UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR

INTRODUCCION

El núcleo celular es una característica que distingue a las células eucariotas de las células procarióticas ocupa alrededor del 10% del volumen total de la célula.El núcleo contiene el material genético de los organismos eucarióticos el cual tiene la función de almacenar la información hereditaria y controlar el metabolismo celular.El núcleo típico de una célula eucariótica se distingue dos partes: la carioteca y la región intracelular. La carioteca o envoltura nuclear esta constituida por el plegamiento de una porción del sistema de endomembranas que se diferencian en una membrana externa e interna, un espacio perinuclear (entre ambas) y la lamina nuclear.La región intracelular esta por el carioplasma (denominado también núcleoplasma, cariolinfa o jugo nuclear constituye la matriz del núcleo es una masa coloidal semilíquida, incolora y viscosa), los cromosomas, la cromatina y el nucleolo el cual es donde nos avocaremos a estudiar detalladamente por que es ahí donde se produce las funciones que debe realizar el núcleo celular.

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

1) CROMOSOMAS

1.1) CONCEPTO

Los cromosomas fueron descubiertos por Karl Wilhelm von Nägeli en 1842 deriva del griego chroma, color, y soma, cuerpo o elemento

Son estructuras nucleoproteínas formadas por enrollamiento de la fibras de cromatina. De acuerdo a la teoría cromosómica son los que portan los genes entonces son también portadores del ADN, por lo tanto son parte integral estructural imprescindible de los seres vivos. Su número es constante para una especie determinada

Esta constituido de ADN y de proteínas especiales llamadas histonas que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas en las cuales los cromosomas se ven como una maraña de hilos delgados, llamada cromatina. Cuando la célula comienza su proceso de división (cariocinesis), la cromatina se condensa y los cromosomas se hacen visibles como entidades independientes. Se suelen representar por pares, en paralelo con su homólogo.

1.2) ESTRUCTURA DE UN CROMOSOMA

a) CENTROMERO

Participa en el reparto de las dos copias cromosómicas generadas de la replicación del ADN a las células hijas.

b) LOS TELOMEROS

Corresponde a los extremos de los cromosomas.

c) ORIGENES DE REPLICACION

El ADN exhibe nucleótidos especiales, tienen en común secuencias conservadas de alrededor una docena de pares de nucleótidos llamadas ARS

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH

Telómero

Orígenes de replicación

Centrómero

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

1.3) HISTONAS

Desempeñan un papel fundamental en el enrollamiento de la cromatina. Se trata de proteínas con una alta proporción de lisina y arginina, es decir, de aminoácidos cargados positivamente. Esto contribuye a la unión de las histonas con las moléculas de ADN, en las cuales predominan las cargas negativas.

Hay diferentes clases de histonas como son: H1, H2A, H2B, H3, H4 la clase H1 tiene 6 subclases con 220 aminoácidos los restantes poseen entre 103 y 135 aminoácidos estas ultimas llevan el nombre de histonas nucleosómicas, porque la molécula de ADN se enrolla en torno de ellas para formar los nucleosomas.

1.4) MORFOLOGIA DE LOS CROMOSOMAS METAFISICOS

a) CROMATIDAS

Son dos componentes filamentosos.

b) CENTROMERO

Desempeñan un papel esencial en la separación de las cromátidas hermanas, divide a cada cromátida del cromosoma en telómeros o en dos brazos un brazo corto o brazo (p) y un brazo largo o brazo (q). Algunos cromosomas presentan satélites en el brazo corto.

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

1.5) CLASIFICACION DE LOS CROMOSOMAS DE ACUERDO A LA

POSICION DEL CENTROMERO

a) CROMOSOMA METACÉNTRICO

Un cromosoma metacéntrico es un cromosoma cuyo centrómero se encuentra en la mitad del cromosoma, dando lugar a brazos de igual longitud.Cuatro pares de los cromosomas humanos poseen una estructura metacéntrica, el 1, el 3, el 19 y el 20; también, el cromosoma X se presenta así.

b) CROMOSOMA SUBMETACÉNTRICO

Un cromosoma submetacéntrico es un cromosoma en el cual el centrómero se ubica de tal manera que un brazo en ligeramente más corto que el otro.La mayor parte de los cromosomas humanos son submetacéntricos excepto los cromosomas 1, 3, 19, 20 y el X que son metacéntricos y 13, 14, 15, 21 y 22 que son acrocéntricos; además, el cromosoma Y a veces es considerado submetacéntrico aunque otros lo describen como acrocéntrico sin satélite.

c) CROMOSOMA ACROCÉNTRICO

Un cromosoma acrocéntrico es aquel cromosoma en el que el centrómero se encuentra más cercano a uno de los telómeros, dando como resultado un brazo muy corto (p) y el otro largo (q).De los 23 pares de cromosomas humanos el cromosoma 13, el 14, el 15, el 21 y el 22 son acrocéntricos y actúan como organizadores nucleolares.

El par de gonosomas o sexocromosomas se constituyen por X (metacéntrico mediano) e Y considerado acrocéntrico sin satélites, aunque en algunas revisiones de la literatura se le refiere como submetacéntrico.

Algunas entidades se encuentran formadas por hebras de ADN o ARN sin formar estructruras complejas como la de los cromosomas, un ejemplo claro son los virus.

d) CROMOSOMA TELOCÉNTRICO

Un cromosoma telocéntrico es un cromosoma en el que el centrómero está localizado en un extremo del mismo.De los cromosomas humanos ninguno presenta esta característica; pero, por ejemplo, los 40 cromosomas del ratón común son telocéntricos

1.6) CROMOSOMAS SEXUALES

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

En muchos organismos, uno de los pares de los cromosomas homólogos es distinto al resto, realizando la determinación genética del individuo. A estos cromosomas se les llama cromosomas sexuales o heterocromosomas e incluso gonosomas, porque determinan el sexo por la proporción de los dos cromosomas homólogos.

a) Sistema de determinación XY :

Es propio del ser humano y muchos otros animales. Las hembras, siendo XX, darán gametos iguales con cromosoma X, sexo homogamético y los machos, siendo XY, darán dos tipos de gametos, uno con el cromosoma X y otro con el cromosoma Y. La probabilidad de que en la fecundación, al unirse los gametos, resulte una combinación XX (hembra) o XY (macho) es del 50%.

b) Sistema de determinación ZW :

En otras especies (mariposas, p.e.) ocurre lo contrario, el sexo masculino es homogamético (ZZ) y el femenino heterogamético (ZW).

c) Sistema de determinación XO :

Otras especies (peces, insectos, anfibios) que no tienen el cromosoma Y, determinándose el sexo por el número de cromosomas X, macho XO y hembra XX.

1.7) CONSTANCIA DEL NÚMERO DE CROMOSOMAS

Usualmente las especies animales y vegetales tienen un número de cromosomas constante y determinado que constituyen su cariotipo (ley de la constancia numérica de los cromosomas), aunque existen especies con una alta variabilidad cariotípica, no sólo en número sino en forma y tamaño de los cromosomas.

1.8) EL CARIOTIPO HUMANO

GRUPO A

Se encuentran los cromosomas 1,2, 3

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

GRUPO B

Se encuentran los cromosomas 4, 5

GRUPO C

Es el grupo más difícil. Este grupo consta de 7 pares de cromosomas de tamaño mediano submetacéntricos, además en este grupo deberían incluirse los cromosomas X (uno o dos según el sexo). El cromosoma 6 se confunde a veces con los del grupo B. Tiene un brazo corto con una banda distal, entre el centrómero y esa banda hay una zona de tinción muy débil. En el brazo largo podemos observar  varias bandas.

Se encuentran los cromosomas 7, 8, 9, 10, 11 y 12

GRUPO D

Se encuentran los cromosomas 13, 14,15

GRUPO E

Se encuentran los cromosomas 16, 17, 18

GRUPO F

Se encuentran los cromosomas 19 y 20

GRUPO G

Se encuentran los cromosomas 21 y 22.

EL CARIOTIPO UNA VEZ COMPLETADO SERÍA EL SIGUIENTE

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

1.9) ENFERMEDAD CROMOSÓMICAS

Son debidas a alteraciones en la estructura de los cromosomas, como pérdida o deleción cromosómica, aumento del número de cromosomas o translocaciones cromosómicas. Algunos tipos importantes de enfermedades cromosómicas se pueden detectar en el examen microscópico

a) HERENCIA LIGADA AL SEXO

Hay caracteres que solo aparecen en uno de pos dos sexos, siendo uno de ellos mucho mas frecuente que el otro.

a.1) Hemofilia

Es un estado patológico caracterizado por la falta de coagulación en la sangre. Se debe a la presencia de un gen recesivo ligado al cromosoma X. Se manifiesta solo en varones, siendo las mujeres portadoras.

a.2) Daltonismo

Es la incapacidad de distinguir el color verde del rojo. Se da por la presencia de un gen recesivo ligado al cromosoma X. Las mujeres son portadoras y los varones son los que manifiestan.

a.3) Ictiosis

Afección a la piel que se caracteriza por la formación de escamas y cerdas, depende de un gen recesivo ligado al cromosoma Y; afecta solo a varones.

b) SINDROMES

Son anomalías del núcleo celular que solo conciernen a un cromosoma. Los más importantes son

b.1) Síndrome de Down o Mongolismo

Se presenta una trisomía en el par cromosómico 21. Es un trastorno frecuente que sucede cuando una persona tiene tres copias del cromosoma 21, estos individuos presentan 47 cromosomas en total. Son individuos con deficiencia mental, rostro ancho, cabeza redonda, nuca gruesa, anomalías en las manos pómulos salientes.

b.2) Síndrome de Edwars

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

Se presenta trisomía en el par 18. En total hay 47 cromosomas. Los individuos presentan retraso mental y retraso en el desarrollo. Sufren hipertensión. Tiene orejas deformadas

b.3) Síndrome de Turner

Se presenta en mujeres. Solo tiene un cromosoma X en total tienen 45 cromosomas. Son generalmente de baja estatura, con retraso en el crecimiento, infantilismo sexual y esterilidad.

b.4) Síndrome de Klinefelter

Se da en hombres, presenta un cromosoma X más. En total tiene 47 cromosomas. Presentan genitales pequeños, ausencia de espermatogénesis y frecuentemente hay retraso mental.

2) CROMATINA

2.1) CONCEPTO

Es un complejo macromolecular formado por la asociación de ácido desoxirribonucleico o ADN y proteínas básicas, las histonas, que se encuentra en el núcleo de las células eucarióticas. Durante la interfase (periodo de división no aparente) su función es permitir la expresión de la información genética. Cuando se produce la división celular, se concentra y forma los cromosomas. Las fibras de cromatina están constituidas por una sucesión de estructuras redondeadas, los nucleosomas. Éstos tienen un núcleo llamado octámero, formado por cuatro pares de histonas; otra histona, la H1, mantiene unidos los octámeros. Doscientos pares de nucleótidos de ADN rodean las proteínas para completar cada nucleosoma. Visto al microscopio electrónico tiene el aspecto de un collar de cuentas. Para formar los cromosomas, las fibras se disponen en bucles que se sujetan a un armazón de proteínas no histónicas.

Diferentes niveles de condensación de ADN.

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

(1) Hebra simple de ADN. (2) Hebra de cromatina (ADN con histonas, "cuenta de collar"). (3) Cromatina durante la interfase con centrómero. (4) Cromatina condensada durante la profase (Dos copias de ADN están presentes). (5) Cromosoma durante la metafase.

La cromatina es el conjunto de ADN, histonas y proteínas no histónicas que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y que constituye el cromosoma eucariótico.

Las unidades básicas de la cromatina son los nucleosomas. Éstos se encuentran formados por aproximadamente 146 pares de bases de longitud (el número depende del organismo), asociados a un complejo específico de 8 histonas nucleosómicas (octámero de histonas). Cada partícula tiene una forma de disco, con un diámetro de 11 nm y contiene dos copias de cada una de las 4 histonas H3, H4, H2A y H2B. Este octámero forma un núcleo proteico alrededor del que se enrolla la hélice de ADN (da aproximadamente 1.8 vueltas). Entre cada una de las asociaciones de ADN e histonas existe un ADN libre llamado ADN "espaciador", de longitud variable entre 0 y 80 pares de nucleótidos que garantiza flexibilidad a la fibra de cromatina. Este tipo de organización, permite un primer paso de compactación del material genético, y da lugar a una estructura parecida a un "collar de cuentas".

Posteriormente, un segundo nivel de organización de orden superior lo constituye la "fibra de 30nm" compuestas por grupos de nucleosomas empaquetados uno sobre otros adoptando disposiciones regulares gracias a la acción de la histona H1.

Finalmente continúa el incremento del empaquetamiento del ADN hasta obtener los cromosomas que observamos en la metafase, el cual es el máximo nivel de condensación del ADN.

2.2) TIPOS DE CROMATINA

a) HETEROCROMATINA ,

Es una forma inactiva condensada localizada sobre todo en la periferia del núcleo, que se tiñe fuertemente con las coloraciones. La heterocromatina puede ser de dos tipos diferentes:

a.1) La constitutiva

Idéntica para todas las células del organismo y que carece de información genética, incluye a los telómeros y centrómeros del cromosoma que no expresan su ADN.

a.2) La facultativa

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

Diferente en los distintos tipos celulares, contiene información sobre todos aquellos genes que no se expresan o que pueden expresarse en algún momento. Incluye al ADN satélite y al corpúsculo de Barr.

b) EUCROMATINA

Menos condensada, posee el ADN transcripcionalmente activo por lo tanto representa la forma activa de la cromatina en la que se está transcribiendo el material genético de las moléculas de ADN a moléculas de ARNm, por lo que es aquí donde se encuentran la mayoría de los genes activos.

La distinción tajante entre eucromatina activa y heterocromatina inactiva es aceptable actualmente, pero con importantes reservas.

3) NUCLEOLO

3.1) CONCEPTO

El nucleolo fue descrito por primera vez por Fontana en 1781. Santiago Ramón y Cajal, más tarde lo describió como un conjunto de esferas. En 1951, Stable y Sotelo describen el nucleolo como un ovillo de filamentos.

El nucleolo es una estructura densa localizada en el nucleoplasma, que suele aparecer a razón de dos o tres por célula, aunque eso dependerá del tipo celular y de la actividad de ésta. Se observa sólo durante la interfase porque desaparece durante la división celular. Es rico en RNA y proteínas, y contiene pequeñas cantidades de DNA que se muestra inactivo.

3.2) NUMERO DE NUCLEOLOS EN UN NUCLEO

El número de nucleolos es bastante variable dependiendo del tipo de célula estudiado. Incluso en un mismo tipo celular, se pueden dar importantes variaciones en cuanto a cantidad. La mayoría de las células tienen uno o dos nucleolos aunque se pueden llegar a dar muchos como por ejemplo en oocitos de anfibios, donde se han llegado a encontrar mil nucleolos.

3.3) ESTRUCTURA DEL NUCLEOLO

Morfológicamente, el nucleolo suele ser esférico pero puede adoptar formas muy irregulares. Suelen encontrarse en el centro del nucleo o ligeramente desplazados hacia la periferia. Su tamaño puede ser también muy variable pero suele oscilar entre una y dos micras. El nucleolo se divide en dos regiones

Se distinguen los siguientes componentes:

a) Parte amorfa o nucleoloplasma :

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

Corresponde a los espacios de escasa densidad a los electrones que forman cavidades intercomunicadas en la parte densa. Contiene gránulos de DNA.

b) Parte densa o nucleolonema :

Se distinguen:  

b.1) Parte granular :

Formada por agrupaciones de gránulos de unos 25 nm de diámetro, que contienen ribonucleoproteínas.

b.2) Parte fibrilar :

Más densa que la anterior, constituida por fibrillas de unos 8-10 nm, también formadas por ribonucleoproteínas.

b.3) Centro fibrilar :

Muy evidente en algunos nucléolos, donde puede haber varios centros fibrilares y de densidad inferior a la de las partes granular y fibrilar. Consiste en finas fibrillas de 7-9 nm. Contiene DNA y algo de RNA. Debido al contenido en DNA, se ha considerado que los centros fibrilares corresponden a organizadores nucleolares en fase activa o de trascripción. Otros autores le atribuyen función de almacén de reservas proteicas para la síntesis ribosómica.

    En muchos nucléolos se observa también una masa fibrilar densa que contiene exclusivamente DNA. Es la heterocromatina asociada al nucléolo y corresponde a la heterocromatina telomérica de los organizadores nucleolares.

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

3.4) FUNCIÓN DEL NUCLEOLO

La función principal del nucléolo es la biogénesis de ribosomas desde su componentes de ADN para formar ARN prerribosomal. Está relacionado con la síntesis de proteínas. En células con una síntesis proteica intensa hay muchos nucleolos.

Además, investigaciones recientes, han descrito al nucléolo como el responsable del tráfico de pequeños segmentos de ARN. El nucléolo además, interviene en la maduración y el transporte del ARN hasta su destino final en la célula.

Aunque el nucléolo desaparezca en división, algunos estudios actuales aseguran que regula el ciclo celular.

3.5) COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL NUCLEOLO

La proporción de RNA en el nucléolo es muy variable y depende del tipo celular y del estado funcional. Se estima como valor medio un 10%, aunque en algunas células puede alcanzar el 30%.

Siempre se encuentra entre un 1-3% de DNA, que corresponde al centro fibrilar y a la heterocromatina asociada al nucléolo.

El componente mayoritario son proteínas, que constituyen prácticamente el resto del nucléolo, se trata de fosfoproteínas (ácidas) y otras proteínas muy diversas, algunas de las cuales son básicas. Entre las proteínas del nucléolo se encuentran las snRNP (ribonucleoproteínas nucleares pequeñas), que intervienen en la maduración del rRNA y ayudan a la construcción del ribosoma. También se han detectado enzimas principalmente las necesarias para la síntesis de RNA y su procesamiento.

3.6) CICLO DEL NUCLÉOLO

El nucléolo no se observa a lo largo de todo el ciclo celular. Al igual que los cromosomas, sufre una serie de cambios según se encuentre en interfase o en división. En interfase no sufre cambios morfológicos significativos (se puede dar un aumento o una fusión de varios). Sin embargo en división se dan cambios que determinan el ciclo del nucléolo. En este ciclo hay tres etapas:

a) Desorganización profásica:

El nucléolo disminuye de tamaño y se hace bastante irregular. Aparecen pequeñas masas de material nucleolar que se disponen entre los cromosomas profásicos que se están condensando.

b) Transporte metafásico y anafásico :

El nucléolo pierde su individualidad y sus componentes se incorporan a los cromosomas metafásicos.

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

BIBLIOGRAFIA

De Robertis, 1997. “BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR”. Duodécima edición buenos aires El Ateneo

Junqueira, Carneiro, 1999. “BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR”. Sexta edición, MacGraw-Hill, Interamericana

ADUNI, 2004. “BILOGIA”. Segunda edición, Lumbreras Editores, Perú

ESTRUCTURA Y FUNCION DEL NUCLEO CELULAR JETH