El Núcleo Celular Eucariótico: Definición y Descubrimiento
El núcleo es el orgánulo membranoso principal de las células eucarióticas. Contiene la información genética y controla la actividad celular. Fue descubierto por Brown.
Etapas del Núcleo en el Ciclo Celular
El núcleo presenta dos estados morfológicos principales durante el ciclo celular:
- Núcleo en interfase: Se encuentra entre dos divisiones celulares, cuando la célula no se está dividiendo.
- Núcleo en división o mitótico: Presente durante la división celular, caracterizado por la presencia visible de los cromosomas.
Características Generales del Núcleo
Número de Núcleos
Normalmente hay uno por célula, aunque puede haber dos (ej. protozoos ciliados) o incluso muchos, como en las fibras musculares. La ausencia de núcleo (anucleación), como en los eritrocitos, implica la pérdida de diferenciación.
La condición multinucleada puede adquirirse por:
- Sincitio: Unión de varias células uninucleadas con desaparición de las membranas plasmáticas (ej. células musculares estriadas esqueléticas).
- Plasmodio: Resultado de varias divisiones nucleares sin que se produzca la división del citoplasma.
Morfología y Localización
- Forma: Esférica o elipsoidal. Se presenta arriñonado en monocitos.
- Localización: Generalmente en el centro de la célula, pero puede ser lateral en adipocitos o en células epidérmicas vegetales.
- Tamaño: Proporcional al tamaño de la célula.
Composición Química
El núcleo está compuesto por ADN, ARN, enzimas, nucleótidos de ADN y ARN, ATP, lípidos, aminoácidos, sales minerales y agua.
Funciones Esenciales del Núcleo
El núcleo controla las actividades celulares, ya que el ADN transcribe la información genética al ARN para que se sinteticen las proteínas. Además, asegura que esta información genética se transmita a las sucesivas generaciones celulares.
Estructuras del Núcleo en Interfase
La Envoltura Nuclear (Membrana Nuclear)
Es una membrana doble que presenta continuidad con la membrana del retículo endoplasmático. La envoltura nuclear consta de dos membranas:
- Membrana nuclear externa: Posee ribosomas adosados.
- Membrana nuclear interna: Está en contacto directo con el nucleoplasma.
Entre ambas membranas se encuentra el espacio perinuclear.
Lámina Nuclear y Poros Nucleares
Adosada a la membrana nuclear interna se encuentra la lámina nuclear, una red de filamentos intermedios que proporciona soporte estructural e interviene en los procesos de disgregación y regeneración de la envoltura nuclear.
Los poros nucleares sirven para la comunicación y el intercambio de moléculas grandes (como enzimas, ADN e histonas) entre el citoplasma y el interior del núcleo. Cada poro está rodeado por anillos formados por bloques proteicos que mantienen su morfología y permiten su modificación.
Función: Limitar el núcleo para proteger el material genético, permitiendo a su vez la comunicación selectiva con el citoplasma.
Nucleoplasma (Matriz Nuclear)
El nucleoplasma rellena el interior del núcleo. Está formado por agua y una disolución coloidal que contiene prótidos, nucleótidos, nucleósidos y ácidos nucleicos.
Función: Sirve como almacén de sustancias y es el medio donde se llevan a cabo reacciones vitales, como la síntesis de los ácidos nucleicos.
Detalles Adicionales del Nucleoplasma
El nucleoplasma es el medio interno acuoso del núcleo, equivalente al citoplasma, donde se integran el resto de componentes nucleares. Está compuesto por enzimas relacionadas con el metabolismo del ADN y ARN. Se han detectado elementos citoesqueléticos, como la lámina nuclear, que interaccionan con el ADN de la cromatina y con la envoltura nuclear.
El Nucleolo
El nucleolo es un orgánulo nuclear esférico, generalmente presente en número de uno o dos. Su composición incluye ADN, ARNr y proteínas que se asociarán al ARN.
Es el sitio donde se forman los ribosomas; sus dos subunidades salen por separado hacia el citoplasma.
La Cromatina
La cromatina y los cromosomas están constituidos por ADN. La diferencia entre ellos radica en el estado de condensación, que depende de la etapa del ciclo celular en que se halle la célula.
Función de la Cromatina y el ADN
La función principal del ADN es ser el material genético y hereditario. Contiene la información necesaria para controlar la actividad celular mediante la síntesis de proteínas. Esta información genética pasa de unas generaciones a otras mediante el reparto de cromosomas durante la división celular.
Durante la interfase, el ADN está desenrollado y constituye la cromatina, situándose cerca de la cara interna de la membrana nuclear interna.
Composición y Localización
La cromatina se compone de ADN, ARN, y proteínas (histónicas y no histónicas).
- Proteínas Histónicas: Son de carácter estructural.
- Proteínas No Histónicas: Son de carácter enzimático.
La cromatina forma masas dispersas cerca del nucleolo o de la cara interna de la cubierta nuclear.
Tipos de Cromatina
- Heterocromatina
- Forma cromocentros (zonas condensadas).
- Es más densa y menos abundante.
- Presenta escasa actividad transcripcional durante la interfase.
- Eucromatina
- Es menos compacta.
- Más abundante en la interfase.
- Es la forma activa que transcribe durante la interfase.
Ultraestructura de la Cromatina
La cromatina forma fibras de longitud variable. En la especie humana, hay 46 fibras por célula, equivalentes a los 46 cromosomas metafásicos.
La estructura de las fibras de cromatina corresponde a moléculas de ADN con estructura terciaria, organizada según dos modelos principales:
- Modelo del collar de perlas: Consiste en una serie de nucleosomas dispuestos como las cuentas de un collar, separados entre sí por ADN de unión.
- Modelo del solenoide: Consiste en el enrollamiento helicoidal del collar de perlas, con aproximadamente 6 nucleosomas por vuelta.
Estructuras del Núcleo en División: Los Cromosomas
Durante la división, el ADN se enrolla intensamente para permitir su mejor reparto a las células hijas, constituyéndose los cromosomas. El material genético altamente condensado se organiza en genes.
Ultraestructura del Cromosoma Metafásico
Al condensarse y enrollarse las fibras de cromatina, la longitud resulta menor. Este acortamiento se logra mediante el enrollamiento en hélices que se pliegan a su vez en bucles radiales, formando los microconvólvulos.
El resultado es el cromosoma metafásico, formado por dos cromátidas idénticas. Cada cromátida es una molécula de ADN idéntica a la otra, unidas por el centrómero.
Morfología y Componentes del Cromosoma
En el cromosoma metafásico se distinguen:
- Centrómero: Punto de unión de las dos cromátidas. Divide transversalmente al cromosoma en dos brazos.
- Cinetocoros: Placas proteicas situadas alrededor del centrómero, donde se insertan los microtúbulos cromosómicos del huso acromático.
- Constricción Secundaria: Constituye el organizador nucleolar.
- Satélites: Porciones esféricas del cromosoma que quedan hacia el exterior, más allá de la constricción secundaria.
- Telómeros: Los extremos de los cromosomas. Contienen secuencias repetidas de ADN que evitan la pérdida de información durante la replicación.
Clasificación Morfológica de los Cromosomas
Según la posición del centrómero, los cromosomas se clasifican en:
- Metacéntricos: Dos brazos de igual longitud.
- Submetacéntricos: Un brazo es algo mayor que el otro.
- Acrocéntricos: Un brazo es mucho mayor que el otro.
- Telocéntricos: Un solo brazo, con el centrómero en el extremo.
- Puntuales: Muy pequeños, donde los brazos no se distinguen claramente.
Conceptos Fundamentales de la Dotación Cromosómica
Ley de la Constancia Numérica de los Cromosomas
El número y la forma de los cromosomas son constantes para todas las células somáticas y son característicos de cada especie.
Haploidía, Diploidía y Poliploidía
- Organismos Diploides (2n)
- El núcleo de cada célula presenta dos copias de cada cromosoma. Los cromosomas homólogos son dos cromosomas iguales que portan información genética para los mismos caracteres en los mismos lugares (loci).
- Organismos Haploides (n)
- Aquellos cuyos cromosomas no pueden agruparse por parejas. En organismos que de adultos son diploides, las células haploides son los gametos o las esporas.
- Organismos Poliploides
- Presentan más de 2n cromosomas (ej. triploides).
Ejemplo en la Especie Humana
En la especie humana, la dotación es 2n=46 y n=23. Cada célula somática humana tiene 46 cromosomas (23 parejas de homólogos), habiendo recibido una serie cromosómica (23 cromosomas) de su padre y otra de su madre. Los gametos tienen 23 cromosomas cada uno, sin estar emparejados.
Cariotipo e Idiograma
- Cariotipo: Es el conjunto de cromosomas de cada especie, ordenados según su tamaño y características. En él se distinguen los autosomas (cromosomas somáticos) y los cromosomas sexuales (heterocromosomas).
- Idiograma: Es la representación gráfica esquemática y estandarizada del cariotipo.