Biología 2º de Bachillerato: El Núcleo Celular y el Ciclo Celular, Apuntes de Biología

¡Descarga Biología 2º de Bachillerato: El Núcleo Celular y el Ciclo Celular y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity! Biología 2º de Bachillerato Colegio Zazuar TEMA 7 “El núcleo celular. La reproducción celular” (Tiempo estimado: 4 sesiones) 1. EL NÚCLEO CELULAR El núcleo es una parte de la célula eucarionte que contiene en su interior la información genética en forma de ADN, es el lugar dónde tiene lugar su replicación y la síntesis de todos los tipos de ARN. La aparición del núcleo en el proceso evolutivo celular, como consecuencia de la compartimentación celular que llevó desde las células procariotas hasta las eucariotas, supuso un gran logro ya que dotó al material genético de una especial protección. Si bien el contenido nuclear es invariable, no lo es su estructura, que varía en función de que la célula se encuentre en interfase, núcleo interfásico, o en proceso de división, núcleo mitótico. 2. EL NÚCLEO INTERFÁSICO El núcleo ocupa una porción variable del espacio celular, si bien lo más habitual es que sea aproximadamente un 10% del volumen total. El número de núcleos es variable: puede tener muchos (sincitios, plasmodios, células musculares estriadas, osteoblastos), dos (algunos protistas), ninguno (eritrocitos), aunque lo más habitual es que sean mononucleadas. Su tamaño es constante en cada tipo celular y está relacionado en proporción directa con su actividad metabólica. Suele ocupar una posición central, aunque en ocasiones se sitúa de forma excéntrica (células adiposas, células secretoras), y la forma más predominante es esférica o semiesférica en células animales, y discoidal en vegetales, aunque la tipología es variadísima. Consta de varios elementos estructurales: a) Envoltura nuclear: formada por una doble membrana, que contiene en su interior un espacio intermembranal que se continúa con el lumen del RE. La membrana nuclear externa tiene adosados ribosomas en su cara citosólica, y aparece como continuación a la del RE, liso o rugoso. En la interna aparece en su cara nucleoplásmica la llamada lámina fibrosa o lámina nuclear formando varias capas con una función estructural que ancla la cromatina e interviene en el proceso que permite, durante la profase I de la meiosis, el sobrecruzamiento de los cromosomas homólogos. b) Poros nucleares: aparecen como puntos dónde la doble membrana aparece fusionada, formando lugares de paso de grandes moléculas (ARN, proteínas). Son estructuras dinámicas en número variable que aparecen y desaparecen o se desplazan por la superficie de membrana en función de las necesidades de la célula. Cada uno de ellos está formado por un complejo de poro, con ocho proteínas formando un octógono, y unas proteínas transportadoras en su zona central. El conjunto está anclado entre si y a la membrana por unas fibrillas proteicas. 1/10 Biología 2º de Bachillerato Colegio Zazuar c) Cromatina: constituida por el conjunto de ADN e histonas, con diversos niveles de complejidad. De su estructura y composición ya hablamos ampliamente en el apartado correspondiente a la estructura terciaria del ADN, en el tema 4. d) Nucleoplasma o carioplasma o matriz nuclear: es la matriz coloidal acuosa del interior del núcleo, dónde se encuentra la cromatina (ADN e histonas), proteínas no histónicas y ARN. e) Nucleolo: es una estructura esférica situada en la periferia del núcleo, no rodeado por ninguna membrana y sólo visible durante la interfase. Normalmente es único, aunque a veces pueden aparecer más de uno (algunas células hepáticas y neuronas). Su tamaño está relacionado de forma directa con el volumen de la actividad de síntesis de proteínas que se de en cada célula. Su función es fabricar, mediante la transcripción, los distintos tipos de ARNr a partir de un ARN transcrito primario denominado ARN nucleolar (ARNn) que será fragmentado y transformado posteriormente. A continuación, en una región granular, se ensamblan con las proteínas ribosomales, previamente sintetizadas en el citosol y transportadas al nucleolo, para formar las dos subunidades ribosomales. Finalmente estas salen al citosol y se ensamblan para formar ribosomas completos. Su contenido constituye el nucleoloplasma, de aspecto amorfo, en el que se distinguen una región granular, donde se ensamblan las subunidades ribosomales, y una región fibrilar, dónde se produce la transcripción del ADN en ARN. 3. EL NÚCLEO MITÓTICO Durante la división celular el núcleo cambia de fisionomía al desintegrarse la membrana nuclear y condensarse la cromatina, dando lugar a los cromosomas. De estos ya vimos con detalle su estructura y clasificación en el apartado correspondiente del tema 4. 3.1. LOS CROMOSOMAS El número de cromosomas de un organismo es constante para cada especie, salvo en las células germinales o sexuales, que tras un proceso de meiosis reducen su número a la mitad. La gran mayoría son organismos diploides (2n), es decir que poseen dos juegos de cromosomas semejantes (no idénticos, ojo, ya que contienen información para los mismos caracteres, aunque no idéntica, al ser uno de procedencia paterna y otro materna). No confundamos esta duplicidad del material genético con la duplicación que tendrá lugar en la célula en la interfase previa a la división, en la que se generaran cromátidas ahora sí, gemelas e idénticas. En el caso de organismos diploides los cromosomas aparecen por lo tanto duplicados, formando parejas de homólogos. Los organismos haploides (n), que sólo poseen un juego cromosómico, son muy escasos correspondiéndose normalmente con células especializadas en la reproducción (gametos, esporas de musgos y helechos,...). En ocasiones aparecen organismos poliploides (triploides, tetraploides,...) cuando poseen más de dos juegos cromosómicos. 2/10 Biología 2º de Bachillerato Colegio Zazuar eritrocitos) mientras que otras entran o salen de G0 en función de las necesidades celulares o del momento celular. - Fase S: en la que se produce la síntesis o replicación del ADN destinado a ser distribuido a las células hijas cuando se produzca el siguiente proceso de división mitótica. También se sintetizan las nuevas histonas, dando como resultado una copia íntegra de todo el material genético, por lo que durante la mitosis cada cromosoma estará formado por las dos cromátidas gemelas originadas durante esta fase S. En las células animales también se duplican el par de centríolos que forman el centrosoma y en las vegetales, que no los poseen, la región densa con propiedades de COM se divide en dos. Su duración en un mamífero podría ser de 8/24 aproximadamente. - Fase G2: en ella todo se prepara para la inminente división celular y se sintetizan todas aquellas proteínas necesarias para que se dé la mitosis. Esta fase acaba en el momento en que la cromatina se condensa y se comienza a adoptar la estructura típica en “X” de los cromosomas. Su duración en un mamífero podría ser de 4/24 aproximadamente. - Fase M: o de mitosis, en la que se produce la división celular en dos células hijas idénticas. Esta división consta de una primera división del material nuclear o cariocinesis y posteriormente del resto de la célula o citocinesis. Su duración en un mamífero podría ser de 1/24 aproximadamente. El ciclo celular se regula en determinados puntos estratégicos de control en su recorrido, mediante unas proteínas llamadas ciclinas, que actúan permitiendo el paso a la siguiente etapa, sólo cuando se han completado las previas. En animales superiores, cuando las células ya han realizado un número determinado de ciclos celulares completos, se produce una muerte celular programada o apoptosis, al ser destruidas por el sistema inmune para garantizar su funcionamiento óptimo. 5. LA MITOSIS La mitosis o cariocinesis ocurre tanto en organismos unicelulares como forma de reproducción celular asexual, como en organismos pluricelulares para producir su crecimiento o reponer células envejecidas, dañadas o perdidas. Las células que se originan por mitosis, son dos en total, son idénticas genéticamente a la célula madre debido a que como ya vimos, durante la interfase previa a la mitosis ocurre la duplicación del ADN (se crean dos copias idénticas del ADN, una para cada célula hija) y posteriormente se reparte cada una de las copias del ADN, el citoplasma y los orgánulos entre las dos células hijas. Por este motivo, a esta división se la llama división ecuacional, al conservarse intacta la dotación genética y cromosómica original de la especie. Esta circunstancia provoca que el proceso de mitosis no sea relevante en el proceso evolutivo, al no aportar variabilidad genética ninguna. El proceso de mitosis ocurre de forma continua, sin embargo, para facilitar su estudio se subdivide en cuatro fases (para comprenderlo mejor, sigue el esquema gráfico que tienes en las páginas 126 y 127 de tu libro de texto): 5/10 Biología 2º de Bachillerato Colegio Zazuar PROFASE: - La cromatina se condensa y espiraliza mucho dando lugar a los típicos cromosomas en forma de “X”, en ellos se aprecian dos cromátidas que son gemelas al haberse copiado el ADN en la interfase. - La pareja de centríolos, el centrosoma o áster, en las células animales o la región densa del COM en las vegetales, se duplicó en la interfase (en la fase S), y ahora cada pareja (o región) se desplaza a un polo celular. Las mitosis de células animales se denominan también astrales, por la presencia del áster, y las de células vegetales, anastrales por su ausencia. - Surgen unas fibras polares (microtúbulos lábiles del citoesqueleto, ya visto) desde los centríolos situados en los polos (o desde la región del COM en las vegetales) hasta los centrómeros de cada cromosoma, comenzando a formarse el huso acromático. Surgen también las fibras cinetocóricas desde los dos cinetocoros de cada cromosoma de forma simultánea, que se dirigen hacia ambos polos, para situar a los cromosomas en el punto central entre los polos. - La membrana nuclear y el nucléolo dejan de ser visibles y los cromosomas se dispersan por el citoplasma. METAFASE: - Los cromosomas ya están en su máximo grado de condensación y son perfectamente visibles. - Los cromosomas están colocados en el centro de la célula formando la llamada placa ecuatorial. Contribuye a ello el crecimiento sincrónico de las fibras polares hacia cada polo. Se colocan de forma que las cromátidas quedan orientadas perpendicularmente respecto a las fibras del huso, una hacia cada polo celular. ANAFASE: - Las dos cromátidas de cada cromosoma comienzan a separarse hacia cada polo de forma brusca y simultánea, arrastradas por las fibras cinetocóricas, que se acortan progresivamente. - Finalmente, las cromátidas de cada cromosoma se separan por el centrómero y migran hacia cada polo, formándose dos grupos de cromátidas en cada polo celular. (¡Ojo!: Debemos recordar que se separan cromátidas). TELOFASE: - Desaparecen los microtúbulos cinetocóricos aunque persisten los polares. - Reaparecen los nucléolos y los cromosomas se empiezan nuevamente a descondensar, dejando de ser visibles como tales y pasando a un estado de cromatina. - Al final de esta fase reaparece la membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromátidas formándose nuevamente el núcleo y también los nucléolos. Finalmente tiene lugar la citocinesis o división del citoplasma celular. En células animales ocurre por estrangulación mediante un anillo contráctil proteico (actina y miosina) que se cierra progresivamente, en células vegetales ocurre por la formación 6/10 Biología 2º de Bachillerato Colegio Zazuar de un fragmoplasto o tabique intermedio a cargo del complejo de Golgi que divide a las células hijas, pero las mantiene unidas. 6. LA MEIOSIS La meiosis se produce con el objeto de, a partir de células diploides llamadas meiocitos, formar gametos (óvulos y espermatozoides), es decir, células haploides que intervendrán en la reproducción sexual. Tiene además la gran importancia de aportar variabilidad genética, lo que constituye uno de los “motores” responsables del proceso de la evolución. Las células formadas, cuatro en total, contendrán la mitad del contenido genético que la célula madre, para que al unirse dos de ellas en la fecundación regeneren nuevamente en el cigoto el número cromosómico diploide normal de la especie. Previa a la meiosis, durante la interfase ocurrió, como ya vimos antes, la duplicación del ADN (se crean dos copias idénticas del ADN, una para cada célula hija). Sin embargo las células que se originarán al finalizar el proceso no serán genéticamente idénticas, como ocurría en la mitosis, debido a los acontecimientos que tendrán lugar durante paquitena, en la profase de la primera división meiótica (sobrecruzamiento cromosómico y recombinación génica). La pareja de centríolos, el centrosoma o áster, en las células animales o la región densa del COM en las vegetales, se duplicó en la interfase (en G2), y ahora cada pareja (o región) se desplaza a un polo celular. El proceso de meiosis consta de dos divisiones sucesivas, la primera reduccional (el número de cromosomas se reduce a la mitad) y la segunda ecuacional (el número de cromosomas se mantiene), en cada una de las cuales se distinguen varias fases: PRIMERA DIVISIÓN MEIÓTICA: PROFASE I. La más larga de todo el proceso y en la que ocurren los acontecimientos más significativos: - LEPTOTENA: La cromatina se condensa y espiraliza mucho dando lugar a los típicos cromosomas en forma de “X”, en ellos se aprecian dos cromátidas que son gemelas al haberse copiado el ADN previamente en la fase S. Los cromosomas se unen extendidos a la placa de unión del interior de la membrana nuclear por sus extremos. Surgen unas fibras polares desde los centríolos situados en los polos (o desde la región del COM en las vegetales), comenzando a formarse el huso acromático. - ZIGOTENA: Los cromosomas homólogos se colocan extendidos uno junto al otro, de forma que cada gen de un cromosoma quede exactamente frente al mismo gen de su homólogo. Entre los homólogos se crea el complejo sinaptonémico que los sitúa alineados gen a gen, dando lugar a las tétradas o bivalentes. - PAQUITENA: Es la fase “estrella” del proceso, en la que ocurren los hechos más significativos de toda la meiosis. Ocurre el sobrecruzamiento o “crossing-over” de los cromosomas homólogos, que da lugar al intercambio de genes entre ellos (sólo una de las cromátidas de cada uno) es decir a la recombinación génica, lo que lleva 7/10