¿Por qué es necesaria la información celular?




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título¿Por qué es necesaria la información celular?
fecha de publicación18.01.2016
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Biología 2º Bachiller


TEMA 10 EL NÚCLEO CELULAR


  1. EL NÚCLEO EN INTERFASE.




    1. CARACTERÍSTICAS.

    2. ENVOLTURA NUCLEAR.

    3. CROMATINA

    4. NUCLEOPLASMA

    5. NUCLEOLO

    6. FUNCIONES.




  1. EL NÚCLEO EN DIVISION.

    1. CROMOSOMAS

    2. TIPOS DE CROMOSOMAS.

    3. NÚMERO DE CROMOSOMAS.

      1. CARIOTIPO

  2. EL ADN COMO PORTADOR DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA.




  1. EL NÚCLEO EN INTERFASE. (Pag 114)


¿POR QUÉ ES NECESARIA LA INFORMACIÓN CELULAR?
En toda célula, tanto procariota como eucariota, se dan complejos procesos metabólicos y fisiológicos con la finalidad de obtener materiales y energía. Para asegurar estos procesos la célula necesita una gran variedad de proteínas, más particularmente enzimas. Se calcula que nuestras células precisan a lo largo de su ciclo vital unas 30.000 proteínas diferentes. Cada una de estas proteínas consta, por término medio, de unos 500 aminoácidos que deben de estar unidos en su orden correcto. Un sólo cambio puede alterar el centro activo de la molécula y hacer que la enzima, si la proteína en cuestión es una enzima, no pueda realizar su función. Si multiplicamos 30.000 proteínas por 500 aminoácidos cada una nos da un total de 15x106. Ésta es la información necesaria, como mínimo, para poder sintetizar todas las proteínas celulares. Si codificásemos esta información con un sólo carácter y la escribiésemos en una hoja de papel, a 60 caracteres por línea y 50 líneas por página (3000 caracteres en total por página), necesitaríamos un total de 5000 páginas para codificar toda esta información.

Además, la célula no sólo requiere de proteínas sino que también necesita regular y controlar los procesos que se dan en ella. Toda esta gran cantidad de información se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y en el genoma o cromosoma de las células procariotas.

Dónde está codificada esta información, cómo está codificada, cómo se transcribe, cómo se traduce, cómo pasa de unas células a otras en el proceso de división celular y de unos organismos a otros en los procesos de reproducción y las consecuencias de las alteraciones que se producen en ella (mutaciones) es lo que estudiaremos a continuación.

El núcleo es una estructura característica de las células eucarióticas. Fue descubierto por Robert BROWN en 1831 y contiene la información genética, esto es, la información necesaria para que se puedan realizar las funciones celulares y, más en concreto, la información para la síntesis de las proteínas.


    1. CARACTERÍSTICAS.

Aspecto. Generalmente se presenta como una esfera de gran tamaño que se destaca del citoplasma y que está separada de él por una envoltura nuclear, que es un elemento del retículo endoplasmático rugoso que rodea el material nuclear. El contenido del núcleo se revela al microscopio óptico como más o menos homogéneo, salvo por la presencia de pequeñas estructuras esféricas llamadas nucléolos.

Número. Normalmente las células sólo tienen un núcleo. El paramecio, no obstante, tiene dos núcleos: uno mayor, el macronúcleo, y otro menor, el micronúcleo. Las fibras musculares estriadas y los osteoclastos presentan gran cantidad de núcleos. También pueden tener muchos núcleos las células cancerosas.

Forma. Si la célula es isodiamétrica –con dimensiones similares en todas las direcciones del espacio (por ejemplo: esférica o cúbica)- el núcleo, normalmente, es esférico. En las células donde dominan dos dimensiones, células aplanadas, el núcleo suele ser discoidal. En las células alargadas el núcleo suele ser elíptico. Ciertos tipos celulares tienen núcleos irregulares; así, por ejemplo, algunos glóbulos blancos tienen un núcleo lobulado muy irregular y el stentor, organismo unicelular ciliado, tiene un núcleo de forma arrosariada.

Tamaño. El tamaño del núcleo es bastante constante en una misma especie celular. El núcleo es muy voluminoso en las células indiferenciadas o en las muy activas. Si el núcleo sufre un aumento en su volumen es un indicio de que la célula está próxima a entrar en división.


ESRUCTURAS.




Al MET podemos distinguir en el núcleo las siguientes estructuras:

  • La envoltura nuclear.

  • El núcleoplasma

  • La cromatina.

  • El nucléolo.



    1. ENVOLTURA NUCLEAR. (Pag 115)


Constituida por dos membranas unitarias: una exterior y otra interior con un espacio entre ellas llamado espacio perinuclear. La envoltura nuclear proviene del retículo endoplasmático granular y está conectada con él. Adosados a la membrana exterior hay ribosomas, como ocurre en el retículo endoplasmático granular. La envoltura nuclear no es continua, pues tiene un gran número de poros de 500 a 700 Å de diámetro con una compleja estructura formada por 8 partículas esféricas de naturaleza proteínica.

Los poros permiten el paso de grandes moléculas (ARN, proteínas) e impiden diferencias osmóticas entre el núcleo y el citoplasma. En el interior del núcleo y adosada a la membrana interna encontramos una estructura proteínica formada por proteínas fibrilares: la lámina nuclear, de un espesor de 150 a 500 Å. Su función es inducir la aparición y desaparición de la envoltura nuclear y resulta fundamental para la constitución de los cromosomas a partir de la cromatina.

Los poros nucleares son grandes complejos de proteínas que atraviesan la envoltura nuclear, la cual es una doble membrana que rodea al núcleo celular, presente en la mayoría de los eucariontes. Las proteínas que forman los complejos de poro nucleares son conocidas como nucleoporinas.

El poro nuclear consiste en una estructura conformada por 8 gránulos organizados alrededor de un granulo central y conectadas estas estructuras a unos anillos en la superficie del núcleo y en el citoplasma, este complejo esta ensamblado entre la membrana externa e interna del núcleo. Además filamentos de proteína son extendidos desde los anillos nucleares  formando una estructura en forma de canasta. El granulo central regula el transporte de moléculas a través del canal.


    1. CROMATINA(Pag 116)

Llamada así por teñirse fuertemente con ciertos colorantes, está constituida por ADN (la mayor parte del ADN celular está en la cromatina), proteínas y algo de ARN. Entre las proteínas se encuentran las histonas, que tienen un elevado porcentaje de aminoácidos básicos y, aparte de empaquetar el ADN, neutralizan el fuerte carácter ácido de los ácidos nucleicos. Al parecer, también controlan la actividad de los genes.

Además de las histonas, podemos encontrar en la cromatina otras proteínas, como la miosina y la actina. Estas proteínas son las responsables en el músculo de la contracción muscular y en el núcleo podrían estar relacionadas con la formación del cromosoma metafásico y con la separación de las cromátidas en la división celular.

La cromatina está estructurada en elementos individuales llamados cromosomas. Hay un número constante de cromosomas por núcleo celular, por individuo y por especie. Los cromosomas interfásicos darán lugar, cuando la célula se divida, a los metafásicos.

El ADN nuclear representa el genoma de las células eucariotas




    1. NUCLEOPLASMA(Pag 117)

Es el contenido nuclear indiferenciado. Se trata de un gel de estructura y composición similar al hialoplasma, pero no tiene ni microtúbulos ni microfilamentos. Está formado por agua, proteínas, ARN e iones. En él se encuentra inmersa la cromatina y se dan los procesos de síntesis del ARN (transcripción) y la replicación del ADN.


    1. NUCLEOLO(Pag 117)

Es una estructura aproximadamente esférica, visible incluso al microscopio óptico. Suele destacarse del resto del contenido nuclear por ser más brillante. Su tamaño es de 1 a 3μm.

Características del nucléolo: Aparece con frecuencia asociado a zonas de cromatina densa, los llamados organizadores nucleolares, pues se forma a partir de ellos. Las células jóvenes tienen por lo general uno o dos nucléolos. Algunas células tienen más de dos, según el número de organizadores nucleolares que tengan. Las células viejas tienen uno o ninguno. Su número, por lo tanto, depende de la edad y también del estado funcional de la célula. Cuando la célula se va a dividir desaparece.

Estructura del nucléolo: No presenta membrana de separación con el núcleo y al MET tiene un aspecto heterogéneo, grumoso, con zonas más densa y otras menos densas. Está constituido básicamente por ARN, proteínas y ADN asociado.

Funciones del nucléolo: Su función principal es la síntesis de ARNr (el ARN de los ribosomas) y el ensamblaje de estos mismos ribosoma, las proteínas de los ribosomas provienen del citoplasma y pasan al interior del núcleo a través de los poros de la envoltura nuclear.


    1. FUNCIONES.




  1. La trasmisión de la información genética de los progenitores a los descendientes y de una generación celular a la siguiente se realiza a través del núcleo celular. Debido a esto en el núcleo es necesario que se realice la duplicación o replicación del ADN.

  2. Los procesos de síntesis del ARN, trascripción de la información genética para la posterior síntesis de proteínas en el hialoplasma, se dan también en el núcleo. Por último, esta información se traducirá en el citoplasma celular, pues en él se realizará la síntesis de proteínas.




  1. EL NÚCLEO EN DIVISION.(Pag 118)

Durante la mitosis las cromátidas se repliegan sobre sí mismas en tal grado que surgen pequeños cuerpos dobles perfectamente visibles al microscopio: son los cromosomas metafásicos.

Normalmente, los cromosomas son difíciles de observar, pues se presentan en la célula en gran número. Pero haciendo preparaciones adecuadas pueden aislarse y fotografiarse.

Su tamaño es variable: según las células, el cromosoma de que se trate, del momento funcional, etc. No obstante, oscila, aproximadamente, entre 0,2μ a 50μ de longitud por 0,2μm a 2μm de diámetro. En la especie humana entre 4μ y 6μ.




    1. CROMOSOMAS

En cada cromosoma mitótico podemos distinguir:



    • Las cromátidas.- son estructuras idénticas en morfología e información ya que contienen cada una molécula de ADN. Las cromátidas están unidas por el centrómero. Morfológicamente se puede decir que el cromosoma es el conjunto de dos cromátidas y genéticamente cada cromátida tiene el valor de un cromosoma. Estructuralmente, cada cromátida está constituida por un esqueleto proteico, situado en el interior, alrededor del cual se disponen muy apelotonados el ADN y las proteínas que forman el cromosoma.




    • El centrómero.- Es la región que se fija al huso acromático durante la mitosis. Se encuentra en un estrechamiento llamado constricción primaria, que divide a cada cromátida del cromosoma en dos brazos. En el centrómero se encuentran los cinetocoros: zonas discoidales situadas a ambos lados del centrómero que durante la división celular tienen como función hacer que los microtúbulos del huso se unan a los cromosomas. Los cinetocoros son también centros organizadores de microtúbulos, igual que los centriolos o el centrosoma de las células vegetales.




    • Los telómeros.- Al extremo de cada brazo del cromosoma se le denomina telómero. El ADN de los telómeros no se transcribe y en cada proceso de división celular se acorta. Cuando los telómeros desaparecen el cromosoma sigue acortándose y la célula pierde información genética útil y degenera. Los telómeros serían, por lo tanto, una suerte de "reloj celular" que determinaría el número de ciclos celulares que puede tener una célula. En las células cancerosas, una enzima, la telomerasa, regenera los telómeros; esta es la razón, al parecer, de que estas células puedan dividirse indefinidamente.




    • El organizador nucleolar.- En algunos cromosomas se encuentra la región del organizador nucleolar (NOR). En ella se sitúan los genes que se transcriben como ARNr, con lo que se promueve la formación del nucléolo y de los ribosomas. Esta zona no se espiraliza tanto y por eso se ve más clara.




    • EI satélite (SAT).- Es el segmento del cromosoma entre el organizador nucleolar y el telómero correspondiente. Sólo poseen satélite aquellos cromosomas que tienen NOR.





    1. TIPOS DE CROMOSOMAS.(Pag 119)


Los cromosomas son orgánulos constantes en número, forma y características. Pero los cromosomas de una célula pueden ser diferentes unos de otros. Esta diferencia está, sobre todo, en la posición del centrómero, que es variable, lo que permite clasificar a los cromosomas metafásicos en metacéntricos, submetacéntricos, acrocéntricos y telocéntricos, según tengan el centrómero en medio, desplazado hacia uno de los brazos, casi en el extremo o en el extremo, respectivamente.




    1. NÚMERO DE CROMOSOMAS. (Pag 119)

      1. CARIOTIPO

Se llama cariotipo al número, forma y tamaño de los cromosomas de una determinada especie. Esto es, al conjunto de los cromosomas de una célula. Los cromosomas de una célula pueden ser observados al microscopio óptico, fotografiados y sobre estas fotografías pueden contarse y medirse con toda facilidad. Los cromosomas pueden recortarse de la fotografía y ordenarse por su tamaño, de mayor a menor, y por la posición del centrómero.

Esta distribución ordenada de los cromosomas recibe el nombre de ideograma. El estudio de los cariotipos ha permitido descubrir los siguientes aspectos importantes:


  1. El número de cromosomas es fijo para cada especie animal o vegetal (Ley de la constancia de los cromosomas). Así, por ejemplo, las células humanas tienen 46 cromosomas, 48 las del chimpancé, 12 las de la mosca común, 2 las de la lombriz intestinal del caballo, etc. El número de cromosomas oscila en los seres vivos entre 2 y varios cientos. Es de destacar que este número no está en relación con la mayor o menor complejidad evolutiva del organismo.

  2. El número de cromosomas de las células somáticas (no reproductoras) de la mayoría de los animales, plantas y hongos es siempre par, excepto si se tienen anomalías en el número de cromosomas, ya que cada célula somática dispone de dos juegos de cromosomas y cada cromosoma de una serie tiene su homólogo en la otra. En los ideogramas los cromosomas se agrupan por parejas de homólogos. Los cromosomas homólogos provienen cada uno de un progenitor. Es por esto que contienen información para los mismos caracteres pero no necesariamente la misma información, pues uno de los progenitores ha podido aportar un gen para un carácter y el otro progenitor otro gen diferente.

  3. El número de cromosomas de cada serie recibe el nombre de número haploide o n y, como ya se ha dicho, ha sido heredado de uno de los progenitores. En la especie humana n=23. El número total de cromosomas es el número diploide o 2n. Así, en la especie humana 2n= 46. Siendo n y 2n las fórmulas cromosómicas haploide y diploide respectivamente.

  4. En muchos grupos de seres vivos, por ejemplo en los mamíferos, los cariotipos del macho y de la hembra son diferentes. Así la mujer tiene dos cromosomas X (XX homogamética) y el hombre tiene un cromosoma X y otro Y (heterogamético- XY). Estos cromosomas que determinan el sexo se llaman, por ser distintos, heterocromosomas. En las aves es al contrario, el macho es homogamético (ZZ) y la hembra heterogamética (ZW). El resto de los cromosomas que no determinan el sexo son los autosomas.

El estudio del cariotipo tiene un gran interés en medicina porque algunos síndromes son debidos a cromosomas de más, de menos o a cromosomas incompletos. En particular, la llamada trisomía 21 o síndrome de Down en la que el individuo afectado presenta tres cromosomas 21 en lugar de dos y por lo tanto, su cariotipo tiene 47 cromosomas en lugar de los 46 de la fórmula diploide normal. Estas alteraciones en el número de cromosomas del cariotipo y sus causas serán estudiadas más adelante.




  1. EL ADN COMO PORTADOR DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA. (Pag 245)


¿QUÉ ES LA GENÉTICA MOLECULAR?
Definiremos la Genética como la parte de la Biología que se ocupa del estudio de la herencia biológica, intentando explicar los mecanismos y circunstancias mediante los cuales se rige la transmisión de los caracteres de generación en generación. La genética molecular estudia estos procesos desde un punto de vista químico.
¿CUÁL ES LA NATURALEZA DEL MATERIAL GENÉTICO?
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Basemol/base_molecular_de_la_herencia.htm
LOS EXPERIMENTOS DE GRIFFITH: La bacteria Diplococcus pneumoniae es un pneumococo, una bacteria causante de enfermedades. Existen dos cepas, la S (Smooth = lisa), virulenta, y la R (rough = rugosa), no virulenta. Las bacterias S, vivas, producen la muerte en los ratones, pero no la producen si están muertas. Las segundas no son capaces de desarrollar la enfermedad. En 1928 Griffith realizó con estas bacterias las siguientes experiencias:


LOS EXPERIMENTOS DE AVERY y colaboradores.: En 1944. AVERY, MCLEOD y MCCARTY, se propusieron encontrar cuál era el componente que transmitía el carácter heredable y llegaron a la conclusión de que era el ADN de las bacterias S muertas por el calor el que transformaba las bacterias R en S. Demostraron así que el ADN era la molécula que contenía la información necesaria para que las bacterias S fueran virulentas y que, a pesar de estar muertas, su ADN no estaba destruido y podía pasar al medio y de aquí a las bacterias de cepa R, integrándose en el genoma de éstas y transformándolas en virulentas.
CONCEPTO CLÁSICO Y MOLECULAR DE LOS GENES Para Mendel (1822-1884) los genes eran considerados como factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. En su época se ignoraba su composición química o su localización. Para poder referirse a ellos fueron denominados mediante letras. Así, en los guisantes, el gen A determina que las semillas sean de color amarillo y el gen a hace que sean verdes. Pero nadie sabía qué era lo que hacía que los guisantes fueran verdes o amarillos ni cómo lo hacía. Esto es, no se sabía la naturaleza de los factores hereditarios ni cuál era su mecanismo de actuación. En 1901 los estudios de GARROD sobre la alcaptonuria permitieron empezar a conocer cómo actuaban los genes y las experiencias de GRIFFITH (en 1928) y AVERY (en 1943), que ya hemos estudiado, descubrieron que los genes estaban localizados en el ADN.
LOS ESTUDIOS DE GARROD: La alcaptonuria es una enfermedad hereditaria recesiva debida a una alteración en el metabolismo celular que determina la aparición del ácido homogentísico. Este ácido provoca al oxidarse el ennegrecimiento de la orina y ligamentos, también puede llegar a producir artritis. El ácido homogentísico aparece en el metabolismo del aminoácido fenilalanina. Por la acción de diversas enzimas la fenilalanina se transforma en tirosina, otro aminoácido, después, en ácido polihidroxifenilpirúvico y, finalmente, en ácido homogentísico.
Fenilalanina Tirosina Ácido polihidroxifenilpirúvico Ácido Homogentísico
En las personas sanas el ácido homogentísico es transformado por la enzima homogentísico-oxidasa en el ácido 4-maleilacetoacético que, posteriormente, se transformará en acetil-CoA, que será degradada en el Ciclo de Krebs a CO2 y H2O. GARROD llegó a la conclusión de que el gen normal (A) produce la enzima necesaria, mientras que el gen (a) recesivo no la produce. Ésta era la primera vez que se relacionaba un gen con una enzima y, por tanto, con una reacción. De aquí surgió la hipótesis: un gen-una enzima. Ahora bien, debido a que hay enzimas formadas por dos o más cadenas polipeptídicas, la hipótesis se reformuló como: un gen-un polipeptido.

HIPÓTESIS DE LA COLINEALIDAD DE CRICK Una vez establecido el paralelismo entre genes y enzimas y tras ser propuesto, en 1.953, el modelo de doble hélice por Watson y Crick, este último propuso la denominada Hipótesis de colinealidad de CRICK:

"Existe una correspondencia entre la secuencia de nucleótidos del gen y la secuencia de aminoácidos de la enzima codificada"


http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Genenzima/Genenzima.htm
Ejercicios paginas 122-123: 15, 16, 19, 21, 22

Ejercicios paginas 260-261: 4, 5




Tema 10: El núcleo celular


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