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NUCLEO CELULAR Prof. N. Flores
Robert Brown  Botánico escocés (1773-1858) Brown descubrió como, en las células vegetales, existía una estructura a la que denominó núcleo. NUCLEO CELULAR El núcleo es un orgánulo membranoso principal propio de células eucariotas que contiene la información genética, vital para controlar la actividad celular.
Procariota Eucariota Célula animal Escherichia coli Pseudomonas aeruginosa
Núcleo en el ciclo celular núcleo en interfase , entre dos divisiones cuando la célula no se divide. Núcleo interfásico con membrana nuclear y poros nucleares, nucleoplasma o jugo nuclear, nucleolo y cromatina. núcleo en división o mitótico . Núcleo en la división solamente con los cromosomas.
Número  de núcleos: normalmente uno por célula, puede haber más o ninguno.  células anucleadas:  eritrocitos humanos  célula binucleada, protozoo ciliado  Amphileptus   célula binucleada, hepatocito células polinucleadas: célula muscular esquelética (sincitio) esquizonte del protozoo esporozoo  Plasmodium vivax  causante de la malaria (plasmodio)
Forma  esférica o elipsoidal en general. Se presenta arriñonado en monocitos, esférico en linfocitos, bilobulado en granulocitos eosinófilos y basófilos, plurilobulado en neutrófilos y arrosariado en el protozoo  Stentor .  Localizado  en el centro de la célula en general, pero lateral en adipocitos o en células epidérmicas vegetales.  Tamaño : proporcional al de la célula, viene dado por la relación nucleo/citoplasmática. El tamaño medio de 8 a 10 μm.  Composición química : ADN, ARN, enzimas, nucleótidos de ADN y ARN, ATP, lípidos, aminoácidos, sales minerales, agua.  Funciones del núcleo : Controla todas las actividades celulares,
Estructura del núcleo interfásico Envoltura nuclear Nucleoplasma Nucleolo
©  José Luis Sánchez Guillén
Estructura del núcleo interfásico El  núcleo interfásico  presenta las siguientes estructuras: membrana nuclear con poros nucleares, lámina nuclear, jugo nuclear o nucleoplasma, cromatina y nucleolos.
 
Los  poros nucleares   sirven para la comunicación e intercambio de moléculas grandes (ARN y proteínas) entre el citoplasma y el interior del núcleo.  Cada poro está rodeado de anillos formados por ocho bloques proteicos que mantienen la morfología del poro, sirven de anclaje a la membrana nuclear y conectan el poro con una masa densa central a través de finas fibrillas.  Esta estructura compleja hace que puedan modificarse, ensanchándose y estrechándose para adaptarse a las dimensiones de las distintas moléculas. POROS NUCLEARES
Funciones de la membrana nuclear y nucleoplasma MEMBRANA NUCLEAR  limitar el núcleo para proteger al material genético, pero a la vez permite la comunicación con el citoplasma, pasando las moléculas más grandes (enzimas de la replicación y transcripción del ADN, histonas que se unen al ADN...) a través de los poros.  NUCLEOPLASMA o JUGO NUCLEAR : rellena el interior del núcleo, equivale al citoplasma fuera del núcleo. Está formado por agua y, en disolución coloidal, proteínas (a.a., histonas, protaminas, enzimas), nucleótidos y nucleósidos, ácidos nucleicos (ARNm, ARNt...), lípidos, glúcidos, iones y sales minerales.  Su función es servir de almacén de sustancias y a la vez de medio donde se realizan reacciones como la síntesis de los ácidos nucleicos.
Nucleolo Al MET se ve como masas irregulares de unos 2 µm de diámetro, con una  parte fibrilar  central (de fibras de ADN y ARN) donde se produce la trascripción activa y una  granular  periférica (gránulos de ribonucleoproteínas, fragmentos de ribosomas en distintas fases de maduración) donde maduran las subunidades ribosómicas.  NUCLEOLO : orgánulo nuclear esférico ( 1 y 7   m). Suele haber 1 ó 2 nucleolos por núcleo.  Composición química: ADN, ARNr tamaños (ARNnucleolar), proteínas que se asociarán al ARN para dar las subunidades ribosómicas, proteínas enzimáticas implicadas en el proceso de transcripción del ARNr...
La cromatina CROMATINA : tanto la cromatina como los cromosomas están constituidos por el material genético y hereditario, es decir, ADN. La diferencia es el estado de condensación en que se encuentra debido a la diferente etapa del ciclo celular en que se halla la célula.  Composición  ADN, ARN, proteínas histónicas y no histónicas. Las histonas, son proteínas estructurales de 5 tipos (H1, H2A, H2B, H3 y H4). Las proteínas no histónicas son sobre todo de carácter enzimático.
Actividad: en el siguiente esquema identifica las diferentes partes del núcleo 7 3 1-6 4 2 5 cromatina 8 nucleoplasma
Proceso de condensación del ADN cromatina cromosoma
1 2 3 4 5 6
Estructura de la cromatina 1
Collar de perlas – fibra de 10 nm NUCLEOSOMA LINKER
©  José Luis Sánchez Guillén
Modelo de solenoide – fibra de 30 nm La cromatina en el núcleo tiene un grosor de 30 nm. La fibra de cromatina de 10 nm se empaqueta formando una  fibra de cromatina de 30 nm . El enrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de  solenoide .  Los solenoides se enrollan formando la  cromatina  del núcleo interfásico de la célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando los  cromosomas .
©  José Luis Sánchez Guillén
Modelo de solenoide 3
Formación del cromosoma 4 - 5 CROMOSOMAS : Son cuerpos densos, gruesos y más o menos cortos que se corresponden con el material genético muy condensado en el periodo de división celular. La información genética se organiza en unidades llamadas GENES, situados a lo largo de la molécula de ADN. Este acortamiento resulta del enrollamiento en hélices que se pliegan a su vez en  bucles   radiales  agrupados en los llamados  microcónvulas , que se enrollan alrededor de un eje de proteínas no histónicas a modo de andamio. El resultado es el  cromosoma metafásico   (fase de la mitosis en la que se presenta más condensado) formado por dos cromátidas idénticas. Organización en Dominios y Armazón proteico Lazos en cromosomas sin extraer (Laemmli)
Laemmli  (1977) observ ó  que al extraer las histonas de los cromosomas queda un  armaz ó n o  scaffold   central en cada crom á tida, uni é ndose ambos en el centr ó mero. De este armaz ó n salen asas de ADN que se extienden y regresan al punto inicial. En su estado normal estas asas est á n plegadas con las histonas. Al microscopio electr ó nico de barrido se observan los cromosomas como una mazorca de ma í z, con unos 400 granos o  microc ó nvulas ,  en un cromosoma humano grande. Cada microc ó nvula mide unos 52 nm de di á metro y representar í a la unidad de repetici ó n de los cromosomas.  Los dominios de ADN parecen estar unidos al armaz ó n proteico por unas regiones espec í ficas denominadas abreviadamente SARs (regiones de asociaci ó n espec í ficas).
©  José Luis Sánchez Guillén
©  José Luis Sánchez Guillén
©  José Luis Sánchez Guillén
Morfología del cromosoma Cromátidas hermanas Brazos Centrómero
Bandeado cromosómico La  técnica del bandeado cromosómico   sirve para poner de manifiesto los tipos de cromatina del cromosoma y, de esta manera, localizar ciertos genes. Es muy útil para emparejar los cromosomas en la confección de cariotipos. Una de las tinciones más utilizadas es con Giemsa, por ello se llaman  bandas G  a las bandas que aparecen.
Metacéntricos Centrómero Submetacéntricos Centrómero Centrómero Centrómero Acrocéntricos Telocéntricos Tipos de cromosomas
Tipos de cromosomas
Leyes de los cromosomas Los cromosomas cumplen tres leyes fundamentales: Individualidad:  Los cromosomas persisten como tales durante la interfase,  ú nicamente por estar descondensados aparentemente no se muestran individualizados. 2.  Constancia num é rica:  La mayor í a de animales y vegetales pertenecientes a una misma especie poseen en sus c é lulas el mismo n ú mero de cromosomas, conteniendo la mitad las c é lulas reproductoras. Generalmente, la alteraci ó n de este n ú mero conlleva enfermedades hereditarias o cong é nitas. 3.  Formaci ó n de parejas de cromosomas hom ó logos:  El n° de cromosomas salvo excepciones es siempre par. Esto se debe a que en los cromosomas de cada c é lula existen dos series num é ricamente iguales, lo que permite que se formen parejas de cromosomas hom ó logos. En las c é lulas humanas el n ú mero diploide es de 46 cromosomas. De ellos, 44 son  autosomas  (no sexuales) y dos son  heterocromosomas sexuales:  XX  en la mujer y XY en el hombre. Los gametos s ó lo tienen un cromosoma de cada tipo, son haploides (23 cromosomas).
Cariotipo e idiograma Cariotipo : el  cariotipo  es el conjunto de cromosomas de cada especie ordenados según tamaño, forma y características. En él se distinguen los autosomas o cromosomas somáticos (44 ó 22 parejas) y los cromosomas sexuales o heterocromosomas (una pareja: XX en mujer y XY en el hombre).  Idiograma  es la representación gráfica esquemática del cariotipo.
Cariotipo humano
Heterocromosomas masculinos Heterocromosomas femeninos
La división celular (Mitosis) Interfase Profase temprana Profase tardía Metafase Anafase Telofase Citocinesis
Célula vegetal Célula animal
Enlaces interesantes Bioquímica médica.  http://themedicalbiochemistrypage.org/spanish/spanish-index.html   El cromosoma eucariótico. Genética de UCM http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Cromoeuc/cromoeuc.htm   El núcleo en Educastur.  http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B4_INFORMACION/T401_NUCLEO/informacion.htm   Genomasur, el núcleo celular.  http://www.genomasur.com/lecturas/Guia10.htm   Visita guiada por la célula. Núcleo. Univ. Vigo. http://webs.uvigo.es/mmegias/5-celulas/4-nucleo.php   Cariotipos humanos en http://www.ucm.es/info/genetica/AVG/practicas/cariotipo/cario.htm   Idiograma y cariotipos en  http://ar.geocities.com/biolgene/gal.htm

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El nucleo

  • 2. Robert Brown Botánico escocés (1773-1858) Brown descubrió como, en las células vegetales, existía una estructura a la que denominó núcleo. NUCLEO CELULAR El núcleo es un orgánulo membranoso principal propio de células eucariotas que contiene la información genética, vital para controlar la actividad celular.
  • 3. Procariota Eucariota Célula animal Escherichia coli Pseudomonas aeruginosa
  • 4. Núcleo en el ciclo celular núcleo en interfase , entre dos divisiones cuando la célula no se divide. Núcleo interfásico con membrana nuclear y poros nucleares, nucleoplasma o jugo nuclear, nucleolo y cromatina. núcleo en división o mitótico . Núcleo en la división solamente con los cromosomas.
  • 5. Número de núcleos: normalmente uno por célula, puede haber más o ninguno. células anucleadas: eritrocitos humanos célula binucleada, protozoo ciliado Amphileptus célula binucleada, hepatocito células polinucleadas: célula muscular esquelética (sincitio) esquizonte del protozoo esporozoo Plasmodium vivax causante de la malaria (plasmodio)
  • 6. Forma esférica o elipsoidal en general. Se presenta arriñonado en monocitos, esférico en linfocitos, bilobulado en granulocitos eosinófilos y basófilos, plurilobulado en neutrófilos y arrosariado en el protozoo Stentor . Localizado en el centro de la célula en general, pero lateral en adipocitos o en células epidérmicas vegetales. Tamaño : proporcional al de la célula, viene dado por la relación nucleo/citoplasmática. El tamaño medio de 8 a 10 μm. Composición química : ADN, ARN, enzimas, nucleótidos de ADN y ARN, ATP, lípidos, aminoácidos, sales minerales, agua. Funciones del núcleo : Controla todas las actividades celulares,
  • 7. Estructura del núcleo interfásico Envoltura nuclear Nucleoplasma Nucleolo
  • 8. © José Luis Sánchez Guillén
  • 9. Estructura del núcleo interfásico El núcleo interfásico presenta las siguientes estructuras: membrana nuclear con poros nucleares, lámina nuclear, jugo nuclear o nucleoplasma, cromatina y nucleolos.
  • 10.  
  • 11. Los poros nucleares sirven para la comunicación e intercambio de moléculas grandes (ARN y proteínas) entre el citoplasma y el interior del núcleo. Cada poro está rodeado de anillos formados por ocho bloques proteicos que mantienen la morfología del poro, sirven de anclaje a la membrana nuclear y conectan el poro con una masa densa central a través de finas fibrillas. Esta estructura compleja hace que puedan modificarse, ensanchándose y estrechándose para adaptarse a las dimensiones de las distintas moléculas. POROS NUCLEARES
  • 12. Funciones de la membrana nuclear y nucleoplasma MEMBRANA NUCLEAR limitar el núcleo para proteger al material genético, pero a la vez permite la comunicación con el citoplasma, pasando las moléculas más grandes (enzimas de la replicación y transcripción del ADN, histonas que se unen al ADN...) a través de los poros. NUCLEOPLASMA o JUGO NUCLEAR : rellena el interior del núcleo, equivale al citoplasma fuera del núcleo. Está formado por agua y, en disolución coloidal, proteínas (a.a., histonas, protaminas, enzimas), nucleótidos y nucleósidos, ácidos nucleicos (ARNm, ARNt...), lípidos, glúcidos, iones y sales minerales. Su función es servir de almacén de sustancias y a la vez de medio donde se realizan reacciones como la síntesis de los ácidos nucleicos.
  • 13. Nucleolo Al MET se ve como masas irregulares de unos 2 µm de diámetro, con una parte fibrilar central (de fibras de ADN y ARN) donde se produce la trascripción activa y una granular periférica (gránulos de ribonucleoproteínas, fragmentos de ribosomas en distintas fases de maduración) donde maduran las subunidades ribosómicas. NUCLEOLO : orgánulo nuclear esférico ( 1 y 7  m). Suele haber 1 ó 2 nucleolos por núcleo. Composición química: ADN, ARNr tamaños (ARNnucleolar), proteínas que se asociarán al ARN para dar las subunidades ribosómicas, proteínas enzimáticas implicadas en el proceso de transcripción del ARNr...
  • 14. La cromatina CROMATINA : tanto la cromatina como los cromosomas están constituidos por el material genético y hereditario, es decir, ADN. La diferencia es el estado de condensación en que se encuentra debido a la diferente etapa del ciclo celular en que se halla la célula. Composición ADN, ARN, proteínas histónicas y no histónicas. Las histonas, son proteínas estructurales de 5 tipos (H1, H2A, H2B, H3 y H4). Las proteínas no histónicas son sobre todo de carácter enzimático.
  • 15. Actividad: en el siguiente esquema identifica las diferentes partes del núcleo 7 3 1-6 4 2 5 cromatina 8 nucleoplasma
  • 16. Proceso de condensación del ADN cromatina cromosoma
  • 17. 1 2 3 4 5 6
  • 18. Estructura de la cromatina 1
  • 19. Collar de perlas – fibra de 10 nm NUCLEOSOMA LINKER
  • 20. © José Luis Sánchez Guillén
  • 21. Modelo de solenoide – fibra de 30 nm La cromatina en el núcleo tiene un grosor de 30 nm. La fibra de cromatina de 10 nm se empaqueta formando una fibra de cromatina de 30 nm . El enrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de solenoide . Los solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando los cromosomas .
  • 22. © José Luis Sánchez Guillén
  • 24. Formación del cromosoma 4 - 5 CROMOSOMAS : Son cuerpos densos, gruesos y más o menos cortos que se corresponden con el material genético muy condensado en el periodo de división celular. La información genética se organiza en unidades llamadas GENES, situados a lo largo de la molécula de ADN. Este acortamiento resulta del enrollamiento en hélices que se pliegan a su vez en bucles radiales agrupados en los llamados microcónvulas , que se enrollan alrededor de un eje de proteínas no histónicas a modo de andamio. El resultado es el cromosoma metafásico (fase de la mitosis en la que se presenta más condensado) formado por dos cromátidas idénticas. Organización en Dominios y Armazón proteico Lazos en cromosomas sin extraer (Laemmli)
  • 25. Laemmli (1977) observ ó que al extraer las histonas de los cromosomas queda un armaz ó n o scaffold central en cada crom á tida, uni é ndose ambos en el centr ó mero. De este armaz ó n salen asas de ADN que se extienden y regresan al punto inicial. En su estado normal estas asas est á n plegadas con las histonas. Al microscopio electr ó nico de barrido se observan los cromosomas como una mazorca de ma í z, con unos 400 granos o microc ó nvulas , en un cromosoma humano grande. Cada microc ó nvula mide unos 52 nm de di á metro y representar í a la unidad de repetici ó n de los cromosomas. Los dominios de ADN parecen estar unidos al armaz ó n proteico por unas regiones espec í ficas denominadas abreviadamente SARs (regiones de asociaci ó n espec í ficas).
  • 26. © José Luis Sánchez Guillén
  • 27. © José Luis Sánchez Guillén
  • 28. © José Luis Sánchez Guillén
  • 29. Morfología del cromosoma Cromátidas hermanas Brazos Centrómero
  • 30. Bandeado cromosómico La técnica del bandeado cromosómico sirve para poner de manifiesto los tipos de cromatina del cromosoma y, de esta manera, localizar ciertos genes. Es muy útil para emparejar los cromosomas en la confección de cariotipos. Una de las tinciones más utilizadas es con Giemsa, por ello se llaman bandas G a las bandas que aparecen.
  • 31. Metacéntricos Centrómero Submetacéntricos Centrómero Centrómero Centrómero Acrocéntricos Telocéntricos Tipos de cromosomas
  • 33. Leyes de los cromosomas Los cromosomas cumplen tres leyes fundamentales: Individualidad: Los cromosomas persisten como tales durante la interfase, ú nicamente por estar descondensados aparentemente no se muestran individualizados. 2. Constancia num é rica: La mayor í a de animales y vegetales pertenecientes a una misma especie poseen en sus c é lulas el mismo n ú mero de cromosomas, conteniendo la mitad las c é lulas reproductoras. Generalmente, la alteraci ó n de este n ú mero conlleva enfermedades hereditarias o cong é nitas. 3. Formaci ó n de parejas de cromosomas hom ó logos: El n° de cromosomas salvo excepciones es siempre par. Esto se debe a que en los cromosomas de cada c é lula existen dos series num é ricamente iguales, lo que permite que se formen parejas de cromosomas hom ó logos. En las c é lulas humanas el n ú mero diploide es de 46 cromosomas. De ellos, 44 son autosomas (no sexuales) y dos son heterocromosomas sexuales: XX en la mujer y XY en el hombre. Los gametos s ó lo tienen un cromosoma de cada tipo, son haploides (23 cromosomas).
  • 34. Cariotipo e idiograma Cariotipo : el cariotipo es el conjunto de cromosomas de cada especie ordenados según tamaño, forma y características. En él se distinguen los autosomas o cromosomas somáticos (44 ó 22 parejas) y los cromosomas sexuales o heterocromosomas (una pareja: XX en mujer y XY en el hombre). Idiograma es la representación gráfica esquemática del cariotipo.
  • 37. La división celular (Mitosis) Interfase Profase temprana Profase tardía Metafase Anafase Telofase Citocinesis
  • 39. Enlaces interesantes Bioquímica médica. http://themedicalbiochemistrypage.org/spanish/spanish-index.html El cromosoma eucariótico. Genética de UCM http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Cromoeuc/cromoeuc.htm El núcleo en Educastur. http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B4_INFORMACION/T401_NUCLEO/informacion.htm Genomasur, el núcleo celular. http://www.genomasur.com/lecturas/Guia10.htm Visita guiada por la célula. Núcleo. Univ. Vigo. http://webs.uvigo.es/mmegias/5-celulas/4-nucleo.php Cariotipos humanos en http://www.ucm.es/info/genetica/AVG/practicas/cariotipo/cario.htm Idiograma y cariotipos en http://ar.geocities.com/biolgene/gal.htm