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Características del Núcleo Celular: Descripción, Función y Procesos de Reproducción, Apuntes de Biología

El nãºcleo celular, su caracterã­sticas, funciones y los procesos de reproducciã³n, incluyendo la mitosis y meiosis. Se describe su forma, tamaã±o, funciã³n en la divisiã³n celular y la importancia de los arnr y histonas. Ademã¡s, se menciona la clasificaciã³n de los cromosomas y su relaciã³n con los nucleolos.

Tipo: Apuntes

2013/2014

Subido el 09/01/2014

kevinocho
kevinocho 🇻🇪

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EL NÃCLEO Y LA REPRODUCCIÃN CELULAR
1. Núcleo: envoltura nuclear, nucleoplasma, cromatina y nucléolo.
El núcleo es caracterÃ−stico de la célula eucariota. Aunque sólo existe durante la interfase (núcleo
interfásico), y desaparecen sus lÃ−mites durante la división celular, suele hablarse también de núcleo
mitótico o meiótico para definir la condensación de la cromatina para formar los cromosomas.
Se localiza casi siempre en posición central aunque puede ser lateral (células vegetales), basal (células
secretoras), etc.; suele ser esférico, con excepciones (lobulado en algunos glóbulos blancos).
Suele existir uno por célula, aunque existen células plurinucleadas, en cuyo caso pueden proceder de la
unión de varias células formando un sincitio (células musculares estriadas esqueléticas); o pueden
formarse por división sucesiva del núcleo sin la citocinesis, formando un plasmodio. Hay excepciones de
células sin núcleo (eritrocitos de mamÃ−feros).
1.1. Envoltura nuclear.
Se desorganiza cuando comienza la división celular. Es doble, al ser prolongación del R.E.R. Tiene varios
componentes:
· Membrana nuclear externa. Prolongación del R.E.R. Tiene ribosomas adosados.
· Membrana nuclear interna. Está conectada con una red fibrosa de proteÃ−nas denominada corteza
nuclear o lámina fibrosa que sirve de soporte a la envoltura y de lugar de anclaje de la cromatina en ciertos
puntos.
· Espacio intermembrana o perinuclear. Se prolonga hacia la luz del R.E.R.
· Poro nuclear. Son orificios que aparecen y desaparecen en la envoltura. Permiten el paso de pequeñas
moléculas en ambos sentidos por transporte pasivo, pero las de mayor tamaño lo hacen por transporte
activo y en un sentido determinado. El poro nuclear está delimitado por ocho bloques de proteÃ−nas, y dos
anillos de proteÃ−nas que refuerzan la estructura. El orificio o diafragma queda taponado por una masa de
proteÃ−nas que actúan de barrera de control: permite la entrada de histonas, riboproteÃ−nas, etc., y la salida
de ARNm, precursores ribosomales, etc.
1.2. Nucleoplasma o carioplasma.
Es el medio acuoso donde se encuentran inmersos los demás componentes del núcleo. Contiene
proteÃ−nas, especialmente enzimas relacionados con el metabolismo del ADN y del ARN, nucleótidos, etc.
1.3. Nucleolo.
Se trata de una estructura esférica visible dentro del núcleo. Interviene en la sÃ−ntesis de ARN de las
subunidades ribosómicas. En ocasiones puede aparecer más de un nucleolo.
Está constituido por proteÃ−nas y ácidos nucleicos, ADN (1-3%) y ARN (10-30%). Interviene en la
transcripción de ARNr, gracias a la fracción de ADN nucleolar (organizador nucleolar), para formar
ribosomas. Los ARNr recién fabricados maduran y se ensamblan con las proteÃ−nas ribosómicas
procedentes del citoplasma, para formar subunidades 40S y 60S, que salen a través de los poros nucleares
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EL NÃ CLEO Y LA REPRODUCCIÃ N CELULAR

1. Núcleo: envoltura nuclear, nucleoplasma, cromatina y nucléolo.

El núcleo es caracterÃ−stico de la célula eucariota. Aunque sólo existe durante la interfase (núcleo interfásico), y desaparecen sus lÃ−mites durante la división celular, suele hablarse también de núcleo mitótico o meiótico para definir la condensación de la cromatina para formar los cromosomas.

Se localiza casi siempre en posición central aunque puede ser lateral (células vegetales), basal (células secretoras), etc.; suele ser esférico, con excepciones (lobulado en algunos glóbulos blancos).

Suele existir uno por célula, aunque existen células plurinucleadas, en cuyo caso pueden proceder de la unión de varias células formando un sincitio (células musculares estriadas esqueléticas); o pueden formarse por división sucesiva del núcleo sin la citocinesis, formando un plasmodio. Hay excepciones de células sin núcleo (eritrocitos de mamÃ−feros).

1.1. Envoltura nuclear.

Se desorganiza cuando comienza la división celular. Es doble, al ser prolongación del R.E.R. Tiene varios componentes:

· Membrana nuclear externa. Prolongación del R.E.R. Tiene ribosomas adosados.

· Membrana nuclear interna. Está conectada con una red fibrosa de proteÃ−nas denominada corteza nuclear o lámina fibrosa que sirve de soporte a la envoltura y de lugar de anclaje de la cromatina en ciertos puntos.

· Espacio intermembrana o perinuclear. Se prolonga hacia la luz del R.E.R.

· Poro nuclear. Son orificios que aparecen y desaparecen en la envoltura. Permiten el paso de pequeñas moléculas en ambos sentidos por transporte pasivo, pero las de mayor tamaño lo hacen por transporte activo y en un sentido determinado. El poro nuclear está delimitado por ocho bloques de proteÃ−nas, y dos anillos de proteÃ−nas que refuerzan la estructura. El orificio o diafragma queda taponado por una masa de proteÃ−nas que actúan de barrera de control: permite la entrada de histonas, riboproteÃ−nas, etc., y la salida de ARNm, precursores ribosomales, etc.

1.2. Nucleoplasma o carioplasma.

Es el medio acuoso donde se encuentran inmersos los demás componentes del núcleo. Contiene proteÃ−nas, especialmente enzimas relacionados con el metabolismo del ADN y del ARN, nucleótidos, etc.

1.3. Nucleolo.

Se trata de una estructura esférica visible dentro del núcleo. Interviene en la sÃ−ntesis de ARN de las subunidades ribosómicas. En ocasiones puede aparecer más de un nucleolo.

Está constituido por proteÃ−nas y ácidos nucleicos, ADN (1-3%) y ARN (10-30%). Interviene en la transcripción de ARNr, gracias a la fracción de ADN nucleolar (organizador nucleolar), para formar ribosomas. Los ARNr recién fabricados maduran y se ensamblan con las proteÃ−nas ribosómicas procedentes del citoplasma, para formar subunidades 40S y 60S, que salen a través de los poros nucleares

hacia el citoplasma, donde se ensamblan a su vez en presencia de ARNm.

1.4. Cromatina.

Está compuesta por ADN plegado, asociado a proteÃ−nas básicas, las histonas. Cuando la cromatina se condensa para formar el cromosoma, se ayuda a otro tipo muy variado de proteÃ−nas no histonas: enzimáticas, contráctiles y otras. Asociado a la cromatina, transcribiéndose, existe ARNt, ARNm y ARNr.

En el núcleo interfásico, la doble hélice de ADN se une a histonas organizándose en nucleosomas para formar la cromatina. AsÃ−, según Kornberg, ocho moléculas de histona se unen y quedan rodeadas por casi dos vueltas de doble cadena de ADN constituyendo un nucleosoma. La doble hélice de ADN se continúa para unir dos nucleosomas formando un lazo internucleosómico, que está asociado a una molécula de histona, la H1; nucleosoma y lazo forman el cromatosoma.

Las histonas son proteÃ−nas de bajo peso molecular, que contienen una elevada proporción de aminoácidos básicos (lisina y arginina). Se dividen en dos grupos: histonas nucleosómicas (forman el nucleosoma) e histona H1 (une los complejos nucleosómicos) y es la responsable del plegamiento helicoidal de la fibra elemental de cromatina o unidad elemental de cromatina de 10 nm de grosor, para formar la fibra nucleosómica compleja de 30 nm.

Se distinguen dos tipos de cromatina en el núcleo interfásico:

· Eucromatina. Poco condensada (90% del total): forma activa (se transcribe en ese instante); forma inactiva (es susceptible de transcribirse).

· Heterocromatina. Muy condensada, forma grupos visibles con el ME: constitutiva (no se transcribe nunca), facultativa (puede estar o no condensada).

1.5. Los cromosomas.

En el núcleo en división, las fibras complejas de 30 nm se hallan plegadas sobre las proteÃ−nas no histonas alcanzando otros niveles de compactación y enrollamiento sucesivos hasta llegar a constituir los cromosomas, visibles con el microscopio óptico.

El número, tamaño y forma de los cromosomas depende de cada especie. Además, en los organismos haploides aparecen n cromosomas, un solo juego; en los organismos diploides hay dos cromosomas iguales de cada tipo ( 2n ); en los organismos poliploides, el número de cromosomas de cada tipo es mayor de dos.

El cromosoma metafásico, perfectamente visible en metafase, tiene dos cromátidas hermanas, con idéntico ADN procedente de la duplicación durante la fase S de la interfase; mientras que el cromosoma anafásico aparece después de la metafase, en anafase, y está formado por una sola cromátida al escindirse el cromosoma doble durante esta etapa de la mitosis.

centriolos y se producen la sÃ−ntesis de ADN y la replicación de los cromosomas con el fin de que cada una de las células hijas contenga una copia idéntica del genoma. En este momento, y hasta el final de la mitosis, la célula es tetraploide, por tener dos juegos de cromosomas dobles. Continúa la sÃ−ntesis de ARNm y se sintetizan histonas.

- PerÃ−odo G2. Se desarrolla justo antes del comienzo de la mitosis. Continúa la producción de ARNm para la sÃ−ntesis de proteÃ−nas. La célula contiene ya doble cantidad de ADN y la cromatina comienza a condensarse en estructuras compactas que serán los cromosomas.

· División celular. En esta etapa, cada célula se divide en dos o más células hijas. Consta, a su vez, de dos procesos: mitosis o división nuclear (también llamada cariocinesis); y citocinesis o división del citoplasma.

La función de reproducción o división celular es un proceso que permite el mantenimiento de la especie. Las nuevas células formadas poseen la misma información genética que su progenitora.

El momento preciso en que se debe producir la división celular está determinado por causas diversas (tamaño del núcleo, tamaño del citoplasma, presencia de determinadas sustancias quÃ−micas, etc.).

2.2. La duración y el control del ciclo celular.

VarÃ−a de unas células a otras: en procariotas es muy corto (20'), en células humanas entre un dÃ−a y un año, o más.

Depende del perÃ−odo G1: durante esta fase, la célula puede entrar en el periodo de reposo, G0, y permanecer en él un tiempo hasta volver al G1 o de forma indefinida, como es el caso de los glóbulos rojos maduros.

El ciclo está regulado por proteÃ−nas (ciclinas y quinasas) que controlan en diversos momentos que se dan las condiciones para pasar a la siguiente fase.

3. División celular.

La mitosis es el proceso de reparto equitativo del material genético entre los dos núcleos hijos que se van a formar. Para ello se establece una red de microtúbulos móviles que forman el huso mitótico, organizado por los centrosomas. Previamente deben ocurrir varios sucesos:

  1. En las células animales se duplican los centriolos que forman el centrosoma. Las células vegetales carecen de ellos.
  2. Se produce la fragmentación y desorganización del citoesqueleto.
  3. Se duplica el material genético de la célula en la fase S del ciclo.

La mitosis consta de cuatro fases (profase, metafase, anafase y telofase).

· Profase. Se producen los siguientes acontecimientos:

-Los filamentos de cromatina se condensan para formar cromosomas con dos cromátidas que se mantienen unidas por el centrómero.

  • Los nucléolos desaparecen.
  • Se forma el huso mitótico, constituido por fibras de microtúbulos polares que se polimerizan en las proximidades de cada pareja de centriolos conforme éstas se alejan y se desplazan hacia los polos de la célula. En células vegetales, el huso sale de los organizadores de microtúbulos (centrosomas sin centriolos).
  • Desaparece la membrana nuclear.
  • Los cromosomas se unen a los microtúbulos cinetocóricos del huso mitótico, a través de sus cinetocoros.

· Metafase. De corta duración.

  • Los cromosomas alcanzan su grado máximo de condensación.
  • Los cromosomas adquieren forma de V y se disponen en el ecuador de la célula, con el centrómero en el vértice, y los brazos de los cromosomas hacia la periferia celular. La estructura asÃ− formada se denomina placa ecuatorial.

· Anafase. Los procesos más importantes son:

- Se escinde el centrómero de cada cromosoma y cada cromátida de la pareja. Ya como cromosoma individualizado, se dirige hacia un polo de la célula debido al acortamiento progresivo de los microtúbulos.

  • Se inicia la formación de material denso en el plano ecuatorial del huso, previo al comienzo de la citocinesis.

· Telofase. Es la última etapa de la mitosis.

Los cromosomas, formados por una sola cromática, alcanzan los polos.

  • Comienza a desenrollarse los cromosomas los cromosomas.
  • Se forman los nucleolos a partir de los organizadores nucleolares del ADN.
  • Van desapareciendo los filamentos del huso mitótico.
  • A partir del R.E. se forma la nueva envoltura nuclear que envuelve la masa de cromatina.

Diacinesis. Los cromosomas alcanzan su máximo grado de empaquetamiento, y los quiasmas se van desplazando hacia los extremos del bivalente. Se separan los cromosomas homólogos, desaparece la envuelta nuclear y el nucléolo. Se forman los microtúbulos cinetocóricos del huso mitótico y las parejas de cromosomas, totalmente condensados, se unen a ellos.

- Metafase I. Las tetradas o bivalentes, se sitúan en el plano ecuatorial, en el centro de la célula y forman la placa ecuatorial - Anafase I. Los cromosomas homólogos van hacia polos opuestos. Esta es una de las diferencias esenciales con la mitosis. - Telofase I. Los cromosomas se agrupan en los polos y se inicia la citocinesis, formándose dos células haploides ( n ) aunque los cromosomas están formados por dos cromátidas. Vuelve a aparecer el nucleolo y la membrana nuclear. Inmediatamente comienza una nueva división sin que los cromosomas se hayan descondensado del todo.

· Segunda división meiótica. Como consecuencia de la primera división meiótica, cada núcleo hijo contiene un cromosoma de cada pareja de homólogos, constituido a su vez por dos cromátidas (con mezcla de genes de los dos homólogos). La segunda división meiótica equivale a una mitosis normal pero en una célula haploide, en la que las dos cromátidas de cada cromosoma se separan y emigran hacia los polos opuestos del huso mitótico. Origina cuatro células haploides cuyo material genético será fruto de la recombinación entre cromosomas homólogos (parte materno y parte paterno). Consta también de cinco fases:

- Profase II. Desaparece la envuelta nuclear si se ha llegado a formar. El centrosoma se duplica y se inicia la formación del huso mitótico. Desaparece el nucleolo. - Metafase II. Se forma la placa ecuatorial. - Anafase II. Se separan las cromátidas, apareciendo los cromosomas hijos que se acercan a los polos opuestos de la célula. - Telofase II. Se agrupan los cromosomas, que empiezan a desenrollarse, y se forma la envuelta nuclear.

Se produce la citocinesis o división del citoplasma y aparecen al final cuatro células hijas haploides ( n ), que se han originado de una célula diploide ( 2n ).

La gran diversidad genética generada por la reproducción sexual frente a la asexual, aumenta la probabilidad de producir al menos algunos descendientes que puedan adaptarse y sobrevivir en un medio ambiente que varÃ−e de forma impredecible y, de este modo, asegurar la continuidad de la especie. Además, puede favorecer la dispersión de mutaciones beneficiosas entre los individuos de una población y proporcionar un genoma más complejo y variado.

Apoptosis o suicidio celular. Tras un número limitado de divisiones, y para mantener el número de células de nuestro cuerpo dentro de unos lÃ−mites, asÃ− como el buen funcionamiento del organismo, las células, llegado un determinado momento, se suicidan.

Esta muerte celular programada se denomina apoptosis e implica una serie de cambios celulares: la célula se arruga y se desprende de sus vecinas, se forman burbujas en su superficie y en el núcleo, la cromatina se condensa cerca de la membrana nuclear y al poco tiempo, el núcleo y la célula estallan.

Los fragmentos celulares o cuerpos apoptósicos son ingeridos en algunos casos por células carroñeras (macrófagos) o por células vecinas, y en otros persisten indefinidamente, o durante largo tiempo, en el organismo.

El proceso se desencadena por autodigestión celular ya que la célula fabrica proteasas que descomponen la cromatina primero y luego disgregan la estructura celular.

Algunos autores consideran los dos últimos procesos como una etapa independiente: la prometafase.