo celular tiene lugar principalmente en el período G1.Durante este la célula debe iniciar un nuevo ciclo de división -activándose la síntesis de ADN- o detenerse, entrando entonces en lo que se llama período G0 (fase tardía de G1). DIVISION CELULAR A) Mitosis: consiste en una división del núcleo (Cariocinesis) seguida de una división del citoplasma (Citocinesis).Básicamente, es el proceso de formación de dos células idénticas por replicación y división de los cromosomas de la célula original o “célula madre” que da como resultado una copia de la misma (figura 9). La mitosis es un fenómeno mediante el cual el material nuclear se divide en partes iguales entre las células hijas.Antes de que la célula se divida por mitosis, se ha producido la duplicación de todos los componentes fundamentales y, en especial, de aquellos relacionados con la transmisión hereditaria (ADN).A continuación tiene lugar la “citocinesis”, que conduce a la división del citoplasma en dos partes, acompañando cada una a uno de los núcleos hijos formados. La mitosis es el modo más común de división en las células eucarióticas de los organismos superiores (animales y vegetales) y su consecuencia es el reparto equitativo del material genético en dos células hijas. Figura 9. 6 En toda mitosis, la célula en división se caracteriza por la presencia de dos componentes fundamentales que constituyen la figura mitótica: a)Aparato cromático → conjunto de cromosomas b)Aparato acromático → formado por los centriolos,ásteres y huso En la mayoría de las células eucariotas el desarrollo de la mitosis implica la rotura de la membrana nuclear y la mezcla de los materiales nuclear y citoplásmico → Mitosis abierta. Las distintas etapas que constituyen la mitosis son:a)Profase b)Prometafase c)Metafase d)Anafase y d)Telofase.El desarrollo de las diferentes fases se observa en el documento distribuído en clase. Una vez finalizada la cariocinesis o división nuclear –en muchos casos no existe coordinación con la mitosis-, se inicia la división del citoplasma de la célula madre entre los dos núcleos hijos → Citocinesis. Por lo general, en la mayoría de los casos , la citocinesis comienza hacia la mitad de la anafase estando coordinada con la cariocinesis.En todas las células animales,protozoos,muchas algas y en la formación del polen en Dicotiledóneas la división del citoplasma tiene lugar por estrangulación.Sin embargo, en la mayor parte de las células vegetales el proceso es muy distinto y no se produce por estrangulación, sino que la división implica la formación de la denominada → Placa Celular o Fragmoplasto. B)Meiosis Es un proceso específico de la línea germinativa y se desarrolla en el transcurso de la diferenciación de las células sexuales masculinas y femeninas.Su finalidad es la formación de gametos (óvulos y espermatozoides) con un juego cromosómico → Haploides (tienen una sola copia de la información genética del organismo). En los organismos que se reproducen sexualmente las células sexuales o gametos se fusionan en un zigoto, el cual por divisiones y diferenciaciones sucesivas origina un nuevo organismo.Lógicamente, durante la fecundación se dobla el nº de cromosomas; por ello ,si los gametos fueran diploides el zigoto resultante tendría el doble de cromosomas.Para evitar este hecho, durante la formación de los gametos tiene lugar la → Meiosis, mediante la cual el nº diploide de cromosomas se reduce a un juego único o haploide en cada gameto. El esquema básico del proceso meiótico es muy simple, ya que consiste en dos divisiones nucleares consecutivas precedida de una sola replicación de los cromosomas.Así pues, y al contrario de la mitosis, en la meiosis la replicación cromosómica va seguida de dos divisiones consecutivas que distribuyen los cromosomas en cuatro células y no en dos (figura 10). Los fenómenos nucleares de la meiosis son muy uniformes en todos los organismos eucariotas, tanto animales como vegetales, y también son parecidos en los dos sexos.Los fenómenos citoplásmicos, sin embargo, son muy diferentes. -Procesos esenciales en la meiosis: a)Reducción del nº de cromosomas b)Recombinación genética por intercambio de segmentos cromosómicos c)Segregación (distribución) al azar de los cromosomas La redistribución de cromosomas durante la meiosis, junto con la recombinación de genes en el entrecruzamiento, proporciona una fuente casi ilimitada de variación genética en los gametos formados por un solo individuo. En la meiosis tienen lugar dos divisiones celulares sucesivas, Meiosis I (reducción) y Meiosis II (división), cuyo desarrollo se puede estudiar en el documento distribuido en clase. La primera división meiótica se caracteriza porque de cada par de cromosomas homólogos duplicados, uno emigra a un polo y el otro al opuesto, reduciéndose a la mitad el nº de cromosomas (de 2n que es la dotación diploide se pasa a n, que es la dotación haploide).La reducción de la cantidad de ADN (la que tendrá cada gameto) tiene lugar en la meiosis II. 7