La cellula eucariota: struttura e composizione del nucleo cellulare

BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

ANA GLORIA FERNÁNDEZ BELLOSO DPTO BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA.IES FERNANDO DE MENA

TEMA 11. LA CÉLULA EUCARIOTA. EL NÚCLEO CELULAR.

• 1 .- Características generales.
  • Número de núcleos.
  • Forma, localización y tamaño.
• 2 .- Estructura y composición
  • 2.1. Núcleo interfásico.
  • 2.2. Núcleo mitótico.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL NÚCLEO

Orgánulo membranoso, que permite la compartimentación del ADN, así como la síntesis de ARN antes de su salida al citoplasma. Presente sólo en células eucariotas (sólo en organismos superiores). Presencia de histonas, proteínas que se encargan de estructurar y estabilizar el ADN. Es el centro de control celular, es decir, se encarga de la organización, división, diferenciación, desarrollo y especialización celular.

NÚMERO DE NÚCLEOS CELULARES

• La mayor parte de las células tienen un solo núcleo que ocupa un 10% celular. Excepcionalmente puede haber más núcleos por procesos como:
  • Fusión de varias células: sincitios (por ejemplo en células musculares).
  • Divisiones sucesivas del núcleo pero no del citoplasma: plasmodios (por ej. En colonias)

FORMA, LOCALIZACIÓN Y TAMAÑO DEL NÚCLEO

• Muy variada, aunque predomina la forma esférica u ovalada.
• Se sitúa en el centro celular aunque puede verse desplazado.
• El tamaño es constante para cada tipo celular y depende de la función que desempeñe.

ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DEL NÚCLEO

Varía dependiendo del estado celular (fases por las que pasa la célula entre una división y la siguiente):

2012/2013 Página 1BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO ANA GLORIA FERNÁNDEZ BELLOSO DPTO BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA.IES FERNANDO DE MENA

• Núcleo interfásico: periodo entre dos divisiones
• Núcleo mitótico: núcleo en división.

Retículo endoplasmático rugoso Cromatina Nucleoplasma Nucleolo Poro nuclear Envoltura nuclear

Fig. 10.1. Estructura del núcleo interfásico

NÚCLEO INTERFÁSICO Y SUS COMPONENTES

Presenta los siguientes componentes:

Membrana nuclear

Procede del Retículo Endoplasmático. Es una membrana doble, por lo que presenta membrana interna, membrana externa y espacio perinuclear entre ambas. La externa se continúa con el RER y contiene ribosomas. Ambas se comunican mediante poros nucleares para el intercambio y transporte de diversas sustancias como proteínas, ARN, etc. Cada poro está rodeado por ocho bloques de proteínas que mantienen la estructura.

Complejo del poro Membrana externa CITOSOL Membrana interna Ribosomas Lamina nuclear Espacio perinuclear NUCLEOSOL

Fig. 10.2 Estructura del poro nuclear.

2012/2013 Página 2BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO ANA GLORIA FERNÁNDEZ BELLOSO DPTO BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA.IES FERNANDO DE MENA

Hacia el interior cerca de la membrana nuclear interna aparecen unos filamentos intermedios del citoesqueleto que forman la lámina nuclear fibrosa, encargada de la organización y desorganización de la cromatina. Las funciones de la membrana nuclear serían:

• Separar el núcleo del citoplasma.
• Regular el intercambio de sustancias a través del poro.
• Organizar la cromatina en cromosomas y viceversa.

Cromatina: ADN plegado y asociado a proteínas

Es el ADN plegado y asociado a proteínas básicas, las histonas.

naked duplex DNA "beads-on-a-string" created by formation of nucleosomes 30nm solenoid extended form of chromosome DEGOS CORNUDO condensed section of chromatin C mitotic chromosome

Fig. 10.4. Niveles de plegamiento del ADN

Estructura de la cromatina: niveles de plegamiento del ADN

a. Estructura: la estructura de la cromatina se corresponde con el tercer nivel de plegamiento del ADN, o estructura terciaria. Dentro de ella se distinguen a su vez varios niveles:

Nucleosomas: unidades básicas estructurales de la cromatina

i. Nucleosomas: la doble hélice se asocia a la histonas formando estas estructuras o unidades básicas estructurales de la cromatina. Tiene un grosor de 10 Nm. Sucesivos nucleosomas presentan un aspecto de "collar de cuentas". Cada nucleosoma a su vez, está constituido por dos tipos de histonas:

• Histonas nucleosómicas: complejo discoidal formado por dos copias de 4 histonas diferentes (H2A,H2B,H2 y H4). Octámero alrededor del cual se enrollan dos vueltas de doble hélice de ADN (140 pares de bases).

A Histonas H1. Estabiliza y une los nucleosomas en un plegamiento helicoidal.

2012/2013 Página 3BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO ANA GLORIA FERNÁNDEZ BELLOSO DPTO BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA.IES FERNANDO DE MENA

Al ADN que se encuentra entre dos nucleosomas sucesivos se le denomina ADN espaciador.

Esquema de una fibra nucleosomica en collar de perlas nucleosoma ADN espaciador Histona H1

Fig. 10.5. Cromatina en collar de cuentas.

NUCLEOSOMA ADN Histona 1 Nucleosoma Nucleo de 8 moleculas de histonas

Fig. 10.6. Estructura del nucleosoma.

Solenoide: superenrollamiento helicoidal de nucleosomas

ii. Solenoide. Los nucleosomas sufren un superenrollamiento helicoidal debido a la histona H1, formando una fibra de 30 Nm. Esta estructura presenta 6 nucleosomas por vuelta.

Bucles radiales: plegamiento de solenoides

iii. Bucles radiales. A su vez los solenoides se hallan más plegados en forma de bucles radiales. Estos se enrollaran más en cromosomas, pero esta estructura corresponde ya a el cuarto nivel de plegamiento y al núcleo mitótico.

2012/2013 Página 4BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO ANA GLORIA FERNÁNDEZ BELLOSO DPTO BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA.IES FERNANDO DE MENA

30 nm 6-8 nucleosomes per turn histone H1 I6 nm nucleosome linker DNA histone octamer core

Fig. 10.7. Solenoide.

2 nm DNA doble hélice nucleosoma 11 nm H1 "collar de perlas" CROMATINA EN NÚCLEO INTERFÁSICO 30 nm nucleosoma fibra de cromatina de 30 nm 300 nm "bucles radiales" CROMATINA EN NÚCLEO EN DIVISIÓN 700 nm "rodillos" 1400 nm cromosoma metafásico CROMOSOMA METAFÁSICO CON DOS CROMÁTIDAS (cada cromátida contiene una molécula de DNA con unos 500-1000 genes)

Fig. 10.8 Diferentes niveles de plegamiento del ADN

2012/2013 Página 5BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO ANA GLORIA FERNÁNDEZ BELLOSO DPTO BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA.IES FERNANDO DE MENA

Tipos de cromatina: eucromatina y heterocromatina

b. Tipos de cromatina:

• Eucromatina: al microscopio presenta un aspecto difuso. Son las zonas de la cromatina activa, donde se está produciendo la transcripción del ADN a ARN. Supone un 10 % del total.

A

• Heterocromatina: presenta un aspecto mas denso y oscuro. Supone el 90 % restante y serían las zonas del ADN inactivas. Dos tipos:
  • Constitutiva. ADN que no se transcribe nunca (se cree que podría tener alguna relación con la evolución)
  • Facultativa. ADN que en el desarrollo y diferenciación celular se inactiva según el tipo celular. (Sólo estaría activo en las células madre).

Nucleolo: síntesis de ARN y ensamblaje de ribosomas

c) Nucleolo. Es una estructura esférica y oscura de entre 1 y 3 micras situada en el interior nuclear. Se encarga de la síntesis del ARN y ensamblaje de los ribosomas.

Nucleoplasma o carioplasma: medio interno acuoso

d) Nucleoplasma o carioplasma Es el medio interno acuoso donde se encuentran los demás componentes del núcleo. Está en forma de gel. También se encuentran las proteínas del metabolismo del ADN y del ARN.

NÚCLEO MITÓTICO: condensación de cromatina

Cuando la célula entra en división el núcleo sufre una serie de cambios centrados principalmente en la condensación y estructuración de la cromatina para formar los cromosomas. Además desaparecen el resto de componentes nucleares. Cada especie tiene su número característico de cromosomas, distinguiendo:

• Especies haploides: con n cromosomas
• Especies diploides: con 2n cromosomas (es decir, dos copias de la serie haploide)
• Especies poliploides: con 2n, 4n, etc cromosomas.

Los cromosomas conservan su individualidad independientemente de la condensación y descondensación de la cromatina.

Estructura y composición de los cromosomas

Los cromosomas constituyen el mayor grado de empaquetamiento del ADN. Cada cromosoma está formado por dos cromatidas iguales unidas por el centromero o constricción primaria. El centromero está rodeado por unas placas proteicas o cinetocoro. Cada cromatida está formada por dos brazos o telómeros, que a su vez pueden presentar constricciónes secundarias que forman satélites.

2012/2013 Página 6BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO ANA GLORIA FERNÁNDEZ BELLOSO DPTO BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA.IES FERNANDO DE MENA

cromatidas telómero brazo corto cinetocoro centromero bandas brazo largo constricción secundaria satélite

Fig. 10.9. Estructura del cromosoma.

Tipos de cromosomas según su forma

• Tipos de cromosomas: Según su forma, distinguimos cuatro tipos:
• Metacentrico: el centromero se encuentra en la mitad del cromosoma.
• Submetacéntrico: los brazos son un poco desiguales.
• Acrocéntrico: los brazos cromosómicos son muy desiguales.
• Telocéntrico: dos brazos son tan cortos que casi llegan a desaparecer.

Clases de cromosomas por la posición del centrómero: Metacéntrico Submetacéntrico acrocéntrico Telocéntrico

Fig. 10.10. Tipos de cromosomas.

Se denomina cariotipo al conjunto de cromosomas de una especie. Mientras que el cariograma es la representación gráfica del cariotipo.

2012/2013 Página 7

CARIOTIPO MASCULINO HUMANO 2N=46

BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO ANA GLORIA FERNÁNDEZ BELLOSO DPTO BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA.IES FERNANDO DE MENA

a b

• 1 C C D d A B P M P M P PM 1 2 3 4 5 METACÉNTRICOS C P M P M P M PM P M P M PM 6 7 8 9 10 11 12 SUBMETACÉNTRICOS 1 D M PM P M 13 14 15 16 17 18 ACROCÉNTRICOS SUBMETACÉNTRICOS
• F PM PM G PM PM P M 19 20 21 22 Y x SUBMETACÉNTRICOS ACROCÉNTRICOS SUBMETACÉNTRICO

Fig. 10.11. Cariograma humano.

2012/2013 Página 8

E PM PM P M ACROCÉNTRICO P M SUBMETACÉNTRICOS