ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO UNIDAD DE NIVELACIÓN
CICLO DE NIVELACIÓN: SEPTIEMBRE 2013 / FEBRERO 2014 MÓDULO INTRODUCCIÓN AL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO: BIOLOGÍA
DATOS INFORMATIVOS INTEGRANTES:
Andrea Cabrera Cristhian Lasso Ximena Machado Alexander Naranjo Miguel Rivera Huilmar Rodríguez Belén Santiago
FECHA:
Diciembre 11 de 2013.
Riobamba - Ecuador
EL NÚCLEO CELULAR En biología, el núcleo celular es un orgánulo membranoso que se encuentra en el centro de las células eucariotas. Contiene la mayor parte del material genético celular, organizado en múltiples moléculas lineales de ADN de gran longitud formando complejos con una gran variedad de proteínas como las histonas para formar los cromosomas. El núcleo tiene tres funciones primarias, todas ellas relacionadas con su contenido de ADN. Ellas son: Almacenar la información genética en el ADN. Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN. Ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas. En el núcleo se localizan los procesos a través de los cuales se llevan a cabo dichas funciones. Estos procesos son: La duplicación del ADN y su ensamblado con proteínas (histonas) para formar la cromatina. La transcripción de los genes a ARN y el procesamiento de éstos a sus formas maduras, muchas de las cuales son transportadas al citoplasma para su traducción y La regulación de la expresión genética.
ESTRUCTURA DEL NÚCLEO POROS NUCLEARES El complejo del poro nuclear es una estructura que permite el intercambio de moléculas entre el citosol y el núcleo de la célula. Se trata de un complejo molecular muy grande (de unos 125 millones de Da), tiene forma de cesta de baloncesto y atraviesa la envoltura nuclear. Está formado por unas 100 proteínas ordenadas en simetría ortogonal. El complejo del poro presenta unos canales acuosos que están permanentemente abiertos y por ellos difunden libremente sustancias de hasta 5000 Da. Proteínas de hasta 60000 Da pueden pasar por transporte activo con una velocidad que depende del tamaño de la proteína. El número de poros del núcleo es variable y se adapta a los requerimientos del tráfico de sustancias. Normalmente hay unos 3000 poros por núcleo. El poro nuclear permite la comunicación entre el citoplasma y el núcleo ya que permite el paso de sustancias a través de la envoltura nuclear. Así, posibilita la necesaria entrada de proteínas y bases
nitrogenadas al interior del núcleo y la salida de ARNm, ARNt y ribosomas al citoplasma. Durante la mitosis el poro se desorganiza al igual que la envoltura nuclear y se vuelve a reorganizar en interfase a la vez el núcleo.
ENVOLTURA NUCLEAR La envoltura nuclear, membrana nuclear o carioteca, es una capa porosa (con doble unidad de membrana lipídica) que delimita al núcleo, la estructura característica de las células eucariotas. Es una cisterna del Retículo Endoplásmico Rugoso, con ribosomas adheridos en la superficie citosólica.
La envoltura nuclear está formada por una doble membrana compuesta cada una de una típica bicapa fosfolipídica que separa en las células eucariotas contenido del núcleo (genoma celular y nucleoplasma) del citoplasma. Por otra parte, la envoltura nuclear se constituye en una barrera selectiva que impide el libre paso de macromoléculas (RNA, proteínas) entre el interior nuclear y el citoplasma, manteniendo condiciones metabólicamente únicas para cada uno esos dos compartimentos aunque permitiendo la interdependencia (relación) funcional entre ambos. Con el microscopio óptico, la envoltura nuclear se observa solo como un "límite" entre el citoplasma y el núcleo, pero con el microscopio electrónico se aprecia que, en realidad, es una doble membrana con un espacio intermembranoso.
. La membrana nuclear externa tiene una anchura de 7 a 8 macrómetros, y al microscopio electrónico muestra una ultraestructura trilaminar. Sobre su cara externa o citoplásmica presenta ribosomas adosados. Esta membrana suele estar unida a la del retículo endoplásmico, sea liso o rugoso. . El espacio perinuclear o intermembranoso comprendido entre las dos membranas tiene una anchura de 10 a 20 macrómetros, aunque en algunos lugares puede presentar dilataciones de hasta 70 macrómetros. Se encuentra en continuidad con el espacio reticular. . La membrana nuclear interna presenta, asociado a ella y en la cara nucleoplásmica, un material electrodenso de naturaleza fibrilar denominado lámina fibrosa o corteza nuclear. Se trata de tres polipéptidos o láminas dispuestos en tres capas y con características semejantes a las de los filamentos intermedios del citoesqueleto. A la corteza nuclear se le atribuyen funciones como servir de anclaje al material cromatínico y regular el crecimiento de la envoltura nuclear. Funciones de la envoltura nuclear
Protege el material genético de las enzimas del citoplasma y de los movimientos del citoesqueleto, que podrían dañar el ADN. Separa el proceso de transcripción y maduración de ARN, que se realiza en el núcleo, de la traducción que se da en el citoplasma. Esto permite un control y una regulación mejor de ambos procesos. Regula el tráfico bidireccional de sustancias a través de los poros. La lámina nuclear resulta fundamental tanto para la formación de los cromosomas y desensamblaje de la envoltura durante la división, como para la formación de la nueva envoltura tras acabar la división.
Barrera selectiva para el paso de productos:
Composición química:
75% proteínas. 20% lípidos. 4% ARN 1% ADN.
Biogénesis de la envoltura nuclear:
Todos sus constituyentes se regeneran permanentemente.
Puede aumentar y disminuir rápidamente a expensas del retículo endoplasmático. El origen de la membrana nuclear es el retículo endoplasmático. La envoltura nuclear está presente durante la INTERFASE. Ella desaparece al principio de la Mitosis y reaparece en la telofase.
LÁMINA NUCLEAR La lámina nuclear, capa fibrosa de 10 a 15nm en la que apoya la membrana interna, es una densa red fibrilar en el interior del núcleo de una célula eucariota. Se compone de filamentos intermedios y proteínas asociadas a la membrana. Además de proporcionar soporte mecánico, la lámina nuclear regula los procesos celulares importantes, como la replicación del ADN y la división celular. Además, participa en la organización de la cromatina y se ancla los complejos de poro nuclear incrustados en la envoltura nuclear. La lámina nuclear está asociada con la cara interior de la envoltura nuclear bicapa mientras que la cara exterior se mantiene continua con el retículo endoplásmico. La fosforilación de las láminas provoca el desensamble de la lámina nuclear causando la ruptura de la envoltura al inicio de la división celular. Si bien la formación de la lámina no se requiere durante los pasos iniciales, la organización de la envoltura es indispensable para el crecimiento posterior y el mantenimiento de su integridad. Las láminas se incorporan luego que la cisterna perinuclear rodea al ADN y se inicia el transporte entre el núcleo y el citoplasma.
NUCLEOPLASMA También llamado carioplasma o matriz nuclear. Es una matriz semifluida situada en el interior del núcleo, que contiene tanto el material cromatínico (ADN y proteínas cromosomales) como el no cromatínico (proteínas). Consta de varios componentes:
Los gránulos de intercromatina miden entre 20 y 25 nm de diámetro, y contienen partículas de ribonucleoproteína y diversas enzimas. Estos gránulos se encuentran diseminados por todo el núcleo. Los gránulos de pericromatina miden entre 30 y 50 nm y se localizan en la periferia de la cromatina. Están formados por fibrillas densamente empaquetadas de ARNr de bajo peso molecular. Las partículas de ribonucleoproteína nucleares pequeñas.
NUCLEÓLO El nucléolo es una región del nucleoplasma donde se sintetiza el ARN ribosómico, se procesa y se ensambla con proteínas para formar las subunidades ribosómicas. Tanto el número como el tamaño de los nucléolos pueden variar en función del tipo celular y del estado fisiológico en el que se encuentre la célula. El nucléolo es un compartimento nuclear formado por cromatina y visible al microscopio óptico. Las células de mamíferos contienen desde 1 a 5 nucléolos. Sus dimensiones varían dependiendo de la actividad de la célula y puede llegar a ser muy grande, del orden de micrómetros de diámetro. Normalmente las células que están realizando una gran síntesis proteica poseen nucléolos grandes. Durante la mitosis desaparece, permitiendo a la cromatina que lo forma reorganizarse para constituir los cromosomas. En el nucléolo se dan procesos relacionados con la generación de los ribosomas: síntesis y maduración del ARN ribosómico (ARNr) y ensamblaje de las subunidades ribosómicas. El ensamblaje de las subunidades ribosómicas es un proceso curioso de trasiego de moléculas entre el citoplasma y el nucleoplasma. Morfológicamente el nucléolo contiene distintas regiones: el centro fibrilar, donde se encuentran los genes para el ARNr, el componente fibrilar denso que rodea al centro fibrilar, donde se produce la transcripción activa de los genes ARNr, y el componente granular donde se ensamblan las subunidades ribosómicas. El nucléolo es un aglomerado de fibras de cromatina de distintos cromosomas. En el hombre, los pares 13,14, 15, 21 y 22, aportan sectores de cromatina que forman el nucléolo. Todos estos cromosomas son acrocéntricos y presentan constricciones secundarias denominadas organizadores nucleolares (NOR), donde están los genes que codifican ARNr.
CROMATINA La cromatina es el conjunto de ADN, histonas y proteínas no histónicas que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y que constituye el genoma de dichas células. La cromatina es la sustancia fundamental del núcleo celular. Su constitución química es simplemente filamentos de ADN en distintos grados de condensación. Estos filamentos forman ovillos. Existen tantos filamentos como cromosomas presente la célula en el momento de la división celular. La cromatina se forma cuando los cromosomas se descondensan tras la división celular o mitosis. Existen diversos tipos de cromatina según el grado de condensación del ADN. Este ADN se enrolla alrededor de unas proteínas específicas, las histonas, formando los nucleosomas (ocho proteínas histónicas + una fibra de ADN de 200 pares de bases). Cada nucleosoma se asocia a un tipo distinto de histona la H1 y se forma la cromatina condensada. La función de la cromatina es: proporcionar la información genética necesaria para que los orgánulos celulares puedan realizar la transcripción y síntesis de proteínas; también conservan y transmiten la información genética contenida en el ADN, duplicando el ADN en la reproducción celular. La cromatina se puede encontrar en dos formas:
Heterocromatina, es una forma inactiva condensada localizada sobre todo en la periferia del núcleo, que se tiñe fuertemente con las coloraciones. En 1928 Emil HEITZ, basándose en observaciones histológicas, definió la heterocromatina (HC) como los segmentos cromosómicos que aparecían muy condensados y oscuros en el núcleo en interfase. De hecho, la cromatina está formada de una maraña de fibras cuyo diámetro no solo varía durante el ciclo celular sino que también depende de la región del cromosoma observada. La eucromatina es una forma de la cromatina ligeramente compactada con una gran concentración de genes, forma activa, está formada por una fibra de un diámetro que corresponde al del nucleosoma, que es un segmento de ADN bicatenario enrollado alrededor de homodímeros de las histonas H2A, H2B, H3, y H4. En la eucromatina inactiva, esta fibra se enrolla sobre sí misma gracias a las histonas H1 para formar el solenoide. La interacción con otras proteínas no histonas (topoisomerasa II, proteínas de andamiaje, lamininas,…) provoca mayores grados de organización. En cuanto a la
heterocromatina, la fibra que la constituye se encuentra más condensada y a menudo aparece formada por agregados. Su formación requiere numerosas proteínas adicionales,
que incluyen las proteínas HP1 (Heterochromatin Protein 1 o proteína de la heterocromatina1).
CROMOSOMAS Los cromosomas son estructuras que se encuentran en el centro (núcleo) de las células que transportan fragmentos largos de ADN. El ADN es el material que contiene los genes y es el pilar fundamental del cuerpo humano. Los cromosomas también contienen proteínas que ayudan al ADN a existir en la forma apropiada. Para el análisis de la estructura de los cromosomas se utiliza como modelo el cromosoma metafásico del grupo C. Un cromosoma está constituido por las siguientes estructuras:
Cromátida: es una de las unidades longitudinales que forma el cromosoma, y que está unida a su cromátida hermana por el centrómero. Las cromátidas hermanas son idénticas en morfología e información ya que provienen de una molécula de ADN que se duplicó. Centrómero: es la región estrecha de un cromosoma, que divide a cada cromátida en dos brazos. Corresponde al sitio de unión de las dos cromátidas. Cinetocoro: Los cinetocoros inician, controlan y supervisan los llamativos movimientos de los cromosomas durante la división celular Bandas cromosómicas : Son unidades de condensación que se condensan individualmente. Son muy sensibles a las radiaciones. Telómero: son los extremos polarizados de los cromosomas. Éstos tienen cierta afinidad química que impide al cromosoma, se una a otro, por sus extremos. Constricción secundaria: es la región del cromosoma, ubicada en los extremos de los brazos, que en algunos cromosomas corresponde a la región organizadora del nucléolo, donde se sitúan los genes que se transcriben como ARN. Brazos: si realizamos un corte imaginario por el centrómero, se distinguen dos brazos, el superior llamado brazo p, es el más corto; y el inferior llamado brazo q generalmente más largo. Satélite: es el segmento esférico del cromosoma, separado del resto por la constricción secundaria. Cromómeros: son acumulaciones de cromatina dispuestas a manera de cuentas de collar, visibles al término de la interfase e inicio de la profase.
Clasificación de los cromosomas: los cromosomas se clasifican de acuerdo con la posición del centrómero. Cuatro tipos diferentes de cromosomas se distinguen según la ubicación del centrómero: Metacéntricos: Presentan el centrómero en posición medial, lo cual origina un cromosoma con brazos relativamente iguales. Submetacéntricos: El centrómero se dispone en posición submedial, denotando un cromosoma con brazo p ligeramente más corto que el brazo q. Acrocéntricos: Tienen el centrómero muy cerca de la posición terminal del brazo p. Telocéntricos: Son cromosomas con el centrómero en posición terminal. Esta característica determina prácticamente no existe el brazo p, en tanto el brazo q es largo. Conviene indicar que la especie humana carece de este tipo de cromosomas. ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO El ácido desoxirribonucleico (polímero de unidades menores denominados nucleótidos) junto con el ácido ribonucleico, constituye la porción prostética de los nucleoproteidos, cuyo nombre tiene un contexto histórico, ya que se descubrieron en el núcleo de la célula. Se trata de una molécula de gran peso molecular (macromolécula) que está constituida por tres sustancias distintas: ácido fosfórico, un monosacárido aldehídico del tipo pentosa (la desoxirribosa), y una base nitrogenada cíclica que puede ser púrica (adenina ocitosina) o pirimidínica (timina o guanina). La unión de la base nitrogenada (citosina, adenina, guanina o timina) con la pentosa (desoxirribosa) forma un nucleósido; éste, uniéndose al ácido fosfórico, nos da un nucleótido; la unión de los nucleótidos entre sí en enlace diester nos da el polinucleótido, en este caso el ácido desoxirribonucleico. Las bases nitrogenadas se hallan en relación molecular 1:1, la relación adenina + timina / guanina + citosina es de valor constante para cada especie animal. Estructuralmente la molécula de ADN se presente en forma de dos cadenas helicoidales arrolladas alrededor de un mismo eje (imaginario); las cadenas están unidas entre sí por las bases que la hacen en pares. Los apareamientos son siempre adenina-timina y citosina-guanina. El ADN es la base de la herencia.
Replicacion Del ADN: Es la capacidad que tiene el ADN de hacer copias o réplicas de su molécula. Este proceso es fundamental para la transferencia de la información genética de generación en generación. Las moléculas se replican de un modo semiconservativo. La doble hélice se separa y cada una de las cadenas sirve de molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria. El resultado final son dos moléculas idénticas a la original.
Clases de ADN: El ADN es por lo común el constituyente básico de la cromatina (cromosoma) nuclear en las células eucarióticas, pero también existe en pequeña cantidad en las mitocondrias y cloroplastos. En los procariontes forma el nucloide (que a diferencia de los eucariontes no va asociado a proteínas, es desnudo) y en los virus (DNAvirus) que lo poseen constituyen el virión o elemento infestante. Por lo común su estructura tridimensional posee giro hacia la derecha (ß-ADN, dextrogiro) que es la forma más estable y ocasionalmente posee giro hacia la izquierda (z-ADN, levógiro) Acorde a las evidencias, sólo una pequeña parte del ADN constituye genes (menos del 10 %). Existen diferentes tipos que los podemos dividir en: -ADN de copia única (el 57 % del total) formados por segmentos de aproximadamente 1000 pares de nucleótidos del longitud, una pequeña parte de este ADN contiene los genes. -ADN repetitivo (20 %) son unidades de aproximadamente 300 pares de nucleótidos* que se repiten en el genoma unas 105 veces (unidades de repetición). Se intercalan con el ADN de copia única. -ADN satélite (altamente repetitivo: 28 %) son unidades cortas de pares de nucleótidos que se repiten en el genomio. Son característicos en cada especie y pueden ser separados por centrifugación. Constituyen la heterocromatina y no se le conoce función. Los porcentajes indicados son del hombre y el ratón, y las proporciones serían las mismas en otras especies. Nucleótido*: Es una molécula compleja formado por una base nitrogenada, un hidrato de carbono y un grupo fosfato (ácido fosfórico inorgánico), unidos entre sí por enlaces covalentes. Las bases nitrogenadas son anillos heterocíclicos compuesto además del carbono e hidrógeno por nitrógeno. Son de dos tipos fundamentales, las bases púricas (por ser derivadas de la purina, de dos anillos heterocíclicos) y las bases pirimídicas (por ser derivadas de la pirimidina de un solo anillo). Dichas bases son cinco, pero en realidad solamente cuatro aparecen en el ADN. Las bases púricas presentes son la adenina y guanina. Las bases pirimídicas son la citosina y la timina (el uracilo es característico del ARN). Si bien para la constitución del ADN se unifica a un solo grupo fosfato, existen en las células una serie de nucleótidos de singular importancia en el metabolismo celular. Estos producen enlaces muy ricos de energía y los di- y tri- nucleótidos como el adenosin-tri-fosfato (ATP) son los encargados de muchos procesos metabólicos. Debe contener información útil biológicamente y que pueda trasmitirse sin alteraciones. Por lo tanto debe permitir su duplicación para permitir el paso de célula a célula y de generación en generación. Por otra parte debe ser capaz de producir materia viva (proteínas) a partir de dicha información. Y deberá ser capaz de variar ocasionalmente, para favorecer los cambios evolutivos y de adaptación. La función principal del ADN es mantener a través de un sistema de claves (código genético) la información necesaria para que las células hijas sean idénticas a las progenitoras (información genética). Este proceso se almacena en la secuencia de las bases (aparentemente aleatoria), que tiene una disposición que es copiada al ARNm (traducción) para que en el ribosoma sintetice determinada proteína. Este proceso es también denominado "dogma central de la biología molecular". Por medio de los mecanismos de recombinación y mutaciones se obtienen las variaciones necesarias para adaptaciones y evoluciones. ÁCIDO RIBONUCLEICO El ácido ribonucleico (ARN o RNA) es un ácido nucleico formado por una cadena de ribonucleótidos. Está presente tanto en las células procariotas como en las eucariotas, y es el único material genético de ciertos virus (virus ARN). El ARN celular es lineal y de hebra sencilla, pero en el genoma de algunos virus es de doble hebra.
En los organismos celulares desempeña diversas funciones. Es la molécula que dirige las etapas intermedias de la síntesis proteica; el ADN no puede actuar solo, y se vale del ARN para transferir esta información vital durante la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que necesita la célula para sus actividades y su desarrollo). Varios tipos de ARN regulan la expresión génica, mientras que otros tienen actividad catalítica. El ARN es, pues, mucho más versátil que el ADN.
Tipos de ARN: -ARN de transferencia: son moléculas de ARN con estructura cruciforme, encargados de leer el código del ARNm en los ribosomas e ir sintetizando la cadena de proteína a partir de los aminoácidos que tiene asociados a su estructura. -ARN mensajero: consiste en una secuencia de nucleótidos que corresponde a la transcripción de un trozo de DNA (gen). Su función es la de transportar la información genética del núcleo a los ribosomas en que son transcritos. -ARN ribosómico: es un ARN estructural que compone los ribosomas junto con proteínas. Parece ser que tiene una función de enzimática al facilitar las interacciones para que el RNAm se acomode en el ribosoma y sea leído por los RNAts, y al mismo tiempo facilita la interacción con proteínas enzimáticas que posibilitan la formación de los enlaces peptídicos. -ARN nucleolar: las células eucariotas poseen RA nucleolar (RNA heterogéneo nucleolar) que son en realidad precursores de los RNAm maduros. -snRNPs: las células eucariotas poseen también un grupo de moléculas de RNA unidas a proteínas, denominadas rinonucleoproteínas pequeñas nucleolares (snRNPs) que desempeñan un papel importante en el proceso de síntesis de RNAm.
PLASMODESMOS Se llama plasmodesmo a cada una de las unidades continuas de citoplasma que pueden atravesar las paredes celulares, manteniendo interconectadas las células continuas en organismos pluricelulares en los que existe pared celular, como las plantas o los hongos. Permiten la circulación directa de las sustancias del citoplasma entre célula y célula comunicándolas, atravesando las dos paredes adyacentes a través de perforaciones acopladas, que se denominan punteaduras cuando sólo hay pared primaria. Los plasmodesmos son canales que atraviesan la membrana y la pared celular. Estos canales especializados y no pasivos, actúan como compuertas que facilitan y regulan la comunicación y el transporte de sustancias como agua, nutrientes, metabolitos y macromoléculas entre las células vegetales. En los últimos años, una nueva visión sobre estos canales ha surgido y, estudios han demostrado que los plasmodesmos son más complejos de lo que anteriormente se pensaba. En esta nota, se pretende exponer el conocimiento actual sobre dichas estructuras, enfocándonos en su estructura y función.
LINKOGRAFÍA: EL NÚCLEO CELULAR http://genomasur.com/lecturas/Guia10.htm
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Envoltura nuclear , disponible en URL: http://www.botanica.cnba.uba.ar/Pakete/6to/Envolturanuclear.htm [consulta 06 de diciembre de 2013]
La célula. 4- Núcleo. Poros nucleares. Atlas de Histología Vegetal y ..., disponible en URL: http://webs.uvigo.es/mmegias/5-celulas/4-poros.php [consulta 06 de diciembre de 2013] disponible CROMOSOMAS Monografias.com, http://www.monografias.com/trabajos11/cromoso/cromoso.shtml
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[consulta 06 de diciembre de 2013] disponible ADN Wikipedia, http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_desoxirribonucleico
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ARN - Wikipedia, disponible en URL: http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_ribonucleico [consulta 06 de diciembre de 2013]
Plasmodesmo Wikipedia, la http://es.wikipedia.org/wiki/Plasmodesmo [consulta 06 de diciembre de 2013]
enciclopedia
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