Núcleo Celular 1 Tema 19. Características generales del núcleo
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1 Núcleo Celular Tema 19. Características generales del núcleo interfásico. Envoltura nuclear: Poros nucleares y lámina nuclear. El nucleoplasma. Relaciones núcleo/citoplasma. La cromatina. Eucromatina y heterocromatina. ADN, cromatina y cromosomas. Los cromosomas metafásicos: Técnicas de estudio. Cariotipo. 1. Características generales del núcleo interfásico El núcleo fue descrito por primera vez por Leeuwenhoek (1700) en eritrocitos de salmón. En la mayoría de las células eucariotas hay un solo núcleo; pero puede haber dos en algunas células, mientras que las células multinucleadas son raras. La forma del núcleo no es estática sino cambiante. En general la forma nuclear se adapta a la configuración de la célula, observándose múltiples formas. La posición del núcleo en la célula es generalmente central, pero puede variar por la polarización de la célula y la influencia de otros componentes. El tamaño del núcleo varía según el periodo del ciclo celular. Antes de que se conociera la función del ADN nuclear y su significado biológico, una serie de observaciones permitieron formular las siguientes afirmaciones sobre el núcleo: • Es indispensable para la vida de la célula: la supresión del núcleo causa la muerte celular. • Controla la diferenciación celular: sí un fragmento de célula (p. ej. Acetabularia sp.) que contenga el núcleo se separa del resto del citoplasma, este fragmento regenerará la célula entera. • Conserva su potencialidad en células diferenciadas: durante el desarrollo embrionario (u ontogenético), a partir de un primer núcleo (del cigoto) se forman todas las células del individuo; especializándose cada célula y núcleo en un sentido diferente. Sin embargo, los núcleos conservan su totipotencialidad. Así al transplantar un núcleo diferenciado a un óvulo enucleado se desarrolla un organismo normal. Todo esto sucede porque el ADN nuclear codifica toda la síntesis proteíca celular y, al duplicarse, permite la formación de células idénticas (división celular). El ADN es característico para todas las células de un mismo individuo, y no para cada tipo celular, por diferentes que sean, salvo excepciones (células germinales, poliploides, anomalías cromosómicas, etc.). La cantidad básica de ADN es constante para todas las células de cada especie excepto células poliploides. En general, aumenta con la escala evolutiva; excepto en vertebrados donde varía ampliamente. 1.1. Componentes Las células que se dividen siguen un ciclo celular, en el que se identifican claramente dos periodos: interfase y mitosis o división celular. Morfológicamente, el núcleo propiamente dicho o interfásico consta de: • • Envoltura nuclear: - Poros nucleares. - Lámina nuclear. Cromatina: ADN y proteínas asociadas (principalmente histonas). Núcleo Celular • Nucléolo: es la expresión morfológica de la síntesis de ARN ribosómico. • Nucleoplasma. 2 Durante la mitosis el núcleo pierde esta organización. Desaparecen la envoltura nuclear y el nucléolo; mientras que la cromatina cambia de aspecto para configurar los cromosomas. 2. Envoltura nuclear La envoltura nuclear o cisterna perinuclear es una doble membrana (externa e interna), separadas entre ellas por un espacio intermembranal (25-40 nm) que se continúa con las cisternas del RER. Posee características similares a las del RER, incluyendo la composición, estructura trilaminar, espesor y hasta las mismas enzimas y funciones; por lo que se puede considerar como una especialización del RE. Evolutivamente, se ha sugerido que el RE en eucariotas envolvió la cromatina formando la envoltura nuclear. • Membrana nuclear externa: puede tener ribosomas adheridos. Después de la mitosis y en células embrionarias se observa continuidad entre ella y el RER. • Membrana nuclear interna: contiene los receptores específicos de unión de la lámina nuclear (receptores de lámina B). Aunque se continúa con la membrana nuclear externa su composición bioquímica es distinta. Aunque durante mucho tiempo se ha considerado que el RER recomponía la envoltura nuclear en la telofase, después de la mitosis. Actualmente, se considera que la envoltura nuclear se forma a partir de los fragmentos membranosos en que se disgregó y a los que se añaden otros componentes de la envoltura nuclear: lámina nuclear y poros nucleares. 2.1. Lámina nuclear Con microscopía electrónica, la lámina fibrosa o nuclear aparece como un material muy denso a los electrones asociado a la cara interna de la membrana nuclear interna, que separa la envoltura nuclear de la cromatina densa periférica. Su estructura es semejante a una malla fibrosa, de espesor variable, 10-80 nm, (normalmente 10-20 nm). La lámina nuclear puede estar formada por un solo polipéptido o varios (filamentos intermedios de tipo IV), denominados láminas. En mamíferos y aves está formada por tres láminas: A, B y C de 74, 72 y 62 kDa, respectivamente. Las láminas forman dímeros de estructura similar a la miosina (una cola en forma de bastón y dos cabezas globulares), pero de menor tamaño. Sin embargo, las láminas nucleares difieren de los filamentos intermedios típicos en que se disponen formando una malla y no haces como éstos. La lámina nuclear parece desempeñar un papel crucial en la organización de la envoltura nuclear y de la cromatina subyacente. Los polipéptidos de la lámina nuclear intervienen probablemente en la disolución y formación de la envoltura nuclear durante la mitosis. Diferenciándose los siguientes estadios de asociación: Núcleo Celular • 3 Durante la interfase, las láminas nucleares interaccionan por su lado externo con proteínas específicas incluidas en la membrana interna de la envoltura nuclear. Por su lado interno, algunos componentes de la lámina se fijan a puntos específicos de la cromatina y guían las interacciones de la cromatina con la envoltura nuclear. Durante la interfase las láminas nucleares crecen, al igual que lo hacen otras membranas, incluyendo la nuclear. • En la profase de la mitosis, el factor promotor de la mitosis desencadena la despolimerización de las láminas por una fosforilación transitoria de grupos -NH2 de serinas específicas en estos polipéptidos. Este desembalaje causa la disgregación y desaparición de la envoltura nuclear, que se fragmenta en vesículas, a las que quedan asociados los fragmentos de lámina B durante la mitosis. Las láminas A y C son solubles y se distribuyen por el citoplasma. • Al final de la mitosis (anafase-telofase), la desfosforilación de las láminas provoca su repolimerización en la superficie de los cromosomas, permitiendo que la envoltura nuclear se forme de nuevo. Uniéndose las vesículas de la ex-envoltura nuclear a la lámina y fusionarse entre sí estas para formar una envoltura alrededor de cada cromosoma o grupo de cromosomas. Las envolturas se fusionan para formar la envoltura nuclear definitiva. Entre las funciones de la lámina destacan: • Son responsables del ensamblaje de la envoltura nuclear alrededor de los cromosomas y de la exclusión de todo el material citoplasmático del interior del núcleo. • Es responsable de la formación del núcleo. • Constituye un nucleoesqueleto responsable de la distribución de los cromosomas en la interfase. 2.2. Poros nucleares Una característica de la cisterna perinuclear es la presencia de poros nucleares, en los que ambas membranas (externa e interna) se fusionan y quedan interrumpidas de trecho en trecho formando canales acuosos, que comunican permanentemente citoplasma y nucleoplasma. Los poros son muy abundantes en células muy activas (células embrionarias, inmaduras, etc.), que necesitan un alto grado de transferencias entre núcleo y citoplasma. Por término medio hay unos 11 poros/µm2 (3.000-4.000 poros/núcleo); aunque el número de poros varía durante el ciclo celular. Entre el 3-35% de la superficie nuclear está representada por los poros. La estructura del poro corresponde al denominado complejo del poro. El espacio, más o menos circular, que dejan las membranas al unirse es de unos 80 nm; sin embargo, hay un material denso, el anillo del poro, que reduce el espacio útil a unos 50 nm. En realidad este anillo no es completamente circular, pues está constituido por 8 bloques o protusiones, configurando un octógono regular. Cada bloque está formado por unas 100 proteínas diferentes que se organizan en tres subunidades o componentes: - Columnares: dispuestos perpendicularmente a las membranas de la envoltura nuclear. - Anulares: proyectan hacia el centro del poro. - Adluminales: proyectan hacia la luz de la envoltura nuclear, anclando el complejo del poro a ésta. 4 Núcleo Celular Además, desde cada bloque se proyectan dos finas fibrillas hacia el hialoplasma y nucleoplasma, respectivamente. Las fibrillas nucleoplasmáticas de los ocho bloques del poro se reúnen en el interior del núcleo en una masa densa donde finalizan, es la llamada jaula nuclear. Se considera que estas proteínas están implicadas en la captura de las proteínas que entran o salen del núcleo. En los poros se ha detectado ATPasa, probablemente implicada en las transferencias núcleo-citoplasma. Los complejos del poro están asociados a la lámina nuclear y se desensamblan y reensamblan en cada mitosis. 3. Nucleoplasma El nucleoplasma o carioplasma es la sustancia de fondo en la que están embebidas la cromatina y el nucléolo. Consiste en una fase acuosa en la que se encuentran principalmente proteínas, sobre todo las enzimas relacionadas con el metabolismo de los ácidos nucleicos. También existen proteínas ácidas no asociadas a ácidos nucleicos (ADN y ARN), denominadas proteínas residuales. Además, en el nucleoplasma hay cofactores, moléculas precursoras, minerales y productos intermedios de la glucólisis (ATP, NAD, acetilCoA, K+, Na+, Ca2+ y Mg2+). A parte de los componentes de la lámina nuclear, se habla de una matriz o armazón nuclear, constituido por proteínas no identificadas que unen entre sí unas determinadas secuencias de ADN, denominadas regiones asociadas a la matriz. Esta matriz moldearía los plegamientos de la cromatina y regularía la replicación y transcripción del ADN. 4. Relaciones núcleo/citoplasma Existe una notable influencia del citoplasma en la función nuclear y viceversa, como es obvio. Esas interrelaciones se establecen a través de los poros nucleares. Mediante microinyecciones intracitoplasmáticas de proteínas no nucleares marcadas, se ha observado que conforme aumenta el peso molecular de la molécula aumenta el tiempo de difusión de las moléculas desde el citoplasma al núcleo. Peso molecular (kDa) Tiempo (minutos) ≤5 Muy rápido 17 2 44 30 ≥60 No pasan Por lo que, pese a quedar un espacio de 50 nm en los poros, no todas las moléculas de esas dimensiones pueden atravesarlos. Parece ser que sólo el canal central permite el paso de sustancias menores Núcleo Celular 5 de 9 nm (≥60 kDa); el resto de los 50 nm del canal deben estar ocupados por sustancias invisibles al microscopio electrónico, o bien existe selectividad en el paso de sustancias. En conclusión el poro es un canal cilíndrico de 9 nm de diámetro y 15 nm (quizás hasta 70 nm) de longitud. Estos resultados plantean un problema de permeabilidad nuclear y diámetro de los poros. Es evidente que al interior del núcleo han de penetrar desde el citoplasma grandes moléculas (100-200 kDa), como las polimerasas de ADN y ARN. Lo mismo puede decirse de la transferencia de moléculas desde el núcleo al citoplasma, como se transportan los distintos tipos de ARN asociado o no a proteínas. También se ha observado que la célula durante la fase S (replicación de su ADN) importa 100 histonas/minuto/poro y en crecimiento rápido exporta 3 ribosomas/minuto/poro. Por tanto, los poros nucleares funcionalmente facilitan la importación y/o exportación: a) Importación: Para que el núcleo pueda incorporar las grandes moléculas se necesita un mecanismo de transporte, del que se encargan proteínas ancladas en los márgenes del poro y que parecen ensanchar éste permitiendo el paso. Las observaciones sugieren que el poro funciona como un diafragma de apertura controlada. Para que se abra el poro se necesita: - Hidrólisis de ATP. - Una señal de importación nuclear en la proteína, compuesta de un corto péptido señal aminoterminal (4-8 aminoácidos) cargado positivamente (lisina, arginina y prolina), que se elimina al entrar la proteína en el núcleo. - La cooperación de unas proteínas citosólicas, denominadas nucleoporinas, que permiten dilatar el diámetro del poro. Proteínas citoplásmicas > Recepción en el complejo > Dilatación > Translocación > Liberación nuclear Por ej.: Láminas y nucleoplasmina (proteína de 165 kDa, que permite la asociación de las histonas y del ADN en el nucleosoma). b) Exportación: Los poros pueden poseer receptores para ARN o proteínas asociadas. 5. La cromatina La cromatina es el componente más abundante del núcleo y está constituido por ADN unido a proteínas del tipo histonas, principalmente: a) ADN: El ADN es una doble hélice de 2,5 nm de diámetro. Cada cadena consiste en una sucesión de un grupo formado por los siguientes elementos: base, pentosa (desoxirribosa) y grupo PO43-. 6 Núcleo Celular Base + Pentosa (desoxirribosa) Grupo PO43- + Desoxinucleósido Desoxinucleósido Desoxinucleótido Adenina (A) Desoxiadenosina Desoxiadenosín monofosfato Guanina (G) Desoxiguanosina Desoxiguanosín monofosfato Timidina (T) Desoxitimidina Desoxitimidín monofosfato Citosina (C) Desoxicitidina Desoxicitidín monofosfato Bases Púricas Pirimidínicas La cadena de ADN es una sucesión de desoxinucleótidos y cada uno ocupa una longitud de 1/3 nm. La unión entre desoxinucleótidos para formar el ADN es a través del PO43-, que se une al carbono 3 de la desoxirribosa siguiente; de modo que el PO43- une los carbonos 5 y 3 de las pentosas. En la doble hélice las bases se disponen enfrentadas: A con T y G con C. Las dos cadenas o hebras de la doble hélice son antiparalelas: Si se mira en un extremo de la doble hélice se observa que empieza con un grupo PO43- unido al carbono 5’ de la pentosa y termina en el carbono 3’ de la desoxirribosa libre. La otra cadena se dispone en dirección opuesta; termina donde la otra empieza. La diferencia entre el ADN y el ARN estriba en que en el ARN, la base timidina (T) se reemplaza por la uridina (U) y que la pentosa es la ribosa. Además el ARN forma una hélice simple y no doble. De acuerdo con la naturaleza de la pentosa en el ARN tenemos: Base + Pentosa (Ribosa) Grupo PO43- + Nucleósido Nucleósido Nucleótido Adenina (A) Adenosina Adenosín monofosfato Guanina (G) Guanosina Guanosín monofosfato Uridina (U) Uridina Uridín monofosfato Citosina (C) Citidina Citidín monofosfato Bases Púricas Pirimidínicas b) Proteínas: Las histonas son pequeñas proteínas con una proporción muy alta de aminoácidos cargados positivamente. Se dividen en dos grupos: • Histonas nucleosómicas, H2A, H2B, H3 y H4. Su estructura se ha mantenido muy constante en la evolución, sobre todo la de las histonas H3 y H4. Estas cuatro histonas se reúnen para dar lugar a un tetrámero, que forma un disco de unos 10 nm de diámetro y unos 5 nm de altura. Dos tetrámeros se unen para formar un octámero, que mide unos 10x10 nm y alrededor del cual se enrolla el ADN, constituyendo el nucleosoma o unidad básica de la estructura de la cromatina. • El otro grupo está formado por la histona H1. Evolutivamente es muy heterogénea, encontrándose varios tipos diferentes en la misma célula. Cada H1 presenta una región globular central y dos extremos (carboxilo y amino). No se conoce el ensamblaje de las histonas H1 en la fibra de cromatina, pero son necesarias para el plegamiento helicoidal de está. Todas las histonas son proteínas básicas. En menor proporción hay otras proteínas, principalmente proteínas ácidas del tipo fosfoproteínas, que son abundantes en la eucromatina. Las proteínas ácidas se caracterizan por su rápida velocidad de recambio 7 Núcleo Celular (“turnover”) y por que se sintetizan durante todo el ciclo celular, a diferencia de las histonas que sólo se sintetizan en el periodo S. Las proteínas ácidas del núcleo mejor conocidas son la nucleoplasmina, que se une a las histonas H2A y H2B, y la proteína N1, que se une a las histonas H3 y H4. En el núcleo existen también proteínas ácidas no unidas a ADN ni ARN, que se encuentran en el nucleoplasma y se denominan residuales. Otras que aparecen unidas al ADN son diversas enzimas, como ADN sintetasa, nucleósido trifosfatasa, acetilasas de histonas, etc. 6. Eucromatina y heterocromatina Con microscopía distinguimos los siguientes tipos de núcleos en interfase: Núcleo Interfásico Microscopía óptica Microscopía electrónica Leptocromáticos Eucromáticos Paquicromáticos Heterocromáticos Disposición de la cromatina Laxa Masas densas homogéneas La eucromatina corresponde a cromatina desespiralizada y, por tanto, transcripcionalmente activa (generalmente, un 10% de la cromatina). Mientras que la heterocromatina sería la cromatina intensamente espiralizada o condensada y, en principio, transcripcionalmente inactiva (90% restante), pues la condensación hace que el ADN no sea accesible a las proteínas activadoras de los genes. Lo que se confirma con la observación de incorporación de uridina marcada radiactivamente en mucha mayor cantidad en la eucromatina que en la heterocromatina. En mamíferos se ha visto que sólo el 1% del ADN sintetiza proteínas esenciales. Esto implica que la mayor parte del ADN de las células no tiene como misión fabricar mRNA, lo que está de acuerdo con las grandes variaciones en el contenido de ADN entre especies incluso muy afines. Esta diferencia entre cromatina activa (eucromatina) e inactiva (heterocromatina) va asociada a toda una serie de características relacionadas con la transcripción y que sólo están presentes en la eucromatina. El ADN de los genes inactivos está más intensamente metilado que el de los activos. Cuando estos son activados pierden parte de la metilación. Las decisiones de activación se toman por proteínas reguladoras, y la metilación (o desmetilación) acompaña esta decisión. Se distinguen dos tipos de heterocromatina: a) Heterocromatina facultativa: Unas veces está condensada y otras no. Llega a ser hasta el 80-90% de toda la heterocromatina. Aunque inicialmente se uso este término para designar el cromosoma X que permanece condensado durante la interfase en todas las células de las hembras de cariotipo XX. Además de esa heterocromatina, presente en todas las células de un individuo, hay otra heterocromatina condensada que varía de un tipo celular a otro, y en cada célula, dependiendo del momento funcional. Esto sucede así porque la mayoría de los genes no se transcriben a la vez en todas las células de un organismo, sino sólo una mínima parte de ellos. Estos genes que facultativamente se transcriben, dependiendo del tipo y momento celular, y que se encuentran condensados cuando no transcriben, también se incluyen como heterocromatina facultativa. Cada tipo celular tiene presentes unos mecanismos heredables de memoria celular que le dicen que cromatina tiene que estar activa, para realizar las funciones propias de ese tipo celular, y cuál debe estar como heterocromatina facultativa porque corresponde a genes que, en ese tipo celular y en ese momento no realizan función alguna. 8 Núcleo Celular b) Heterocromatina constitutiva: Siempre está condensada en ambos cromosomas homólogos. Es una cromatina especial, que siempre se duplica tardíamente. Constituye del 10-20% de la heterocromatina. Inicialmente se pensó que era inactiva al estar condensada; pero se ha visto que algunos genes importantes están ubicados en ella (rRNA, tRNA, RNA 5S de ribosomas). Estos genes localizados en la heterocromatina constitutiva en realidad son segmentos eucromáticos intercalados. La mayor parte de la heterocromatina constitutiva corresponde a ADN repetitivo o redundante. Secuencias de heterocromatina constitutiva 70% Únicas * Producto de transcripción mRNA de proteínas específicas de cada tipo celular. 20% Moderadamente repetitivas intercaladas mRNA de proteínas estructurales (histonas) * 10% Redundantes repetitivas en serie (o ADN satélite) (*) Parte de ese 70% y 20% de heterocromatina constitutiva podría constituir eucromatina (en las células en que dichos genes están activos), o heterocromatina facultativa (en los restantes tipos celulares que no precisen de esos genes). La mayor parte de la heterocromatina constitutiva es centromérica y está formada por ADN satélite. Se atribuyen diversas funciones a la heterocromatina constitutiva: - Participa en la separación de las cromatinas en la mitosis. - Apareamiento de cromosomas y sobrecruzamiento durante la meiosis. - Regiones repetitivas se usan como separadoras de las regiones genéticamente activas, pudiendo servir como puntos de iniciación. 7. ADN, cromatina y cromosomas La cromatina (o cromosoma interfásico) está constituida por una larga hélice de ADN de 2,5 nm de diámetro que al asociarse a proteínas, principalmente histonas, formaría una fibra de 10 nm de diámetro; que a su vez se plegaría para dar una fibra de 25 nm; finalmente, plegamientos posteriores más complejos formarían fibras más gruesas de diámetros variables. Las fibras de cromatina presentan una secuencia de glóbulos (o nucleosoma) de 10 nm de diámetro, separados por unos 14 nm entre sí, y unidos por un filamento de ADN de 2,5 nm de diámetro (o nucleofilamento) (estructura en collar de perlas). Los nucleosomas se corresponden con los octámeros de histonas y el ADN enrollado alrededor de éstos, dando al menos dos vueltas (146 pares de bases). El ADN abandona seguidamente el octámero para formar el siguiente octámero (40-80 pares de bases). Así se forma la fibra de cromatina de 10 nm. Esta unidad repetitiva de unos 200 pares de bases parece representar una característica constante a lo largo de la evolución. El octámero esta formado por cada una de las cuatro histonas nucleosómicas (H2A, H2B, H3 y H4). Cada histona presenta el extremo amino terminal extendido (rico en aminoácidos cargados positivamente, Núcleo Celular 9 lisina y arginina) por el que se unen al ADN y el extremo carboxilo más compacto por el que se une al extremo compacto de las otras tres histonas. Así pues cada hemioctámero tiene una región central y cuatro colas de unión al ADN. Alrededor de cada tetrámero se dispone una vuelta de doble hélice de ADN. De la unión de dos hemioctámeros resulta un nucleosoma completo. Los octámeros forman una unidad fija, que no se desplaza por la cadena de ADN. Esta fibra o cadena de nucleosomas de 10 nm corresponde a la cromatina totalmente desespiralizada, tal y como se encuentra funcionalmente activa (replicación o transcripción). Pero cuando se une a ella la histona H1 la cadena de nucleosomas se pliegan, dando lugar a la fibra de 25 nm que constituye la unidad de empaquetamiento de la cromatina. Este plegamiento se explica mediante un enrollamiento helicoidal en el que cada vuelta tendría 6 nucleosomas (un giro de 60º cada uno respecto al otro). Cada H1 presenta una región globular central y dos extremos (-COOH y –NH2). La región globular se une al octámero y los brazos conectan con los octámeros adyacentes. Cada H1 se adosa en la base de cada nucleosoma, a esta unión se le denomina cromatosoma. La cabeza de cada H1 conecta con la cola de la siguiente H1. En la organización del ADN también interviene las proteínas no histónicas: - Nucleoplasmina (29 kDa) proteína ácida que se une a las histonas H2A y H2B. - Proteína N1 proteína ácida que se une a las histonas H3 y H4. Las regiones carentes de nucleosomas corresponden generalmente a las regiones reguladoras de cada gen. La organización de la cromatina en el cromosoma plantea un problema adicional al de la cromatina interfásica: ¿cómo se pliega la fibra de 25 nm resultante de la cadena de nucleosomas para formar la cromátida?: Un modelo clásico que ha tratado de explicar esta organización se basa en plegamientos helicoidales sucesivos. La fibra de 25 nm se pliega helicoidalmente para formar una fibra de 150 nm, que se vuelve a plegar para formar el espesor de la cromátida (500 nm). Otro modelo para explicar los plegamientos de la fibra de 25 nm serían las microconvulas, que miden 52 nm de diámetro y representan la unidad repetitiva de organización del cromosoma. El ADN de este dominio forma una fibra de 25 nm que se aleja del punto de partida y tras girar 180º, vuelve otra vez a él. El espesor total es de unos 52 nm, o sea, el espesor de la microconvula. 8. Los cromosomas metafásicos Cada cromosoma presenta dos cromátidas exactamente iguales, separadas por el centrómero, que contiene el cinetocoro, donde conectan los microtúbulos del huso mitótico. Cada cromatina está constituida por dos brazos, de igual o diferente longitud; a veces un brazo es casi inexistente. Los brazos representan una unidad morfológica para su clasificación y no son una unidad funcional como son las cromátidas, ambas se separan y cada una de ellas emigra a una de las dos células hijas en la mitosis. 10 Núcleo Celular En algunos cromosomas existen constricciones secundarias, que se distinguen de los centrómeros (o constricciones primarias) en que dan lugar a satélites y no a brazos como las últimas. De acuerdo con el tamaño de los brazos los cromosomas se denominan: Cromosomas Brazos Metacéntricos o mediales Iguales Submetacéntricos o submediales Tamaño diferente Acrocéntricos Uno casi inapreciable Telocéntricos Uno sólo. Existen algunas regiones especiales que se identifican morfológicamente como: cromómeros, centrómeros y constricciones secundarias de los telómeros: Cromómeros: Son condensaciones de cromatina más densas de lo normal, dispuesta a lo largo de la cromátida. Representan regiones de condensación temprana de la cromatina que se está empaquetando, son muy abundantes en la profase. Centrómero: designa la constricción primaria y el término cinetocoro se refiere a las partes laterales del centrómero donde conectan los microtúbulos el huso. Tipos de cinetocoros: trilaminar (en células animales) y esférico (común en vegetales). Ambos tipos de cinetocoro carecen de ADN y están formados por un complejo de proteínas con capacidad para unirse a microtúbulos. La cromatina en contacto con el cinetocoro forma un segmento de longitud variable que separa los cinetocoros del resto de la cromatina. Es la heterocromatina centromérica, que consiste en secuencias repetitivas de ADN que sirven para organizar las proteínas del cinetocoro. Telómero: Secuencias cortas, específicas y repetitivas de nucleótidos que se encuentran en las extremidades de los cromosomas. Protegen las extremidades de los cromosomas de la degradación. 8.1. Técnicas de estudio Para estudiar y clasificar los cromosomas actualmente se sigue la técnica de preparación de cromosomas mitóticos. Consistente en la incubación de suspensiones celulares en presencia de fitohemaglutinina (mitógeno) que estimula la división celular. Para conseguir que la célula esté en metafase, cuando mejor se observan los cromosomas, se emplea la colchicina que inhibe el desarrollo del huso mitótico quedando detenidos los cromosomas en metafase. Se someten a choque osmótico, se extienden en un portaobjetos y se tiñen, empleando técnicas de bandeo cromosómico. Estas técnicas permiten observar en las cromátidas una serie de bandas claras y oscuras, más o menos anchas, características de cada cromosoma. Apareciendo en ambos homólogos. Son como las huellas dactilares de los cromosomas. Cada banda se replica como una unidad durante la interfase, lo que sugiere que son unidades funcionales. Las principales técnicas de bandeo son para bandas Q, C, G, N, R y T. 9. Cariotipo Núcleo Celular 11 El cariotipo es el conjunto de cromosomas convenientemente ordenado que define cada especie. Es decir; son los tipos, variedades, formas, dimensiones y número de cromosomas, que constituyen el patrimonio genético de una especie, o en otras palabras la carga cromosómica completa de un individuo o célula presente al observarla en metafase mitótica. El número y tipos de cromosomas son constantes y característicos de una especie. Cada célula somática presenta una dotación cromosómica 2n (siendo "n" el número haploide de cromosomas). Así, entendemos por ploidía el número de pares de cromosomas de cada tipo que están representados en una célula. Al referirnos a cromosomas autosómicos (no sexuales) se entiende por cromosomas homólogos los cromosomas de un mismo par que aparecen en ambos sexos, y se designan por un número. Como los cromosomas sexuales o heterocromosomas suelen ser diferentes entre sí, no se designan por un número sino por una letra. 9.1. Alteraciones morfológicas del cariotipo Hay alteraciones espontáneas y otras inducidas. Se clasifican en: • Cambios numéricos: El número básico de cromosomas de una célula característico de cada especie, se designa con la letra "n" y representa cuantos cromosomas diferentes hay en el cariotipo. Se llama dotación euploide a la que es múltiplo de "n" (xn). Las dotaciones euploides más frecuentes son: haploide (n cromosomas), diploide (2n), triploide (3n) y tetraploide (4n). La dotación normal de una célula somática es 2n y la de los gametos n. Las dotaciones euploides con más de 3n se denominan poliploidías y se producen por fallo en el reparto en la anafase. Las dotaciones aneuploides tienen números cromosómicos básicos que no son múltiplos del básico (2nmx cromosomas). • Cambios estructurales: Existen alteraciones cromosómicas que no significan una variación en el número de cromosomas, sino alteraciones en algún fragmento de uno o varios cromosomas. 9.2. Cromatina sexual La cromatina en interfase de los machos es diferente a la de las hembras; ya que, además del nucléolo, en las hembras aparece otro corpúsculo de cromatina densa, la cromatina sexual o corpúsculo de Barr. La explicación de este hecho es que en todas las células sólo hay un cromosoma X activo. El otro (o los otros) cromosoma X presente no está activo y se encuentra heterocromatizado; por eso se visualiza como cromatina sexual. 9.3. Cromosomas especiales Con esta expresión se designan formaciones cromosómicas atípicas, que no son patogénicas, sino fisiológicamente normales, pero que se desarrollan sólo en algunos tipos celulares en determinadas etapas de su ciclo vital. Los más representativos son: Núcleo Celular • 12 Cromosomas plumosos: En algunos anfibios, durante el crecimiento de los oocitos (huevos) inmaduros sus cromosomas son muy activos en cuanto a la síntesis de ARN y suelen presentar grandes y esponjosos bucles de cromatina recubiertos de ARN recién transcrito y empaquetado en complejos ARN-proteína. Por lo que estos cromosomas son claramente visibles incluso durante la interfase. • Cromosomas politénicos: En ciertas células de insectos después de repetidos ciclos de síntesis de ADN que no van seguidos de división celular, se producen células gigantes poliploides, disponiéndose todas las copias de los cromosomas de forma continua formando un único cromosoma politénico gigante.
