Funciones del núcleo: Los conocimientos actuales sobre la función

MUNICIPALIDAD DE PROVIDENCIA
LICEO JOSE V. LASTARRIA
DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA
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NÚCLEO
Llamamos protoplasma a todo el contenido celular, incluída la
membrana plasmática (mayoritariamente se considera que
protoplasma significa materia viva). En este protoplasma se
incluyen diversas estructuras subcelulares inmersas en una matriz
coloidal o citosol. Entre las estructuras contenidas en el citosol se
encuentran variados componentes inertes, como gotas de aceites o
cristales, que reciben en conjunto el nombre de inclusiones. Otro
tipo de integrantes son los organelos(u organoides) que pueden ser
estructuras subcelulares rodeadas de dos membranas como
mitocondrias y cloroplastos, de una membrana como retículo,
lisosomas, vacuolas o aparato de Golgi o bien, pueden ser
complejos macromoleculares que no cuentan con una cubierta
membranosa, como ribosomas, centriolos o citoesqueleto. La
mayoría de los autores describen al núcleo como el organelo más
destacado en el citoplasma (región comprendida entre la
membrana y la cubierta del núcleo).
El núcleo celular tiene una importancia relevante, en el está
contenida la información genética que se almacena en una
macromolécula orgánica llamada acido desoxiribonucléico o ADN.
La estructura del ADN puede encontrarse en dos formas, según el
estado funcional de la célula. La mayor parte del tiempo la célula
está en el período de interfase durante el cual crece y desarrolla
sus actividades tales como obtención de nutrientes, creación
de sus propias moléculas, produce secreciones. En interfase
el ADN esta más bien disperso estado en el que se le da el
nombre de cromatina. En el breve período de tiempo que la
célula toma para reproducirse, el ADN se condensa y forma
unos cuerpos muy compactos llamados cromosomas.Estos
cromosomas permiten la distribución equitativa de la
información hereditaria durante la duplicación del núcleo (la
llamada mitosis) porque cada uno de ellos forma dos hebras
equivalentes o cromátidas.
Cuando se observa el núcleo a través de un microscopio
electrónico se descubre que su diámetro es de unos 5 a 10
micrones, está delimitado por una doble membrana , que recibe el
nombre de carioteca o membrana nuclear.
Su cara externa está revestida de ribosomas y se continúa con la
membrana del retículo endoplásmico.
La carioteca presenta, a inervalos regulares, poros que permiten la
entrada y salida de diferentes elementos que facilitan la
coordinación funcional con los demás componentes de la célula.
En la cara interna de la carioteca encontramos una estructura
llamada lámina nuclear, está formada por una capa delgada de
proteínas filamentosas. Durante la interfase parte del ADN se fija a
esta lámina nuclear. Las proteínas de la lámina nuclear pertenecen
al grupo de los filamentos intermedios de proteínas
citoesqueléticas.
El interior del núcleo no solo almacena el material genético, existe
además un ambiente bioquímico apropiado que permite la
realización de sus funciones. Los componentes internos del núcleo
son:
Nucleolos, puede ser uno solo o de dos a cinco, están formados
por proteínas bastante densas, gránulos de ARN y fibrillas de ADN.
Su función principal es la síntesis o producción de moléculas
necesarias para la formación de los ribosomas el ARN ribosómico
o ribosomial (ARNr)
Cariolinfa, nucleoplasma o jugo nuclear. Es un gel constituido por
agua y proteínas. Este tipo de proteínas se caracterizan por su
estabilidad y constituyen una matriz estructural del núcleo
Cromatina, es decir el material de los cromosomas disperso,
formando pequeños filamentos. La cromatina debe su nombre al
hecho de que se tiñe con colorantes básico. En interfase la
cromatina está descondensada al máximo, esto permite que pueda
autocopiarse antes de que la célula forme dos núcleos en su
proceso reproductivo
CROMATINA BARR
En 1923, Painter demostró ciotológicamente la existencia de los
cromosomas X y Y en el humano. En 1949, Barr y Bertram
descubrieron masas de cromatina sexual (cuerpos de Barr) en
células en interfase femeninas y no en masculinas. A esta
observación siguió el desarrollo de una técnica sencilla que
permitía detectar cuerpos de Barr en células de mucosa oral. Como
resultado de su aplicación se reconoció que las células femeninas
eran “cromatina positiva” mientras que las masculinas eran
“cromatina negativa”, pero que existían excepciones: las pacientes
con síndrome de Turner no tenían cuerpos de Barr y los pacientes
con síndrome de Klinefelter si los presentaban. El análisis
citogenético de estos pacientes explicó la discrepancia aparente al
demostrarse que el síndrome de Turner tenía un complemento
cromosómico 45, X y el de Klinefelter 47, XXY. Estos hallazgos
también demostraron que en presencia de un cromosoma Y,
independientemente del número de cromosomas X, el embrión
humano se desarrolla como macho, mientras que en ausencia del
Y se desarrolla como hembra.
El siguiente paso en el entendimiento de los cromosomas sexuales
humanos fue la explicación de la cromatina sexual en términos de
la inactivación del cromosoma X. La hipótesis de Lyon establece
que en las células somáticas de mujeres normales, y no en las de
hombres normales, un cromosoma X es inactivado al azar para
compensar la dosis génica en ambos sexos. El cuerpo de Barr
representa al cromosoma X inactivo de replicación tardía. En
pacientes con cromosomas X supernumerarios, todos los
cromosomas en exceso de uno son inactivados y forman cuerpos
de Barr (por ejemplo un paciente Klinefelter 47, XXY tiene 1 cuerpo
de Barr y una mujer 47, XXX tiene 2 cuerpos de Barr)
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NUCLEOLO
El nucleoplasma es la porción del citoplasma rodeada de la
membrana nuclear, constituido por gránulos de cromatina,
partículas de ribonucleoproteínas y matriz nuclear. Desde el punto
de vista bioquímico, esta última contiene en torno al 10% de
proteínas totales, 30% del RNA, 1-3% del DNA y 2-5% de todo el
fosfato nuclear total.
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. Se han descrito cuatro
regiones definidas en el nucleolo:
1- el centro fibrilar, que contienen el DNA inactivo (que no está
transcribiendo), además de las llamadas regiones organizadoras
nucleolares, en las que se encuentran genes ribosomales que son
los que codifican el RNA ribosomal.
2- la parte fibrosa, que contiene los RNA nucleolares que se están
transcribiendo.
3- la parte granulosa, en la que se ensamblan las subunidades
ribosomales que están madurando.
4- la matriz nucleolar, formada por una red de fibras que participan
en la organización del nucleolo.
Al final, desde el nucleolo a través de los poros nucleares salen las
partículas de ribonucleoproteínas hacia el citoplasma, donde tiene
lugar la maduración definitiva del ribosoma.
Funciones del núcleo: Los conocimientos actuales sobre la
función del núcleo en la vida celular empezaron con las primeras
observaciones microscópicas. Una de las primeras observaciones
más importantes fue hecha hace más de cien años, por un
embriólogo alemán, Oscar Hertwig, mientras miraba los óvulos y
los espermatozoides de los erizos de mar. El erizo de mar produce
un gran número, tanto de óvulos como de espermatozoides. Los
óvulos son relativamente grandes por lo que son de fácil
observación. La fecundación se produce libremente en el agua,
externamente, a diferencia de los vertebrados terrestres como
nosotros, que se produce internamente.
Mientras observaba con el microscopio cómo se fecundaban los
óvulos, Hertwig apreció que tan sólo se necesitaba un solo
espermatozoide. Una vez había penetrado el espermatozoide
dentro de la célula huevo, su núcleo se fusionaba con el núcleo
femenino. Esta observación, confirmada por otros científicos para
diferentes organismos, fue importante para asentar la idea de que
el núcleo es el portador de la información hereditaria
En otro sencillo experimento, utilizando técnicas de microcirugía,
se extrajo el núcleo de una ameba. La ameba cesó de dividirse y,
en pocos días, murió. Sin embargo, si se le implantaba el núcleo de
otra ameba al cabo de las 24 horas tras la extracción del original, la
célula sobrevivía y volvía a dividirse. Entonces se dedujo que el
núcleo es indispensable para las actividades celulares
En los inicios de la tercera década del siglo XX, Joachim
Hämmerling estudió las funciones del núcleo usando como material
un alga marina, Acetabularia, con características bastante
especiales. Su cuerpo está formado por una sola célula gigante de
2 a 5 centímetros de largo. El alga tiene un sombrero, un tallo y un
pie, cada uno son diferenciaciones de la misma célula. Las
diferentes especies de Acetabularia tienen distintos tipos de
sombrero. En el caso de Acetabularia mediterránea, el sombrero
forma una estructura compacta umbeliforme (forma de paraguas),
mientras que en Acetabularia crenulata el sombrero tiene una
estructura más petaliforme (forma de pétalos).
En una primera etapa se cortó el sombrero de estas algas y se
pudo verificar que la célula regenera rápidamente uno nuevo. Esto
o no ocurre a partir de solo el tallo o solo el sombrero.
(Experimentos A y B)
Hämmerling tomó el pie, que contiene el núcleo, de una célula de
la variedad crenulata y lo injertó con el pie nucleado de la variedad
mediterránea. El sombrero que se formó entonces tenía una forma
intermedia entre las dos especies. (Experimento C)
Hämmerling interpretó estos resultados como que existían ciertas
substancias determinantes de la forma y estructura del sombrero, y
que estas substancias se producían bajo la dirección del núcleo.
Estas substancias se acumulan en el citoplasma, lo cual explica
por qué el sombrero que se formaba después del transplante
nuclear tenía un aspecto intermedio.
Podemos apreciar en estos dos experimentos que el núcleo
cumple dos funciones cruciales en la célula. En primer lugar, es
portador de la información hereditaria que determina el tipo de
célula en particular que se desarrollará, la que además conservará
las características de la célula progenitora. Cada vez que una
célula se multiplica, su información es transferida a las dos nuevas
células hijas. En segundo lugar, tal como indica el trabajo de
Hämmerling con Acetabularia, en todo momento el núcleo
determina las actividades que se desarrollan en la célula,
asegurando que las complejas moléculas que la célula necesita se
sinteticen en el número y la clase determinados.
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Algo más en la siguiente lectura:
El núcleo es un organelo altamente especializado que actúa como
centro organizador y administrador de la célula. Posee dos
funciones principales. Almacena el material hereditario o DNA, y
coordina la actividad celular, que incluye al metabolismo,
crecimiento, síntesis proteica y división.
La presencia de un núcleo propiamente tal es un carácter adoptado
para clasificar a distintos tipos de organismos, más o menos
evolucionados. De acuerdo a esto, los organismos que poseen en
su o sus células (unicelulares y pluricelulares respectivamente) un
núcleo bien definido morfológica y funcionalmente se denominarán
Eucariontes (núcleo verdadero). Por otro lado, organismos "menos
complejos" como bacterias y cianobacterias, los cuales no poseen
núcleo (el material genético está agrupado en cromosomas
ubicados en determinados sectores del citosol), se denominan
Procariontes.
Si bien en la mayoría de los casos el núcleo presenta una
estructura esférica medianamente regular, hay ocasiones en que
adopta formas muy irregulares (multilobuladas), como es el caso
de los linfocitos polimorfonucleados. Cada célula puede tener uno o
más núcleos, dependiendo de cual sea el tipo celular (procesos de
diferenciación).
En general, el núcleo ocupa cerca del 10% del volumen celular, lo
que lo convierte en una de las estructuras más prominentes de la
célula. La mayor parte del material contenido en el núcleo está
constituido por cromatina, estado no condensado del DNA celular
(cromosomas interfásicos no visibles) que dará origen a los
cromosomas mitóticos durante la división celular.
Durante la interfase (periodo de no división celular) se pueden
reconocer dos estados fundamentales de la cromatina: la
Heterocromatina y la Eucromatina, cuya distribución presenta
gran dinamismo.
La Heterocromatina se observa al microscopio como regiones
altamente densas y muy teñidas. En estas zonas la cromatina se
encuentra altamente condensada, y no presenta actividad
transcripcional (no expresa los genes localizados en esos
sectores), por lo que se le denomina cromatina afuncional.
La Eucromatina se observa como regiones menos densas y
teñidas. Aquí la cromatina se encuentra mucho menos
condensada, haciendo posible que ocurra la transcripción de los
genes contenidos en esos sectores. Cabe destacar que en la
Eucromatina es posible la transcripción, lo que sin embargo, no
significa que necesariamente ocurra.
Al interior del núcleo se aprecia una estructura esférica y
diferenciada denominada nucleólo. Aquí se realiza la formación y
ensamblaje de los Ribosomas, agregados supramoleculares que
participan en la síntesis de Proteínas involucradas en todos los
procesos celulares.
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ACTIVIDAD PERSONAL
Respecto a la estructura de la célula construya un breve
glosarios con los términos protoplasma, citosol, inclusiones,
citoplasma y organelo
Explique los tres tipos de organelos celulares, indique un
ejemplo de cada uno
Indique qué se entiende por ADN, interfase cromatina
cromosomas ¿Qué diferencia existe entre estos dos
conceptos?
Respecto de las características del núcleo señale su diámetro,
tipo de membrana nombres de su membrana.
¿Qué organelo rodea externamente al núcleo?
¿Con qué organelo se continua el núcleo?
¿Cuál es la importancia de los poros de la carioteca?
¿Qué es la lámina nuclear? ¿Cuál es su importancia?
¿Por qué es importante que el núcleo mantenga un
determinado ambiente bioquímico?
¿Cuál es el organelo del interior del núcleo? ¿Cuál es su
función? ¿Qué es la cariolinfa? ¿A qué se debe el nombre
cromatina? ¿Qué proceso ocurre al ADN es estado de
cromatina?
¿Qué fundamento permite asegurar que el núcleo es el
portador de la información hereditaria?
¿Qué experimento permitió deducir la relación entre el núcleo
y las actividades celulares?
Indique las características del alga Acetabularia y sus
variedades
Explique los experimentos A, B y C y las conclusiones que se
obtuvo de ellos
Respecto a la forma y ubicación del núcleo celular
En las células de forma esférica o cúbica se ubica en el centro de
la célula, pero cuando las células son alargadas, tienen el núcleo
también alargado y generalmente en una posición algo más lateral,
es decir, más cercano a la membrana plasmática.
Resulta interesante conocer que existen células donde el núcleo
es una estructura cuyo tamaño y forma es distinto, particularmente
esto se puede constatar en los glóbulos blancos sanguíneos o
leucocitos
Observe atentamente las siguientes imágenes y describa los tipos
de núcleo que se presentan. Realice una representación tan exacta
como sea posible de cada una de las imágenes, utilizando
exclusivamente lápiz grafito.
La proporción entre cantidad de Eucromatina y Heterocromatina al
interior del núcleo es variable, y depende en gran medida del
estado en que se encuentre la célula y sus necesidades
metabólicas. Así, una célula que se aproxima a un periodo de
división celular, presentará una gran cantidad de Heterocromatina
como producto de la condensación del DNA. De otro modo, una
célula que requiere una alta síntesis de numerosas proteínas,
presentará amplios sectores Eucromatínicos que posibiliten la
transcripción de los genes que codifican para tales proteínas.
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