El núcleo celular: estructura, función, cromatina y cromosomas

Núcleo celular

El núcleo es una estructura exclusiva de las células eucariotas, constituida por una doble membrana (envoltura nuclear), que rodea el material genético de la célula y lo separa del citoplasma. El medio interno del núcleo se denomina nucleoplasma, en el que se hallan fibras de ADN (cuyo conjunto se llama cromatina) y unos corpúsculos llamados nucléolos.

Funciones principales: transcripción del ADN y duplicación del ADN.

Ciclo celular

El núcleo presenta dos formas a lo largo del ciclo celular:

Núcleo en interfase

En esta etapa, el núcleo se denomina interfásico. Presenta la envoltura nuclear intacta y las fibras de cromatina desenrolladas. Es la fase en la que su actividad está más desarrollada, ya que las fibras de ADN están extendidas para permitir su transcripción a ARN y porque tiene lugar la duplicación del ADN, necesaria para que cada célula hija posea la misma cantidad de ADN que la madre.

Núcleo en división

Es una fase de corta duración que comprende:

• Mitosis: las fibras de cromatina se condensan y dan lugar a los cromosomas, desaparece la envoltura nuclear y los cromosomas quedan inmersos en el citoplasma.
• Citocinesis: división del citoplasma.

Número, tamaño y forma

• Número: pueden ser uninucleadas o plurinucleadas, según cómo se formen:
  • Sincitio: proviene de células uninucleadas fusionadas, donde desaparece la membrana plasmática que las separaba.
  • Plasmodio: surge por varias divisiones nucleares sin división del citoplasma.
• Tamaño: variable, entre 5 y 25 µm, siendo mayor en células muy activas.
• Forma: en las células vegetales, el núcleo interfásico es discoidal y de posición lateral; en las células animales, es esférico y de posición central.

Envoltura nuclear

Es una doble membrana con poros que controla la separación de los procesos metabólicos del citosol respecto al nucleoplasma. Los poros regulan la comunicación entre ambos medios.

Estructura de la envoltura nuclear

• Membrana externa: similar a la membrana plasmática (70-90 Å de grosor). Tiene ribosomas adosados, está comunicada con el retículo endoplasmático rugoso (RER) y realiza sus mismas funciones.
• Espacio intermembranal: espacio entre la membrana externa y la interna (200-300 Å de grosor).
• Membrana interna: de 70-90 Å de grosor. Posee proteínas de membrana que sirven de anclaje para las proteínas que constituyen la lámina nuclear.
• Lámina nuclear: capa densa de proteínas fibrilares situada debajo de la membrana interna. Estas proteínas se unen a la membrana interna, fijan en ella las fibras de cromatina y están relacionadas con la formación de los poros.
• Poros nucleares: orificios de unos 800 Å de diámetro distribuidos por toda la envoltura nuclear. Su número aumenta al aumentar la actividad celular. Cada uno es una estructura anular formada por proteínas denominada complejo del poro nuclear: presenta una parte superior con ocho gránulos y una parte inferior con ocho masas similares. El canal está ocupado por ocho proteínas cónicas que dejan una luz de unos 100 Å de diámetro.

Funciones de la envoltura nuclear

• Separar el nucleoplasma del citosol, evitando que las enzimas citoplasmáticas intervengan en el núcleo.
• Regular el intercambio de sustancias a través de los poros.
• Intervenir en la constitución de los cromosomas antes de la división celular, gracias a los puntos de unión entre la lámina nuclear y las fibras de ADN.
• Participar en la distribución de las masas de cromatina en el nuevo núcleo.

Nucleoplasma

Es el medio interno del núcleo, una dispersión coloidal en estado gel compuesta por agua, sales disueltas, proteínas y empaquetamiento de los ácidos nucleicos y nucleótidos (ARN y ADN).

Nucleolo

Es un corpúsculo esférico, carente de membrana, que se encuentra en el interior del núcleo interfásico. En ocasiones puede haber más de uno. Durante la división nuclear, el nucléolo desaparece y se vuelve a formar cuando los cromosomas se desespiralizan.

Zonas del nucléolo

• Zona fibrilar: situada en el interior, contiene ARN nucleolar de 45S asociado a proteínas. Se origina a partir de los organizadores nucleolares y forma estructuras plumosas.
• Zona granular: situada en la zona periférica, formada por ARN ribosómico (ARNr) asociado a proteínas para constituir las subunidades ribosómicas.

El nucléolo mide entre 1 y 3 mm y es más grande en células que realizan una elevada síntesis proteica.

Funcionamiento del nucléolo

Sus funciones son: fabricar ARN nucleolar, llevar a cabo la síntesis de ARN a partir de los organizadores nucleolares, formar las estructuras plumosas, permitir la entrada de proteínas ribosómicas y formar el ARNr.

Cromatina

Es la sustancia del núcleo constituida por fibras de ADN en distintos grados de condensación. Estas fibras forman ovillos adosados a la lámina nuclear y se presentan como masas amorfas debido a su gran compactación.

Tipos de cromatina

• Eucromatina: constituida por fibras de ADN cuyo grado de empaquetamiento es de 100-300 Å. Es la forma menos condensada y más activa.
• Heterocromatina: formada por fibras de ADN que conservan un grado de empaquetamiento similar al de los cromosomas. Se divide en dos tipos:
  • Constitutiva: se mantiene como tal en todas las células del organismo.
  • Facultativa: se mantiene como tal solo en una parte de las células.

La eucromatina del núcleo está formada por fibras de cromatina de 100 Å; también existen fibras de 300 Å.

Funciones de la cromatina

• Contener la información biológica del organismo.
• Proporcionar la información genética necesaria para la síntesis de ARN.

Cromosomas

Son estructuras constituidas por la condensación de una única molécula de ADN de doble hélice. Representan el máximo grado de compactación del ADN. Se forman en el núcleo y quedan inmersos en el citoplasma cuando se rompe la envoltura nuclear. Tienen forma de bastoncillos.

El número de cromosomas es constante para cada especie, aunque varía entre especies. Cuando se inicia la división celular, el ADN se duplica y se forman dos hebras denominadas cromátidas, unidas por el centrómero. Las cromátidas se repliegan sobre sí mismas.

• Cromosomas profásicos y metafásicos: formados por dos cromátidas.
• Cromosomas anafásicos y telofásicos: formados por una cromátida.

Las partes distales de los cromosomas se denominan telómeros. En el centro presentan los cinetocoros (pequeñas esferas).

Tipos de cromosomas

• Metacéntrico: centrómero en la mitad, con brazos iguales.
• Submetacéntrico: brazos poco desiguales.
• Acrocéntrico: brazos muy desiguales.
• Telocéntrico: centrómero situado en el extremo.

Función de los cromosomas

Transferir la información genética de la célula madre a las células hijas. El ADN está tan empaquetado que no se transcribe, salvo en algunos casos como los cromosomas gigantes y los cromosomas en escobillas. Los cromosomas se diferencian por la posición del centrómero, su longitud y la posición de las bandas.

En las especies diploides, las células tienen un número 2n de cromosomas: un juego procedente del padre y otro de la madre, denominados cromosomas homólogos. El conjunto de cromosomas en metafase constituye el cariotipo.

Las células reproductoras sexuales son células haploides (n). Los cromosomas que determinan el sexo se denominan heterocromosomas y se simbolizan como X/Y. El resto de cromosomas se denominan autosomas.